La investigación de Gonzalo Jiménez Martín, desarrollada en CENER, mejora la eficiencia de la electrólisis de óxido sólido y plantea nuevos escenarios para abaratar su implantación industrial.
La tesis de la UPNA sobre hidrógeno renovable ha planteado avances para producir este combustible con más eficiencia y a menor coste, con una estimación de unos 5 euros por kilogramo en el escenario más favorable analizado en España. El trabajo lo ha defendido el ingeniero químico Gonzalo Jiménez Martín en la Universidad Pública de Navarra, dentro de una investigación desarrollada en CENER.
La investigación, centrada en la electrólisis de óxido sólido, ha logrado reducir un 57 % las necesidades de calentamiento del sistema y ha abierto la puerta a rebajar el coste hasta 3,5 euros por kilogramo en determinados escenarios futuros. La tesis de la UPNA ha puesto el foco en una tecnología llamada a jugar un papel relevante en sectores difíciles de descarbonizar, como la industria, la generación energética o el transporte pesado.
“El hidrógeno renovable se ha perfilado como una de las soluciones más prometedoras para avanzar hacia una economía más sostenible”, ha explicado el investigador. En su trabajo, ha analizado una tecnología que obtiene hidrógeno a partir del agua usando electricidad y altas temperaturas, con la ventaja de que también puede facilitar la conversión directa de vapor de agua y CO2 en gas de síntesis.
La tesis ha sido dirigida por Mónica Aguado Alonso, profesora de la UPNA y responsable del Departamento de Integración en Red, Almacenamiento Eléctrico e Hidrógeno en CENER; Iñigo Garbayo Senosiain, responsable del área de Hidrógeno en CENER; y Xabier Judez López, investigador en esa misma área. El trabajo se ha centrado en una tecnología con gran potencial, aunque todavía arrastra dificultades para su implantación comercial a gran escala.
Uno de los principales problemas de estos sistemas es que trabajan a alta temperatura, algo que puede acelerar el deterioro de algunos componentes. Además, necesitan calor externo para alcanzar las condiciones de operación necesarias, un factor que reduce la eficiencia global y eleva tanto la inversión como los costes de explotación.
Para responder a esos retos, la investigación ha empleado modelado avanzado y simulación con el objetivo de optimizar el sistema en distintos niveles. El análisis ha ido desde el diseño interno de los equipos hasta su integración completa en una planta industrial, con la intención de acercar esta tecnología a contextos reales.
Una de las primeras líneas del estudio se ha centrado en el llamado “stack”, el conjunto de celdas que constituye el núcleo del electrolizador y donde se produce el hidrógeno. Mediante simulaciones de dinámica de fluidos computacional, Gonzalo Jiménez Martín ha estudiado cómo influye el diseño de distintas piezas en la circulación de los gases y en el rendimiento del equipo.
El objetivo ha sido conseguir una distribución más uniforme de los gases, del calor y de la electricidad dentro del sistema. Según la tesis, ese funcionamiento más equilibrado permite elevar el rendimiento y reducir la degradación de los componentes, además de servir como base para el primer desarrollo de esta tecnología realizado por CENER.
Otro de los ejes de la tesis ha sido reducir la necesidad de calor externo aprovechando mejor la energía térmica generada dentro del propio proceso. Para ello, el investigador ha desarrollado un modelo detallado del sistema completo y ha aplicado estrategias de integración térmica, una metodología habitual en la industria para optimizar el uso del calor.
Los resultados han sido relevantes. “Se lograron reducir las necesidades de calentamiento en un 57 % y las de enfriamiento en un 67 % frente a otros diseños propuestos en la literatura científica”, ha afirmado Gonzalo Jiménez Martín. En concreto, el sistema optimizado requiere alrededor de 8 kWh de calor por kilogramo de hidrógeno producido, una cifra alineada con los objetivos marcados por la Comisión Europea para esta tecnología.
La tesis también ha analizado uno de los puntos más decisivos para su futuro: el coste de producción. Más allá de la inversión inicial, el precio de la energía necesaria para generar hidrógeno condiciona de forma directa la competitividad final del sistema.
Por eso, el investigador ha estudiado la viabilidad técnico-económica de implantar estos electrolizadores en España, un contexto elegido por sus bajos costes de electricidad y su elevado recurso solar. El caso analizado ha consistido en un sistema de electrólisis de óxido sólido acoplado a una planta fotovoltaica con almacenamiento en baterías.
A partir del modelo desarrollado, el trabajo ha calculado consumos de materias primas, servicios generales de planta, producción de hidrógeno y diseño preliminar de equipos. Después, ha comparado distintas ubicaciones industriales para estimar el coste nivelado del hidrógeno, un indicador que refleja cuánto cuesta producir cada kilogramo a lo largo de la vida útil de la instalación.
El algoritmo diseñado en la tesis ha permitido determinar el tamaño óptimo de la planta solar, del sistema de baterías y de las condiciones de operación necesarias para reducir costes en cada emplazamiento. Entre todos los casos estudiados, Puertollano ha presentado las condiciones más favorables.
En ese escenario, el coste estimado se ha situado en torno a 5 euros por kilogramo de hidrógeno para un sistema de 1,5 MWp acoplado a una planta fotovoltaica de 3,5 MWp y baterías de 1,25 MWh. Además, la tesis plantea que ese coste podría bajar hasta 3,5 euros por kilogramo si en el futuro disminuyen los costes de fabricación de los stacks, mejora su vida útil y se abaratan las baterías.
Ese nivel se situaría por debajo del índice MIBGAS IBHYX, que rondaba los 6 euros por kilogramo en marzo de 2026 y que representa el coste teórico estandarizado del hidrógeno renovable en la península ibérica. Aun así, seguiría por encima del hidrógeno obtenido a partir de combustibles fósiles, que se mueve alrededor de 2,5 euros por kilogramo.
En conjunto, la tesis defendida en la UPNA ha aportado un enfoque integral sobre esta tecnología, desde el diseño de componentes hasta su integración en planta y su evaluación económica. “Los resultados demuestran que se pueden lograr mejoras significativas en la eficiencia mediante un diseño optimizado del stack y del sistema”, ha subrayado el investigador.
Gonzalo Jiménez Martín se ha graduado en Ingeniería Química por la Universidad de Salamanca, donde recibió el premio al segundo mejor expediente de su promoción 2019/2020 concedido por la Real Sociedad Española de Química en su sección territorial de Salamanca. Después, cursó el Máster Interuniversitario en Ingeniería Química impartido por la Universidad del País Vasco y la Universidad de Cantabria.
Su trayectoria investigadora comenzó en 2021 en CIC EnergiGUNE, en Vitoria, donde realizó sus prácticas de máster en el grupo de Prototipado de Celdas. Más tarde, en 2022, se incorporó al Departamento de Integración en Red, Almacenamiento Eléctrico e Hidrógeno de CENER, donde ha compaginado la tesis con otros proyectos sobre la cadena de valor del hidrógeno renovable.
Durante esta etapa también realizó una estancia de investigación en el Institute of Power Engineering – National Research Institute de Varsovia, en Polonia. En la actualidad, cuenta con cinco publicaciones en revistas científicas indexadas y ha participado en congresos internacionales de referencia sobre hidrógeno y pilas de óxido sólido.
