Tesis doctorales de la Escuela Internacional de Doctorado de la URJC desde el curso 2024/25
Supporting the development of photocatalytic hydrogen through techno-economic and environmental life cycle assessment
Autor
GONZALEZ ZUBIETA, FERNANDA TABITA
Director
IRIBARREN LORENZO, DIEGO
Codirector
DUFOUR ANDÍA, JAVIER
Fecha de depósito
27-10-2026
Periodo de exposición pública
28 de octubre a 11 de noviembre de 2026
Fecha de defensa
Sin especificar
Programa
Tecnologías industriales, Química, Ambiental, Energética, Electrónica, Mecánica, y de los materiales
Mención internacional
Solicitada
Resumen
El hidrógeno está ganando atención como vector energético que podría contribuir a la transición hacia sistemas energéticos bajos en carbono. El desarrollo de tecnologías emergentes de producción de hidrógeno requiere evaluaciones ambientales y económicas tempranas que orienten su avance hacia aplicaciones a mayor escala. Entre estas tecnologías, la fotocatálisis ofrece una vía para utilizar directamente la luz solar para producir hidrógeno.
Esta tesis combina modelización de procesos, análisis del ciclo de vida, análisis del coste del ciclo de vida y optimización para evaluar la producción fotocatalítica de hidrógeno e identificar prioridades de desarrollo. Este trabajo se enmarca en la Unidad de Análisis de Sistemas de IMDEA Energía, centrándose en la evaluación de la sostenibilidad de la producción fotocatalítica de hidrógeno a partir de datos de modelización y diseño de procesos disponibles en el grupo de investigación. Se evalúa un sistema en fase líquida y se compara con una configuración en fase gaseosa bajo elecciones metodológicas armonizadas. La optimización geográfica amplía el análisis al potencial global de producción del sistema en fase líquida, considerando condiciones climáticas locales, cadenas de suministro prospectivas y restricciones territoriales.
El sistema en fase líquida presentó una huella de carbono de 49,7 kg CO2 eq/kg H2 y un coste de equilibrio del hidrógeno de 46,16 €2026/kg H2. La sustitución del fotocatalizador y el suministro de bioetanol se identificaron como factores determinantes del desempeño. La configuración en fase gaseosa redujo los impactos ambientales seleccionados entre un 53 % y un 62 %, pero sus mayores requerimientos de infraestructura elevaron su coste de producción a 51,0 €2026/kg H2.
Finalmente, la optimización geográfica identificó las condiciones bajo las cuales el proceso modelizado podría alcanzar una producción baja en carbono. Aunque ninguna localización evaluada cumplió el umbral de 3 kg CO2 eq/kg H2 en las condiciones del escenario base, 642 localizaciones cumplieron tanto el criterio de huella de carbono como las restricciones territoriales y de biodiversidad en el escenario prospectivo de 2050. Su potencial estimado de producción alcanzó 4,58 Mt H2/año, equivalente al 1,31 % de la demanda mundial de hidrógeno proyectada para 2050. Esto sugiere una posible contribución local al futuro suministro de hidrógeno, complementaria de otras tecnologías de producción, bajo las condiciones evaluadas.
Los resultados obtenidos proporcionan una base para orientar la investigación hacia mejoras que reduzcan los requerimientos de recursos manteniendo la producción de hidrógeno. Vincular las decisiones tecnológicas con su desempeño a lo largo del ciclo de vida ayuda a establecer prioridades de desarrollo e identificar condiciones favorables que podrían facilitar futuras aplicaciones de la producción fotocatalítica de hidrógeno.
