La inteligencia artificial (IA) ha dejado de ser una mera fantasía futurista para integrarse de manera tangible en nuestra vida cotidiana. Desde las recomendaciones personalizadas en plataformas de streaming hasta la optimización de los procesos logísticos en una fábrica, la IA está en todas partes. Lo interesante es que no solo está haciendo nuestras vidas más cómodas, sino que también está transformando la industria.
En el proyecto HUMAIN, donde colaboramos con empresas como BAMA y CENTUM, estamos llevando la IA al siguiente nivel. Imagina una fábrica que puede anticipar problemas antes de que ocurran, gracias a sistemas predictivos basados en datos. O robots que trabajan junto con humanos para embalar y paletizar productos de manera eficiente, incluso cuando las cajas tienen tamaños diferentes. ¡Es como pasar de un coche manual a uno automático!
Pero esto no es ciencia ficción. Estamos investigando y desarrollando algoritmos de inteligencia artificial que convierten datos masivos en decisiones inteligentes, sistemas de visión por computador que ven más allá de lo que el ojo humano puede detectar y soluciones de mantenimiento predictivo impulsadas por aprendizaje automático que ahorran tiempo y dinero. La IA actúa como un cerebro estratégico que optimiza cada aspecto del proceso, desde la producción hasta la logística. ¿El resultado? Procesos más sostenibles, menos residuos y fábricas más inteligentes.
Este tipo de proyectos no solo benefician a las grandes empresas. También tienen un impacto directo en nuestras vidas. Piénsalo: cada vez que compras algo en línea y llega a tu puerta en tiempo récord, es probable que detrás haya un sistema de IA que optimizó cada paso del proceso. Desde el empaquetado hasta la entrega.
El consorcio del proyecto HUMAIN, estamos emocionados de ser parte de esta revolución. No se trata solo de hacer que las máquinas trabajen más rápido, sino de integrar tecnologías disruptivas que conviertan a las personas en el corazón del proceso. Porque al final, la IA es una herramienta: lo importante es cómo la usamos para mejorar nuestro día a día.
¿Estamos listos para abrazar esta revolución industrial? La respuesta está en cada clic, cada compra y cada robot que trabaja codo a codo con nosotros.
El Estatuto de Autonomía de Castilla y León destaca en su preámbulo y en varios de sus artículos el valor y la importancia del Patrimonio Cultural como parte esencial de la identidad de la Comunidad y como un activo a proteger y promover, por su singular riqueza y por el que somos conocidos fuera de nuestras fronteras. Este Patrimonio abarca bienes muebles, inmuebles y activos intangibles. Comprender y gestionar estos elementos es crucial para su protección, conservación y transmisión a las futuras generaciones, áreas en las queCARTIF viene trabajando durante 25 años, convirtiéndose en un referente internacional.
Las cifras son apabullantes: Castilla y León tiene protegidos singularmente más de 2.500 Bienes de Interés Cultural (BIC), de ellos 11 bienes están inscritos en la Lista del Patrimonio Mundial de la UNESCO, entre los que figuran tres de las nueve capitales de la región: Ávila, Salamanca y Segovia. Además, ha catalogado hasta la fecha más de 23.000 enclaves de interés arqueológico, más de 500 castillos y 12 catedrales, y una de las mayores concentraciones de arte románico del mundo. A su vez, se han inventariado más de 200.000 bienes muebles de la Iglesia Católica.
Gran parte de este inmenso Patrimonio Cultural de Castilla y León se encuentra en zonas rurales de la Comunidad, ya que:
Los 2.564 BIC protegidosse reparten entre 878 municipios, de los cuales el 94% se encuentran en poblaciones de menos de 5.000 habitantes.
El 1% de los municipios con más de 10.000 habitantes, que agrupan casi la mitad de la población de Castilla y León, solo cuentan con el 18% de los bienes.
2.564 BIC protegidos en 878 municipios
1% de los municipios cuenta con el 18% de los bienes
Estos números revelan que estamos ante un recurso tan insustituible como imprescindible para nuestro futuro, con un incuestionable valor educativo y social, más aún en el medio rural. Tiene, además, un considerable potencial económico, con la ventaja de ser endógeno y no deslocalizable. Lenta, pero inexorablemente, el Patrimonio se posiciona como una incontestable oportunidad de desarrollo y no como una carga económica.
La estimación llevada a cabo a partir del estudio de la Asociación de Entidades de Patrimonio Cultural (AEPC-integrada por 27 empresas de la Comunidad que dan empelo a 600 trabajadores-), pone de manifiesto que el sector de patrimonio en Castilla y León genera 225 empleos totales por millón de euros de inversión, que se reparten entre un 8% de empleos directos (17), un 8% indirectos (18), un 50% inducidos en otras industrias (113) y un 33% derivado en el turismo (77). Para rematar, cada euro invertido quintuplica el beneficio de la inversión.
En una Europa que se acerca más a ser un gran museo que una gran fábrica, ¿acabaremos de apostar por el filón que para nosotros supone el Patrimonio?
Tratamiento y purificación de aguas residuales provenientes de diferentes industrias mediante métodos electroquímicos
No se puede concebir el mundo moderno sin las variadas industrias que le dan forma al mismo: la creación de productos de valor añadido a partir de materias primas, aunque es un concepto tan antiguo como la misma civilización, no se habría desarrollado de una forma tan vertiginosa sin la Revolución Industrial, que ha permitido obtener productos con escasa diferencia entre ellos en menos tiempo y por menor precio.
Como todo, este aumento de la industria ha traído parejos varios problemas. Muchos de ellos se han podido solucionar a lo largo del tiempo o han sido minimizados correctamente hasta el punto de que no son un problema. Al final del día, lo que se busca es que, en la transformación de las materias primas en productos, se produzca la menor cantidad de residuos posible, ya que esta generación conlleva el tratamiento de los mismos para poder disponer de ellos de forma adecuada.
Aún así, hay algunas industrias que son conocidas por dejar una marca indeleble en la zona en la que se sitúan, como puede ser la industria papelera. Es necesario añadir que en los últimos 20 años las regulaciones implantadas, así como el trabajo realizado desde las propias empresas de tratamiento de celulosa, ha ayudado a reducir la huella de carbono de la industria (indicador ambiental que pretende reflejar la totalidad de gases de efecto invernadero emitidos por efecto directo o indirecto de, en este caso, una organización).
Pero, aún con el trabajo realizado hasta ahora, es imposible un sistema en el que el residuo generado sea cero. Una industria como la papelera siempre va a generar aguas residuales que deben ser tratadas de forma diferente a las generadas en los hogares. Por ello, muchas empresas del ramo están buscando formas de inertizar sus corrientes residuales con el fin de que no supongan un problema para el medio ambiente.
Otra industria que adolece del mismo problema que la industria papelera es la industria minera, en la cual los metales pesados extraídos forman parte de la ganga de la mena, la cual no tiene interés económico para la empresa. El problema es cuando la concentración de los mismos es demasiado baja como para ser atrapados por métodos físicos como la coagulación o floculación, ya que, aunque se disminuye la cantidad de metales en las corrientes residuales, existe una cierta cantidad de compuestos dañinos para el medio ambiente y el ser humano que le da a las susodichas una concentración por encima de los niveles recomendados para ello.
Para solucionar estos problemas se han propuesto diferentes técnicas para controlar la cantidad de componentes nocivos que las industrias pueden descargar, pero, en esta entrada de blog, quiero hablar principalmente de diferentes técnicas electroquímicas que existen para llevar a cabo este cometido. Para ello, creo conveniente hacer un pequeño resumen de la rama que usan estas técnicas, que es la de la electroquímica.
Resumen de la electroquímica
Las reacciones electroquímicas se pueden dividir de acuerdo al potencial necesario para su realización. Cuando las reacciones químicas son inducidas por una diferencia de potencial externo, es decir, se necesita aplicar un voltaje para llevarla a cabo, el proceso se denominaelectrólisis. Por otro lado, si la diferencia de potencial eléctrico surge como resultado de una reacción química, es decir, se genera un voltaje como consecuencia de la reacción, estamos ante un «acumulador de energía eléctrica», comúnmente conocido como batería o celda galvánica.
«Electrólisis. Cuando las reacciones químicas son inducidas por una diferencia de potencial externo.»
Las reacciones químicas en las que se transfieren electrones entre moléculas se llaman reacciones redox, que viene del hecho de que, para llevarse a cabo una reacción electroquímica completa, debe haber una semirreacción en la que un compuesto se reduce y otra semirreacción en la que otro compuesto se oxida, dando así el origen a este tipo de reacciones. Estas reacciones son esenciales en electroquímica, ya que permiten los procesos que generan electricidad o son inducidos por la misma.
En términos generales, la electroquímica se dedica a investigar los casos en los que ocurren reacciones de oxidación y reducción de manera separada, ya sea físicamente o en diferentes momentos, dentro de un sistema conectado a un circuito eléctrico. Este aspecto es estudiado en química analítica, específicamente en el análisis potenciométrico.
El uso de la electroquímica en las aguas residuales de la industria se basa en el hecho de que los iones metálicos suelen tener distintos estados de oxidación (la carga eléctrica teórica que tendría un átomo si todos sus enlaces con otros elementos fueran completamente iónicos). Jugando con estos estados de oxidación y la presencia de contraiones que son capaces de formar una sal de baja solubilidad, se puede retirar una gran parte de los metales pesados, así como otros iones susceptibles de ser perjudiciales.
Industria papelera: desionización capacitiva
En el caso de CARTIF, una de las técnicas electroquímicas con las que se trabaja con el fin de tratar aguas procedentes de efluentes de la industria papelera, es la de desionización capacitiva.
La tecnología de desionización capacitiva (CDI, por sus siglas en inglés) se basa en la eliminación de aniones y cationes utilizando un campo eléctrico y electrodos compuestos por materiales derivados del carbono, los cuales cuentan con alta porosidad y buena conductividad eléctrica. Este método permite la acumulación localizada de cargas positivas y negativas alrededor de los electrodos en un proceso de celdas alternas, en el cual cada celda funciona como un supercondensador que almacena energía eléctrica mientras reduce la conductividad de la disolución debido a que se retiran cargas del medio.
La inversión de polaridad permite recuperar la energía acumulada al mismo tiempo que se limpian los electrodos en cuya superficie se han depositado los iones de carga contraria. Así, al hacer circular agua a contracorriente, se logra la recuperación de gran parte de la energía utilizada previamente en el proceso de desalación, que puede ser reutilizada para continuar reduciendo la cantidad de sales disueltas. Este proceso se repite en ciclos mediante varias celdas conectadas en paralelo, alternando las celdas en operación y las celdas en limpieza. Esto permite obtener de forma continua un flujo de agua desalada, un flujo de rechazo (corriente con una alta concentración de sales, que al aumentar su concentración es más fácil secar y almacenar en el futuro) y una recuperación energética que se emplea en las celdas activas.
«Inversión de polaridad. Recuperar la energía acumulada al mismo tiempo que se limpian los electrodos en cuya superficie se han depositado los iones de carga contraria.»
Las principales ventajas de la CDI son las siguientes:
Menor consumo energético en comparación con la ósmosis inversa (RO por sus siglas en inglés, la cual se basa en aplicar presión a la disolución para empujarla a través de una membrana de ósmosis semipermeable para filtrarla y retirar los iones presentes) ya que no requiere de altas presiones para funcionar y permite recuperar gran parte de la energía utilizada en la desalación, almacenada en las celdas como en un condensador.
Reducción en el uso de productos químicos, ya que no se requieren agentes quelantes para evitar obstrucciones como en las tecnologías basadas en membranas, así como no necesitar ni ácidos y bases para la regeneración de resinas en los sistemas de intercambio iónico.
Modularidad y compacidad. La posibilidad de utilizar múltiples celdas en paralelo facilita el montaje compacto y la ampliación progresiva del caudal de tratamiento mediante la adición de módulos, ofreciendo crecimiento escalable y mayor versatilidad, lo cual es de alto interés en la industria.
Industria Minera: electrocoagulación
En el caso de la industria minera, una técnica que se ha planteado en CARTIF es la de la electrocoagulación (EC), la cual tiene un rango de aplicación que también cubre a solidos suspendidos, aceite emulsionado, hidrocarburos y similares.
En su forma más simple, un reactor de electrocoagulación se compone de una celda electrolítica con un ánodo y un cátodo. Al conectarlo a una fuente de energía externa, el material del ánodo se corroe electroquímicamente debido a la oxidación, mientras que el cátodo se somete a pasivación.
Un sistema de electrocoagulación (EC) esencialmente consta de pares de placas metálicas conductoras en paralelo, que actúan como electrodos monopolares. Además, requiere una fuente de corriente continua, una caja de resistencia para regular la densidad de corriente y un multímetro para leer los valores de corriente. Las placas metálicas conductoras son comúnmente conocidas como «electrodos de sacrificio». El ánodo sacrificial reduce el potencial de disolución del ánodo y minimiza la pasivación del cátodo. Los ánodos y cátodos de sacrificio pueden ser del mismo material o de materiales diferentes, dependiendo de la composición de la disolución a tratar.
La disposición de electrodos monopolares con celdas en serie es eléctricamente similar a una sola celda con muchos electrodos e interconexiones. En una disposición de celdas en serie, se requiere una diferencia de potencial más alta para que fluya una corriente determinada, ya que las celdas conectadas en serie tienen mayor resistencia. Sin embargo, la misma corriente fluirá a través de todos los electrodos. En contraste, en una disposición en paralelo o bipolar, la corriente eléctrica se divide entre todos los electrodos en relación con la resistencia de las celdas individuales, y cada cara del electrodo tiene una polaridad diferente.
Durante la electrólisis, el lado positivo experimenta reacciones anódicas de oxidación, mientras que en el lado negativo se encuentran reacciones catódicas de reducción. Generalmente se usan placas metálicas consumibles, como hierro o aluminio, como electrodos de sacrificio para producir continuamente iones en el agua. Los iones liberados neutralizan las cargas de las partículas presentes en la disolución e inician la coagulación. Estos iones eliminan contaminantes indeseables, ya sea mediante reacción química y precipitación, o causando la coalescencia de los materiales coloidales, que luego pueden ser eliminados por retirada de la capa orgánica que se forma en la superficie de la disolución. Además, a medida que el agua que contiene partículas coloidales, aceites u otros contaminantes se mueve a través del campo eléctrico aplicado, puede producirse ionización, electrólisis, hidrólisis y formación de radicales libres, lo cual puede alterar las propiedades físicas y químicas del agua y los contaminantes. Como resultado, el estado reactivo y excitado provoca que los contaminantes se liberen del agua y sean destruidos o se hagan menos solubles.
Algunas de las ventajas de este sistema, en comparación con la coagulación química, son las siguientes:
Los flóculos formados por EC son similares a los flóculos generados por floculación química, excepto que los flóculos de EC tienden a ser mucho más grandes, contienen menos agua ligada, son resistentes al ácido y más estables, y por lo tanto, pueden separarse más rápidamente mediante filtración.
La EC puede producir un efluente con menos contenido de sólidos disueltos totales (TDS) en comparación con los tratamientos químicos, particularmente si los iones metálicos pueden precipitarse como hidróxidos o carbonatos insolubles.
El proceso de EC tiene la ventaja de eliminar las partículas coloidales más pequeñas, ya que el campo eléctrico aplicado neutraliza cualquier carga residual, facilitando así la coagulación mediante formación de micelas mayores.
El proceso de EC generalmente evita el uso excesivo de productos químicos, lo que reduce la necesidad de neutralizar el exceso de productos y disminuye la posibilidad de contaminación secundaria causada por sustancias químicas añadidas en alta concentración, como ocurre cuando se utiliza la coagulación química en el tratamiento de aguas residuales.
Las burbujas de gas producidas durante la electrólisis de tanto el agua de la disolución como los componentes en la misma pueden transportar convenientemente los componentes contaminantes a la superficie de la solución, donde pueden concentrarse, recogerse y eliminarse más fácilmente.
Como conclusión, podemos afirmar que la evolución industrial ha traído consigo desafíos medioambientales significativos, especialmente en la gestión de residuos y contaminantes tóxicos. Para mitigar estos efectos, la electroquímica ha emergido como una herramienta clave en la purificación de aguas residuales, destacando técnicas como la desionización capacitiva (CDI) y la electrocoagulación (EC). Estas tecnologías permiten reducir la concentración de metales pesados y otros contaminantes con un menor uso de productos químicos y menor consumo energético. Así, la electroquímica ofrece soluciones sostenibles para minimizar el impacto ecológico de las industrias al optimizar el tratamiento de sus residuos y contribuir a la protección ambiental.
En mi anterior post comentaba cómo los ecosistemas de innovación, si no están bien coordinados, pueden convertirse en auténticos semilleros de «des-tecnología». Esto sucede cuando los agentes que lo conforman no tienen claros sus roles o no persiguen un objetivo común. La falta de cohesión genera inconsistencia e ineficiencias que, aunque a veces no se perciban directamente, siempre terminan afectando a todos.
Por ello es esencial que organismos de investigación, centros tecnológicos, administraciones públicas, empresas y sociedad sepamos que cada uno desempeñamos una función en la cadena de valor del ecosistema de innovación tecnológica y que el objetivo único que se persigue es la generación de riqueza y prosperidad de las regiones, a través de la explotación de tecnologías.
La innovación tecnológica que crea prosperidad no es el resultado de la ciencia, la tecnología o el mercado por separado, si no de un engranaje bien sincronizado donde cada actor asume su responsabilidad con convicción y compromiso.
Es papel de la administración pública el engrasar el sistema de innovación impulsando iniciativas tecnológicas innovadoras que sustenten el cumplimiento de roles de cada agente:
Los organismos de investigación, siendo líderes en ciencia o investigación básica, la más cercana a la disrupción tecnológica. Se deberán de estimular el conseguir niveles altos de publicaciones científicas de alto impacto y asegurar unas largas carreras científicas en los organismos públicos de investigación nacionales, iniciadas en universidades con programas enfocados a demanda del sistema.
Los centros tecnológicos, siendo los agentes claves en innovación incremental (investigación aplicada), valorizando también la ciencia de los organismos de investigación y trabajando para su transferencia. Se deberá consolidar su posición con una apuesta clave, especialmente de los gobiernos regionales, que refleje el compromiso con este agente de transferencia y que acerque aún más los avances tecnológicos a las empresas y la sociedad.
Las empresas, siendo líderes de los procesos de innovación. Se deberá incentivar con bonificaciones y deducciones fiscales más atractivas para sus políticas de exploración, para la contratación de talento universitario que estimule la adopción de innovaciones tecnológicas en las empresas y permita cerrar el círculo con la valorización (uso o explotación) de la tecnología generada en el propio ecosistema.
Por último, al ciudadano no se le debe pedir si no recompensar con una política económica e industrial centrada en política de innovación, asentada y a largo plazo, con rutas alineadas con intereses generales de crecimiento y empleo y una balanza comercial que importe talento y exporte tecnología y no al revés.
Es papel de la administración engrasar y papel de todos generar hábitos de innovación en el ecosistema repitiendo una y otra vez el rol para que se nos crea, porque solo así conseguiremos crecer y evolucionar de manera ordenada y sostenible en el tiempo, construyendo un futuro en el que la tecnología no solo sea una herramienta, si no un motor de progreso colectivo.
En definitiva, cada palo debe aguantar su vela en este complejo ecosistema de innovación tecnológica. Si cada agente cumple su rol y se alinea con el objetivo común de generar prosperidad y riqueza a través de la tecnología, no solo evitaremos las ineficiencias que se sufren en silencio, si no que construiremos un sistema robusto, competitivo y sostenible.
En la transición hacia un mundo más sostenible, el hidrógeno verde ha surgido como un recurso esencial para descarbonizar sectores clave como la industria y el transporte. En 2024, la Unión Europea y otros países han redoblado sus esfuerzos con inversiones históricas para construir infraestructura y fomentar la producción de hidrógeno renovable, que será crucial para cumplir los objetivos climáticos. Esta inversión pone de relieve el papel fundamental del hidrógeno verde en la lucha contra el cambio climático y la creación de una economía libre de carbono.
El hidrógeno verde, a diferencia del convencional, se genera a partir tecnologías basadas en energías renovables (por ejemplo, a partir de celdas electrolíticas combinadas con energías renovables, como la eólica o la solar) sin emitir gases contaminantes. Este proceso lo convierte en una opción limpia y segura para reducir las emisiones globales. Sin embargo, su adopción masiva depende del éxito de desafíos en cuanto a transporte y almacenamiento, y aquí es donde las moléculas portadoras de hidrógeno tienen un rol esencial.
Moléculas portadoras de hidrógeno o «moléculas verdes»: la clave del desarrollo del sector del H2 verde.
El hidrógeno en su estado puro es difícil de almacenar y transportar debido a su baja densidad energética y a que necesita condiciones especiales de presión y temperatura. Las moléculas portadoras, como el metanol, el amoníaco y el ácido fórmico, permiten almacenar el hidrógeno de forma segura y estable, facilitando su manejo y transporte. Estas moléculas actúan como “embalajes” del hidrógeno, que puede liberarse en el punto de consumo sin complicaciones logísticas.
El metanol, un portador versátil, se obtiene combinando hidrógeno verde con CO₂ capturado, y puede reconvertirse en hidrógeno de forma práctica en el punto de uso. El amoníaco es otro portador prometedor, con una alta densidad de hidrógeno y una infraestructura de transporte ya existente, lo que lo hace ideal para aplicaciones industriales de gran escala. El ácido fórmico, menos conocido, es fácil de manejar y una opción excelente para aplicaciones más pequeñas, como pilas de combustible en vehículos ligeros.
Aplicaciones de H2 y sus derivados en el transporte e industria
La flexibilidad de estas moléculas portadoras abre un amplio abanico de aplicaciones. En el sector del transporte, pueden usarse en camiones, trenes y autobuses, permitiendo una movilidad sin emisiones de carbono. Este año hemos visto cómo los primeros autobuses de hidrógeno operan en Alemania, y Japón ha lanzado trenes de hidrógeno, mostrando el potencial de este recurso en el transporte público sostenible. Las moléculas portadoras hacen que el almacenamiento y recarga de hidrógeno verde sea más práctico, ayudando a reducir la dependencia de combustibles fósiles en largas distancias.
Fuente: Freepik.es
En la industria, el hidrógeno verde y sus portadores son alternativas viables para reemplazar el carbón en procesos de alta temperatura, como la producción de acero, y como materia prima en la industria química, donde el hidrógeno verde sustituye al hidrógeno gris en la producción de amoníaco y metanol, productos químicos esenciales en la fabricación de fertilizantes y plásticos.
Además, el hidrógeno verde también es clave en el almacenamiento de energía. Con el crecimiento de energías renovables, como la solar y la eólica, se necesitan métodos eficientes para almacenar el exceso de energía y liberarlo cuando es necesario. Los excedentes de energía renovable pueden convertirse en hidrógeno verde y almacenarse en portadores como el metanol o el amoníaco, que después pueden reconvertirse en energía cuando la demanda es alta o la generación renovable baja. Esto ayuda a una red eléctrica más estable y sostenible, y reduce la intermitencia de fuentes renovables.
Los desafíos y oportunidades que nos trae el futuro inmediato del H2 verde y sus «moléculas» derivadas
A pesar de su potencial, el hidrógeno verde todavía enfrenta desafíos importantes. Uno de ellos es el costo de producción, que sigue siendo elevado en comparación con los combustibles fósiles. Sin embargo, el avance tecnológico y el apoyo gubernamental están permitiendo reducir estos costos, con expectativas de que en los próximos años el hidrógeno verde sea más accesible. Además, se necesitan inversiones en infraestructura de distribución y estaciones de recarga para llevar el hidrógeno verde a gran escala, permitiendo su uso en aplicaciones industriales y de transporte en todo el mundo.
El Área de Biotecnología y Química Sostenible de CARTIF también estamos desarrollando tecnologías para hacer que la producción de hidrógeno verde sea más eficiente y económica, reduciendo los costos de la electrólisis y mejorando los materiales para el almacenamiento seguro del hidrógeno en moléculas portadoras. Estos avances acercan estas tecnologías a una escala comercial, haciendo que el hidrógeno verde sea competitivo y accesible en un mercado energético que exige cada vez más sostenibilidad. Mediante proyectos como CATCO2NVERS y H2METAMO, trabajamos en la captura de CO₂ para su conversión en metanol verde, un portador de hidrógeno de alto valor añadido. Estos proyectos no solo investigan cómo el metanol y el amoníaco pueden facilitar el almacenamiento y transporte del hidrógeno, sino que también exploran el potencial de estos portadores para su uso directo en aplicaciones industriales y energéticas.
«En CARTIF, somos pioneros en hidrógeno verde y su almacenamiento químico mediante en forma de moléculas verdes y estamos comprometidos con el avance del hidrógeno verde y sus portadores como solución para una economía baja en carbono»
En resumen, el hidrógeno verde y sus derivados están comenzando a transformar la forma en que pensamos sobre la energía. Este recurso representa una oportunidad única para reducir las emisiones de carbono y proporcionar energía limpia en diversas industrias y aplicaciones. En CARTIF, creemos que el hidrógeno verde es el camino hacia un futuro sostenible y estamos comprometidos con desarrollar tecnologías que permitan su adopción masiva para generar un impacto positivo en el planeta.
Co-autor
David Díez Rodriguez. Investigador del área de Biotecnología y Química Sostenible
La importancia de las herramientas de diseño y optimización de hidrógeno verde
El hidrógeno verde se está posicionando como una alternativa viable en el contexto de la transición hacia fuentes de energía limpias y sostenibles. Este vector energético no sólo permite transformar energía sin emitir contaminantes, sino que también tiene una importante capacidad de almacenamiento a largo plazo, lo que ayuda a abordar uno de los principales problemas de las fuentes de energía renovables como la solar y la eólica: su carácter intermitente y estacional.
Debido a las múltiples aplicaciones del hidrógeno y a la naturaleza variable de las fuentes renovables, el diseño y la optimización de sistemas de producción, almacenamiento y aprovechamiento de hidrógeno verde, son procesos complejos sobre todo cuando se aplica a procesos industriales, donde es necesaria una gestión cuidadosa de toda la cadena para garantizar un funcionamiento continuo y eficaz. Aquí es donde las herramientas de simulación y optimización juegan un papel crucial, facilitando la integración eficiente del hidrógeno en el sistema energético y permitiendo tomar decisiones óptimas basadas en datos detallados y proyecciones precisas.
Necesidad de herramientas especializadas para la transición energética
Para avanzar hacia un sistema energético más sostenible y descarbonizado es esencial aplicar el modelado dinámico y la simulación para optimizar tanto la producción como la utilización del hidrógeno verde en los sectores residencial, industrial y transporte pesado, ya que cada uno presenta diferentes patrones de demanda energética, siendo necesario el desarrollo de herramientas específicas que permitan evaluar múltiples escenarios, optimizar el diseño y determinar estrategias de control y gestión más adecuadas.
Estas herramientas no solo permiten simular el comportamiento de los sistemas en condiciones reales, sino que también ayudan a optimizar parámetros importantes como la potencia nominal de los electrolizadores, el volumen de almacenamiento de hidrógeno y la gestión de los momentos óptimos para consumir o almacenar energía. La aplicaciónn de algoritmos de optimización avanzados tiene como objetivo reducir los costes operativos y de inversión al mismo tiempo que maximizar el uso de energía renovable garantizando que se toman las mejores decisiones técnicas, económicas y ecológicas.
Funcionalidades de la herramienta desarrollada
CARTIF que es Centro de Excelencia Cervera, otorgado por el Ministerio de Ciencia e Innovación y del CDTI, bajo los expedientes CER-20191019 y CER-20211002 ha desarrollado una herramienta de diseño y optimización de este tipo de sistemas gracias al proyecto CERVERA H24NewAge. Se trata de una plataforma que permite el diseño y optimización de sistemas de producción y uso de hidrógeno verde en entornos residenciales e industriales aplicando modelado dinámico junto con Python a través de una interfaz web fácil de manejar que facilita el acceso a simulaciones complejas sin necesidad de conocimientos técnicos avanzados contribuyendo a la democratización de la tecnología del hidrógeno, permitiendo que usuarios de diferentes niveles de experiencia interactúen con modelos complejos y recojan información útil para la toma de decisiones en el diseño de sus sistemas. Algunos de los puntos clave de la herramienta son:
Simulación de escenarios de producción de hidrógeno: Los usuarios pueden simular una variedad de entornos de producción de hidrógeno, como procesos industriales, cogeneración industrial, microcogeneración residencial y generación de energía eléctrica a gran escala.
Optimización Basada en Algoritmos Avanzados: La herramienta ayuda a dimensionar el tamaño óptimo de los componentes del sistema, minimizando costes y maximizando el aprovechamiento de la energía renovable utilizando algoritmos de optimización avanzados. También incluye la creación de estrategias operativas que consideren la disponibilidad de energía renovable, la demanda de hidrógeno y las limitaciones de almacenamiento para lograr una operación económica y eficiente.
Flexibilidad y Adaptabilidad: Parámetros cruciales como la ubicación geográfica, los perfiles de demanda y las tecnologías de producción renovable se pueden ajustar a través de la plataforma, lo que la hace ideal para una variedad de escenarios y necesidades específicas. Esta capacidad es fundamental para que los usuarios puedan evaluar cómo sus diseños se comportarían en diferentes situaciones y escenarios, adaptando las tecnologías de producción y almacenamiento de hidrógeno a las particularidades de cada entorno.
Visualización de Resultados: La interfaz web de la herramienta facilita la visualización de los resultados de las simulaciones mediante gráficos interactivos y tablas que muestran aspectos clave del sistema, como son: la eficiencia energética, los costes operativos y la capacidad de almacenamiento. Asimismo, los usuarios pueden comparar los resultados de escenarios diferentes, lo que resulta fundamental para identificar oportunidades de mejora y realizar ajustes adicionales.
Conclusiones
En definitiva, contar con herramientas como esta permite evaluar y optimizar estrategias para la producción y uso del hidrógeno verde, facilitando su integración en el sistema energético y contribuyendo a un futuro más sostenible. Gracias al acceso a modelos avanzados y algoritmos de optimización, estas herramientas permiten tomar decisiones fundamentadas, lo que deriva en sistemas más eficientes y resilientes. Un ejemplo claro sería la capacidad óptima de almacenamiento de hidrógeno, cuya correcta estimación puede evitar costes innecesarios y garantizar un suministro constante, incrementando la eficiencia operativa del sistema. Además, la facilidad de uso y la flexibilidad que ofrecen estas plataformas ayudan a reducir las barreras técnicas para adoptar el hidrógeno verde, haciéndolo una opción accesible y viable para un mayor número de usuarios y aplicaciones. Esto es clave para avanzar hacia una transición energética efectiva y para fomentar soluciones que disminuyan la dependencia de combustibles fósiles y favorezcan la mitigación del cambio climático.
Co-autor
Jesús Samaniego. Ingeniero Industrial. Desde 2002 trabaja en CARTIF en el desarrollo de proyectos dentro del campo de la eficiencia energética, la integración de energías renovables y en el estudio de la calidad del suministro eléctrico
