Versión PDF
Introducción
El Instituto Nacional de Electricidad y Energías Limpias (INEEL) ha sido el brazo tecnológico de la Comisión Federal de Electricidad (CFE) y un actor importante en el desarrollo y aplicación de tecnologías de aprovechamiento de las fuentes renovables de energía para el sector eléctrico. Como parte de esta trayectoria, el Instituto ha consolidado su liderazgo en investigación, desarrollo e innovación en tecnologías de almacenamiento de energía, de hidrógeno y de electromovilidad. Estas soluciones tecnológicas son esenciales para la integración eficiente y una alta penetración de las energías limpias en la matriz energética nacional, mismas que contribuirán en forma importante en la descarbonización y sustentabilidad del sistema energético nacional, es decir, son tecnologías que permiten acelerar la transición energética de México.
Tecnologías y aplicaciones de hidrógeno
Una forma de obtener hidrógeno (H2), es a partir de la separación de las moléculas de agua (H2O) aplicando electricidad (proceso conocido como "electrólisis"); en este campo, el INEEL ha desarrollado de manera integral —desde el diseño y la fabricación hasta la validación experimental— prototipos propios de:
- Electrolizador de membrana de intercambio protónico (PEM).
- Electrolizador de membrana de intercambio aniónico (AEM).
Estos desarrollos han mostrado un gran potencial en aplicaciones estratégicas, como el suministro de hidrógeno para refinerías. Estudios recientes elaborados por el mismo INEEL demuestran que México puede aprovechar su abundante recurso solar para producir hidrógeno verde a costos competitivos, reduciendo así la dependencia del hidrógeno gris (derivado del gas natural).
En el campo de las celdas de combustible se han desarrollado prototipos con diferentes enfoques tecnológicos. Las celdas de combustible tipo PEM han sido diseñadas principalmente para aplicaciones de electromovilidad, destacando por su alta densidad de potencia y arranque rápido, características esenciales para los vehículos eléctricos. En paralelo, el Instituto impulsa el desarrollo de celdas de combustible tipo AEM, destinadas a aplicaciones estacionarias, como el respaldo de redes eléctricas, microrredes y sistemas distribuidos. Esta línea de trabajo busca reducir de manera significativa los costos asociados a los catalizadores basados en metales nobles y membranas, lo que facilita la adopción de la tecnología en un mayor número de aplicaciones.
Un ejemplo destacado de la aplicación de estas tecnologías es el estudio tecno-económico de una microrred de Baja California, donde se evaluó la viabilidad de un sistema de almacenamiento de energía renovable interestacional mediante hidrógeno. Este esquema consiste en producir hidrógeno verde a partir del excedente de energía renovable en invierno, almacenarlo durante varios meses y reinyectarlo a la red en forma de electricidad mediante celdas de combustible en verano, cuando la demanda es más alta. Los resultados mostraron que el uso de hidrógeno y celdas de combustible puede abatir las emisiones de dióxido de carbono (CO2), en comparación con el esquema diéselbaterías con el que actualmente se cubre la demanda. Sin embargo, para que el sistema de hidrógeno sea competitivo, es necesario reducir aproximadamente en 50% el costo de las celdas de combustible, lo que confirma que, en el mediano y largo plazo, el almacenamiento estacional con hidrógeno constituye una alternativa coherente para la descarbonización de la generación distribuida.
Los proyectos del INEEL también consideran el uso sostenible del agua, explorando el aprovechamiento de aguas residuales tratadas como insumo para la electrólisis, así como la obtención de agua potable durante el proceso de desalinización de agua de mar, con la finalidad de proporcionar a la población agua segura y apta para el consumo humano. Esto refuerza el compromiso institucional con una transición energética ambientalmente responsable.
Figura 1. Prototipos de electrolizadores desarrollados por el INEEL para la obtención de hidrógeno a partir del agua.
Tecnologías para almacenamiento de energía eléctrica
En cuanto al almacenamiento de energía eléctrica, el INEEL ha desarrollado los siguientes prototipos de baterías:
- Baterías de flujo de compuestos orgánicos. Ofrecen soluciones de bajo costo para almacenamiento estacionario en entornos urbanos e industriales, con eficiencias de ciclo completo superiores al 70% y capacidad para operar de manera continua más de ocho horas a potencia máxima.
- Baterías de flujo de electrodiálisis. Utilizan electrolitos simples, como cloruro de sodio, ácido clorhídrico y sosa cáustica en bajas concentraciones, reduciendo costos y riesgos ambientales, con tiempos de descarga de hasta doce horas. Son ideales para comunidades remotas o microrredes aisladas.
Figura 2. Prototipos de baterías de flujo en laboratorios del INEEL.
Los desarrollos en baterías de flujo del INEEL actualmente permiten la integración de sistemas de escala intermedia y están en proceso de validar su comportamiento bajo condiciones operativas controladas, acercándolos a su futura comercialización. Estos avances fortalecen la capacidad científica y tecnológica de México, generan propiedad intelectual, facilitan la transferencia de conocimiento hacia la industria y contribuyen a consolidar la soberanía energética y tecnológica del país.
Electromovilidad
El área de electromovilidad del INEEL fomenta una transición energética acelerada mediante el desarrollo tecnológico e innovación asociada a la movilidad eléctrica, el uso de energía renovable y vectores energéticos más limpios, como el hidrógeno. Se cuenta con las competencias, recursos humanos e infraestructura para desarrollar prototipos de vehículos eléctricos para diversas aplicaciones, que pueden ir desde transporte ligero de último tramo (última milla), pasando por vehículos industriales o utilitarios, hasta transporte público y de carga pesada.
Las actividades que se realizan incluyen el dimensionamiento e integración de los trenes motrices eléctricos, constituidos por la planta o fuente de potencia eléctrica a bordo (baterías o celdas de combustiblehidrógeno), el sistema de manejo y acondicionamiento de la energía, el motor eléctrico y su controlador.
Figura3. Estructura interna de un vehículo eléctrico híbrido, a baterías e hidrógeno, elaborado en el INEEL.
Figura 4. Diseño de un vehículo eléctrico híbrido, a baterías e hidrógeno, elaborado en el INEEL.
En el caso de los vehículos eléctricos a baterías, las actividades se extienden a la infraestructura de recarga, que considera el desarrollo de cargadores o puntos de recarga acoplados a las estaciones de captación de energía solar fotovoltaica, las cuales permiten el uso de energía renovable en los vehículos eléctricos.
Figura 5. Diseño realizado por el INEEL de una estación de recarga de vehículos eléctricos a partir de energía solar.
Adicionalmente, se fomenta la implementación y actualización constante de infraestructura para llevar a cabo pruebas de desempeño a motores eléctricos, trenes motrices y prototipos de vehículos eléctricos; así como para la caracterización y pruebas de abuso y de seguridad de baterías, con fines de validación y certificación.
Conclusiones
En conjunto, los desarrollos en tecnologías de hidrógeno, almacenamiento de energía y electromovilidad posicionan al Instituto como un actor estratégico en la ruta hacia un México más limpio, resiliente y competitivo, donde la innovación tecnológica se convierte en motor de la transición energética acelerada.
Autores:
Dra. Tatiana Romero Castañón, tromero@ineel.mx
Dr. Félix Loyola Morales, felix.loyola@ineel.mx
Dra. Norma Angélica Beltrán Zarza, nbeltran@ineel.mx