Production of hydrogen from renewable energy sources - case study

Abstract

[ES] 1. Alcance y Objetivos Este Trabajo de Fin de Grado tiene como objetivo revisar los métodos de producción de hidrógeno utilizando combustibles renovables, con un enfoque específico en su uso y sostenibilidad en el contexto de España. A través de un análisis crítico del escenario energético actual y las aplicaciones de energía renovable en España, el proyecto busca evaluar la viabilidad y los beneficios de la producción de hidrógeno como una nueva fuente energética. El enfoque principal es en el método de electrólisis del agua y cómo producir hidrógeno a partir de fuentes renovables, especifícamente solar fotovoltaica y eólica.

1.1. Objetivos Revisión de tecnologías de producción de hidrógeno: Estudiar las tecnologías de producción de hidrógeno más comunes, como la reformación de metano con vapor, la electrólisis del agua, la gasificación de biomasa y la oxidación, enfocándose en sus condiciones de proceso, impactos ambientales y diferencias de eficiencia. Explorar la integración en el mercado energético de España: Evaluar el potencial del hidrógeno como un recurso de energía renovable transformador en España, considerando los desafíos actuales, como el clima, la seguridad energética y los objetivos de descarbonización. Examinar cómo el hidrógeno puede ser beneficioso en el futuro para el país y en qué campos de la industria podría implementarse.

2. Resumen El crecimiento exponencial de la población global presenta un desafío significativo que juega un papel importante en el aumento de la demanda de energía en todo el mundo. Como resultado, el estudio de métodos ambientalmente inofensivos para generar suficiente energía se ha vuelto extremadamente relevante hoy en día, proporcionando un extenso campo de investigación. El hidrógeno es una fuente emergente de energía renovable en la búsqueda de soluciones sostenibles, convirtiéndolo en una opción muy atractiva debido a su capacidad para generar energía sin emisiones nocivas. A diferencia de los combustibles fósiles convencionales, la combustión de hidrógeno produce principalmente vapor de agua, resultando en una fuente más limpia. Este atributo es clave para reducir la contaminación del aire y el cambio climático, lo que lleva a una gran inversión en esta industria por parte de muchos países. Durante este trabajo se revisan los principales métodos de producción de hidrógeno, como la reformación con vapor, oxidación parcial, reformación autotérmica, reformación por plasma, gasificación de biomasa y electrólisis del agua. A través de un estudio analizando la producción de energía en los últimos anos en España se busca averiguar si ha habido periodos de producción de energía a partir de placas solares fotovoltaicas y mollinos de viento que han ultrapasado la demanda requerida y, a partir de estos resultados, evaluar la posibilidad de producir hidrogeno con la energía sobrante. La evaluación de la producción de energía en exceso es crítica para las políticas energéticas, ya que resalta la necesidad de almacenamiento de energía o redistribución para prevenir el desperdicio y estabilizar la red. Además, estos excedentes ofrecen una gran oportunidad para procesos como la producción de hidrógeno mediante electrólisis,

[EN] 1. Scope and Objectives This Bachelor's Thesis aims to review hydrogen production methods using renewable fuels, with a specific focus on their use and sustainability in the context of Spain. Through a critical analysis of the current energy scenario and renewable energy applications in Spain, the project seeks to evaluate the feasibility and benefits of hydrogen production as a new energy source. The main focus is on the water electrolysis process of production of hydrogen, aiming to calculate how much hydrogen can be produced from solar photovoltaic and wind power renewables sources of energy.

1.1. Objectives Review of hydrogen production technologies: Study the most common hydrogen production technologies, such as steam methane reforming, water electrolysis, biomass gasification, and oxidation, focusing on their process conditions, environmental impacts, and efficiency differences. Explore integration into Spain s energy market: Assess the potential of hydrogen as a transformative renewable energy resource in Spain, considering current challenges such as climate, energy security, and decarbonization targets. Examine how hydrogen can be beneficial for the country in the future and in which fields of industry it could be implemented. 2. Summary The exponential growth of the global population presents a significant challenge, playing an important role in the increased demand for energy worldwide. As a result, the study of environmentally harmless methods to generate sufficient energy has become extremely relevant today, providing an extensive field of research.

Hydrogen is an emerging source of renewable energy in the quest for sustainable solutions, making it a very attractive option due to its capacity to generate energy without harmful emissions. Unlike conventional fossil fuels, hydrogen combustion primarily produces water vapor, resulting in a cleaner source. This attribute is key to reducing air pollution and climate change, leading to significant investment in this industry by many countries.

This work reviews the main hydrogen production methods, such as steam reforming, partial oxidation, autothermal reforming, plasma reforming, biomass gasification, and water electrolysis. Through a study analyzing energy production in recent years in Spain, the aim is to determine if there have been periods of energy production from photovoltaic solar panels and wind turbines that have exceeded the required demand, and based on these results, assess the possibility of producing hydrogen with the excess energy. The evaluation of excess energy production is critical for energy policies, as it highlights the need for energy storage or redistribution to prevent waste and stabilize the grid. Additionally, these excesses offer a great opportunity for processes like hydrogen production through electrolysis.