Energía
Cómo la IA podría acelerar la producción de hidrógeno verde
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El hidrógeno verde es la pieza clave que falta para un futuro sin combustibles fósiles. La razón es que la electricidad por sí sola no puede descarbonizar completamente las industrias que dependen de combustibles y materias primas químicas. Esto incluye sectores gigantes de la economía, como el transporte pesado por carretera, el transporte marítimo, los viajes aéreos, la producción de productos químicos, la fabricación de acero y otras metalurgias, la minería, etc.
Para todas estas actividades, el hidrógeno verde, directamente o transformado en amoníaco o combustibles renovables, puede ayudar a impulsar actividades que requieren combustible líquido, pero sin depender de recursos fósiles.
El potencial de esta tecnología fue analizado recientemente en un estudio realizado por investigadores de la Universidad McGill (Canadá) y del Instituto Indio de Educación e Investigación en Ciencias (IISER) Bhopal (India). En él, discuten las diversas fuentes posibles de hidrógeno verde, así como los métodos electroquímicos que pueden usarse para crear combustibles líquidos sostenibles y otros productos hidrocarburos.
Publicaron sus hallazgos en Renewable and Sustainable Energy Reviews1, bajo el título “Tecnologías de energía electroquímica: avances actuales y oportunidades futuras para transiciones energéticas sostenibles”.
Por qué los combustibles gaseosos y líquidos son importantes
La razón clave para perseguir la descarbonización es el cambio climático, impulsado por el aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero, de los cuales el más importante es el CO2, seguido del metano (CH4).
“El fracaso en revertir el cambio climático negativo plantea riesgos relacionados con la inestabilidad económica, eventos climáticos extremos y crecientes desigualdades sociales”
Como resultado, reformar nuestro sistema energético basado en combustibles fósiles es crucial. Desafortunadamente, esto está lejos de estar completado, incluso con el reciente aumento de las energías renovables, ya que esto ha afectado mayormente solo la producción de electricidad. Pero la mayor parte del consumo primario de energía de la humanidad no utiliza electricidad. En su lugar, este consumo energético se destina a calefacción, producción industrial, transporte marítimo, aviación, transporte por carretera, etc. Como resultado, la inmensa mayoría de las fuentes de energía siguen siendo combustibles fósiles, con el carbón, el petróleo y el gas representando más del 80 % de las fuentes de energía globales.
Fuente IEA
Decarbonizar estas actividades puede ser difícil por algunas razones:
- Los sistemas existentes no pueden funcionar con electricidad, y llevará, en el mejor de los casos, varias décadas reemplazar la flota actual de camiones, barcos, aviones, fábricas, fundiciones, etc., por alternativas electrificadas.
- Muchos de estos sistemas simplemente no disponen de una alternativa eléctrica al combustible líquido y la combustión para seguir funcionando con la eficiencia suficiente.
- Las alternativas de combustibles verdes hasta ahora han sido demasiado caras para competir económicamente con los combustibles fósiles.
Por lo tanto, existe la necesidad de hidrocarburos verdes, moléculas compuestas principalmente de átomos de carbono e hidrógeno, que son químicamente idénticas a los combustibles fósiles, lo que permite que las instalaciones energéticas, logísticas e industriales existentes se descarbonicen sin tener que electrificarse rápidamente, una tarea que, según el caso, puede ser muy difícil (transporte por carretera, calefacción) o directamente imposible (transporte aéreo).
Pasando a un sistema energético sostenible
La importancia del hidrógeno verde
El hidrógeno es un elemento abundante, especialmente en forma de agua (H2O), pero no se encuentra en su forma pura (H2) en la naturaleza. Por lo tanto, para ser utilizado en la producción de hidrógeno verde, primero debe producirse, lo que consume energía.
Para que el hidrógeno contribuya de manera significativa a la descarbonización, su producción también debe tener una huella de carbono baja. La electrólisis alimentada por electricidad renovable es la vía más conocida, mientras que técnicas emergentes podrían extraer hidrógeno de moléculas derivadas de biomasa a voltajes sustancialmente más bajos.
Al usar electricidad para producir hidrógeno y obtener hidrocarburos verdes útiles, estos métodos se denominan generalmente “Power-to-X”, donde la “X” puede reemplazarse por gas, petróleo o cualquier otro químico, y la conversión electroquímica transforma hidrógeno puro y CO2 u otra fuente de carbono en productos útiles, fáciles de usar y almacenar.
Una ventaja adicional de convertir el hidrógeno en otros compuestos es que el hidrógeno es notoriamente difícil de almacenar y transportar. El metano o los combustibles líquidos son, en comparación, mucho más fáciles.
Por último, la naturaleza intermitente de la producción de electricidad renovable significa que, en ocasiones, la producción de energía supera la demanda, y la producción de hidrógeno puede absorber ese excedente que actualmente se desperdicia en gran medida.
“El metanol producido por reducción electroquímica del dióxido de carbono puede ser un portador de energía ecológico con mayor densidad energética comparado con el hidrógeno, reduciendo los costos y desafíos como el almacenamiento y el transporte. El metano puede producirse a partir de la reducción electroquímica del dióxido de carbono y puede almacenarse en los gasoductos de gas natural existentes”.
Los múltiples caminos hacia combustibles sostenibles
El estudio identifica no menos de 16 diferentes productos químicos de valor añadido que pueden producirse mediante el uso de hidrógeno verde, como monóxido de carbono (componente principal del gas de síntesis), ácido fórmico, metanol, metano, etanol, etileno y propanol. En muchos casos, se trata de un proceso de varios pasos con productos intermedios químicos igualmente útiles.
Otra posibilidad de obtener hidrógeno verde a partir de un electrolizador es el hidrógeno producido a partir de biomasa. Inicialmente, se han explorado algunas estrategias que utilizan la descomposición bacteriana, pero los rendimientos resultaron demasiado bajos.
Una nueva tecnología prometedora es la generación anódica de hidrógeno directamente a partir de moléculas plataforma de biomasa. Esto puede realizarse a un voltaje significativamente más bajo que las técnicas habituales basadas en reacciones de evolución de oxígeno (OER).
Los catalizadores a base de cobre se utilizan predominantemente para este método, pero aún necesitan mejoras para evitar la desactivación del catalizador. Añadir otros metales o elementos, o incorporar nanostructuras avanzadas al cobre macizo puede mejorar el rendimiento de forma radical.
IA, electrolizadores y hidrógeno
Los electrolizadores, para descomponer el agua en hidrógeno o procesar biomasa en compuestos más útiles, son un campo prometedor para la energía verde y la producción de hidrógeno.
Por ahora, la mejora de los catalizadores para este proceso se ha logrado mayormente probando muchas combinaciones nuevas de diferentes elementos, tipos de catalizadores, nanostructuras y transferencias de carga. Sin embargo, esto genera un número casi infinito de combinaciones, sin un modelo matemático sencillo que pueda predecir cómo se comportará un nuevo diseño de catalizador en el mundo real.
La IA podría ayudar a resolver este problema, ya que ya se utiliza de esta manera en otros campos de la energía verde. Por ejemplo, en el desarrollo de dispositivos fotovoltaicos, la IA se ha utilizado para predecir los gaps de banda correctos y las energías de defectos en los materiales optoelectrónicos, lo que ayuda a acelerar el descubrimiento de nuevos materiales.
De manera similar, la IA ha tenido éxito en el descubrimiento de nuevos electrolitos redox para baterías de flujo redox mediante un muestreo exhaustivo del amplio espacio químico de moléculas orgánicas activas para identificar electrolitos adecuados, o para materiales de electrodo novedosos para baterías de estado sólido de iones Na y Li.
Para las tecnologías de energía electroquímica, la IA podría simplificar una imagen compleja para que los investigadores la manejen más fácilmente.
“La IA puede proporcionar información sobre la actividad superficial, la ubicación de los sitios activos en la superficie con distancias de enlace, energías de unión de los reactantes, productos y especies intermedias de las reacciones electroquímicas, basándose en la calidad de los datos utilizados para entrenar los modelos de IA”.
Este método puede eliminar gran parte de la conjetura y proporcionar rápidamente nuevos y más prometedores materiales candidatos que luego pueden probarse en laboratorios.
Otro uso de la IA es diseñar el proceso de modo que, además del hidrógeno verde, también proporcione la valorización electroquímica de la biomasa, resultando en ácidos útiles, aldehídos, furanos y alcoholes.
“Modelos de IA robustos pueden emplearse tanto en datos experimentales como de simulación para capturar las relaciones estructura‑propiedad para el diseño racional del conjunto de reacciones electroquímicas, con el fin de lograr buena selectividad, control y alta eficiencia farádica de los productos deseados”.
Alcanzar la comercialización nunca es fácil
Aunque prometedora y con probabilidades de volverse más rentable y útil gracias a la IA, la producción electroquímica de hidrógeno mediante electrolizadores, a partir de agua o biomasa, aún debe lograrse a escala y a un precio muy bajo por kilogramo. Solo entonces competirá eficientemente con los combustibles fósiles.
Se necesitan más despliegues de esta tecnología, y no solo la mejora de los conceptos prometedores en laboratorios.
La durabilidad, la selectividad, la densidad de corriente y la economía a escala piloto deberán mejorarse para convertir el método prometedor a escala de laboratorio en algo que pueda desplegarse a escala de teravatios, necesaria para comenzar a desplazar significativamente el carbón, el gas y el petróleo de los sistemas energéticos globales.
Sin embargo, es probable que llegue pronto, especialmente porque mejorar la economía de los electrolizadores y los combustibles verdes parece algo más fácil que gestionar la electrificación de la mayoría de las tecnologías e infraestructuras construidas por la civilización moderna en los últimos 100 años.
Para los inversores, muchas de las vías electroquímicas discutidas anteriormente siguen estando en una etapa demasiado temprana para ofrecer exposición directa en los mercados públicos. Un enfoque más práctico es observar a las empresas que ya están comercializando la infraestructura subyacente necesaria para producir y usar hidrógeno a escala. Una de las opciones cotizadas más establecidas es Bloom Energy, cuyas tecnologías de electrolizador y pila de combustible de óxido sólido proporcionan exposición al desarrollo más amplio de sistemas de energía electroquímica.
Invertir en combustibles renovables
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Bloom Energy es un líder global en tecnología de electrolizadores y pilas de combustible.
Actualmente, el principal mercado de la empresa ha sido en pilas de combustible que transforman el combustible en electricidad de alta eficiencia sin combustión, produciendo aire a alta temperatura y un flujo de CO2 de alta concentración. El diseño es inherentemente modular, y mayor potencia simplemente requiere más celdas, hasta la escala de megavatios.
Fuente: Bloom Energy
Desde 2024 hasta hoy, Bloom Energy ha reorientado su enfoque desde su mercado inicial de hospitales, sitios remotos y generación de energía de respaldo hacia los centros de datos, lo que ha provocado un gran auge tanto en ventas como en el precio de sus acciones.
Esto también se ve favorecido por la transición de los centros de datos de IA a una arquitectura totalmente de corriente continua (en lugar de la combinación actual de CA/CC), lo que ahorra espacio y equipos para la infraestructura de centros de datos de IA.
Bloom inició una asociación para combinar su tecnología de pilas de combustible con la captura de carbono, de modo que la energía producida sea esencialmente neutra en carbono incluso cuando se alimenta con gas natural. Y desde 2022, la empresa ha comenzado a producir electrolizadores de óxido sólido de hidrógeno de alta eficiencia.
Esto brinda a Bloom una experiencia relevante en la escalada de sistemas electroquímicos, aunque las vías de electro‑lisis de biomasa y conversión de CO2 discutidas en el estudio siguen estando fuera de su oferta comercial principal hoy.
Sin embargo, los inversores deberían principalmente invertir en el futuro éxito de Bloom Energy en el mercado de centros de datos, ya que esto determinará mucho más su éxito inmediato que la posible expansión futura en los mercados de hidrógeno y combustibles verdes.
(Puedes leer más sobre Bloom Energy en nuestro informe de inversión dedicado a la empresa)
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Estudio Referenciado
1. Ignacio Aguilar et al. Tecnologías de energía electroquímica: avances actuales y oportunidades futuras para transiciones energéticas sostenibles. Renewable and Sustainable Energy Reviews. Volume 242, diciembre de 2026, 117313. https://doi.org/10.1016/j.rser.2026.117313
