Más allá del hidrógeno: el arte de la optimización

Innovar no siempre significa crear algo completamente nuevo. A veces, la verdadera innovación está en observar lo que ya tenemos y hacerse preguntas incómodas: ¿se puede hacer mejor? ¿más eficiente? ¿más útil en el mundo real?

Eso fue exactamente lo que hizo el ingeniero Carlos Gayúbar Machado al desarrollar su Trabajo de Fin de Máster de Formación Permanente en Tecnologías del Hidrógeno de la Universidad de Burgos. Y lo que consiguió va mucho más allá de un ejercicio académico. Su propuesta, galardonada con el primer puesto en la segunda edición de los premios a trabajos fin de máster en Tecnologías del Hidrógeno, organizados en el marco del proyecto H2MetAmo, apoyado por la Junta de Castilla y León, el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, y la asociación H2CYL, plantea una planta de producción de hidrógeno verde completamente autosuficiente. Una instalación que no solo es eficiente desde el punto de vista energético, sino también rentable desde el económico.

Pero lo más interesante no es solo el qué, sino el cómo.

Gayúbar ha desarrollado un modelo matemático que simula el funcionamiento completo de la planta con resolución horaria, casi medio millón de restricciones y una ambición clara: optimizar al máximo su diseño. Porque no se trata solo de producir hidrógeno, sino de hacerlo con sentido técnico, ambiental y económico. Y eso incluye factores que a menudo quedan fuera de la ecuación, como el aprovechamiento del calor residual o el oxígeno generado durante el proceso.

Uno de los aspectos más valiosos del proyecto es que no se queda en una idea abstracta o futurista: es una herramienta adaptable, capaz de ajustarse a escenarios reales. Puede servir para una red de hidrolineras, como para industrias deslocalizadas que buscan descarbonizar sus operaciones.

En un momento en el que la transición energética necesita menos promesas y más proyectos viables, la mirada técnica y práctica de este joven ingeniero encaja justo donde hace falta: innovación con los pies en la tierra.

Gayúbar empezó a interesarse por el hidrógeno durante sus últimos años de carrera, y se quedó con ganas de profundizar. Ya en el máster de ingeniería industrial se acercó más al mundo de las renovables, pero fue tras terminar la carrera cuando comenzó a investigar por su cuenta. Descubrió que la producción de hidrógeno verde mediante electrólisis alimentada por energía renovable ya empezaba a implantarse en algunos lugares. Y entonces decidió ir un paso más allá.

Su proyecto tiene como objetivo principal optimizar el dimensionamiento de una planta autosuficiente de producción de hidrógeno con el fin de maximizar su rentabilidad. La instalación estaría alimentada exclusivamente con energía solar fotovoltaica. Mediante una selección estratégica de los equipos, permitiría generar hidrógeno verde junto con subproductos útiles, lo que incrementaría aún más el valor global de la planta.

Para tomar decisiones óptimas en el diseño, Gayúbar desarrolló un modelo de programación lineal entera mixta (MILP), con un horizonte temporal de un año y resolución horaria. Este modelo reproduce el funcionamiento real de la planta e incluye una función objetivo que minimiza el coste anualizado equivalente neto. La complejidad del sistema es considerable: unas 123.000 variables y cerca de 456.000 restricciones.

Además, el modelo está diseñado para adaptarse a distintos escenarios de demanda de hidrógeno, lo que lo convierte en una herramienta versátil, útil para distintos sectores y contextos empresariales.

Ahora bien, ¿cómo se logra ese dimensionamiento óptimo?

La clave está en la selección de equipos: desde el tamaño del electrolizador hasta la capacidad de los depósitos de almacenamiento. Por ejemplo, un electrolizador de 20 MW es más caro que uno de 5 MW, y lo mismo ocurre con los depósitos: uno cilíndrico de acero de 200 m³ tiene un coste significativamente mayor que otro de 100 m³. Elegir correctamente no solo determina cuánto hidrógeno puede producirse, sino también cuánto cuesta arrancar el proyecto.

También hay que tener en cuenta factores como la variabilidad de la energía generada por la planta fotovoltaica o la demanda fluctuante de hidrógeno. Ambos elementos condicionan el modo de operación de la instalación, es decir, cómo funciona en cada momento.

En este trabajo, el objetivo ha sido claro: maximizar la rentabilidad económica. Y eso implica mantener un funcionamiento estable que se adapte a las condiciones cambiantes sin sobredimensionar innecesariamente la planta, lo que elevaría los costes sin aportar un beneficio real.

Otro punto clave es la valorización de los subproductos. Durante la electrólisis del agua, no solo se obtiene hidrógeno, sino también oxígeno (hasta 8 kg por cada kg de hidrógeno). Además, el proceso genera calor residual que puede ser aprovechado con el apoyo de una bomba de calor, alimentada con electricidad de la propia planta, para ceder calor útil a una red de calefacción urbana.

Dado que la planta se alimenta con energía solar, y se contempla el uso de baterías para almacenar electricidad, también puede generarse un excedente eléctrico que no se utilice directamente para producir hidrógeno o calor. Este excedente puede verterse a la red, generando ingresos adicionales.

En conjunto, se obtienen tres productos: hidrógeno, oxígeno, y calor útil, además de la posible venta de electricidad sobrante. Todo esto se integra en el modelo económico de la planta, lo que permite un dimensionamiento realista y rentable. A día de hoy, pocos proyectos contemplan de forma rigurosa la valorización de estos subproductos. Para Gayúbar, este aspecto es decisivo si se quiere alcanzar una rentabilidad competitiva.

Como siguientes pasos de este proyecto, Gayúbar ya está en conversaciones con sus tutores del TFM, Antonio Sánchez y Mariano Martín. Les ilusiona la idea de presentar el proyecto en algún congreso especializado, y él estaría encantado de colaborar en ello. Porque, más allá de los modelos matemáticos o los resultados numéricos, hay algo que le empuja con fuerza: la posibilidad real de aportar valor a un futuro energético más limpio, más justo y más sostenible. Uno que ya no es solo una promesa, sino una construcción que empieza desde proyectos como este.