东方时讯网2000年代初，乌拉圭经历了严重的能源危机。由于缺乏石油或天然气储备，乌拉圭政府意识到，如果该国要实现能源独立，就必须推进可再生能源。今天，乌拉圭95%以上的电力来自可再生能源，主要是风能和水力发电。
然而，可再生能源是间歇性的，因此确保在需求高峰期可靠供电需要昂贵的超额安装容量。这反过来又会导致在需求未达到峰值时出现能源过剩。这些多余的能源可以卖给邻国/国家，但问题是：如果邻国/国家不需要这些能源，那怎么办呢?
这个问题向卡内基梅隆大学化学工程系的助理教授安娜·托雷斯提出了挑战，她的学术生涯始于乌拉圭。
她发表了几篇关于在乌拉圭将过剩的可再生能源储存在电池中的论文，但随后，她指出，“该国看到了利用过剩的可再生能源生产绿色氢的机会。”
随着乌拉圭电力部门的脱碳，专注于清洁和可持续能源过程系统工程的托雷斯看到了使用绿色氢使交通运输脱碳的机会，以及乌拉圭经济的其他方面，包括化学工业。
根据托雷斯的说法，国际可再生能源机构认为，“在全球变暖低于1.5摄氏度的情况下，到2050年，氢经济预计将占最终能源使用量的12%。”但是从可再生能源中产生大量氢气既不便宜也不容易。当水经过一个由可再生能源提供动力的称为电解的过程时，就会产生绿色氢气。在此过程中，电解槽将水分解为氢气和氧气。制造绿色氢气的方法有很多种，但在托雷斯进行研究之前，还没有一种系统的方法来确定商业生产的最佳方法。
以乌拉圭为试验研究，托雷斯花了两年时间创建了一个包罗万象的基于上层结构的优化框架，通过选择电源、不同类型和大小的电解槽以及存储设备来评估不同规模的绿色氢生产。
“这个上层建筑是所有过程的过程，”托雷斯说。“我们有这个上层建筑，正如我们所说，它是一个主流程图，说明了从不同来源的可再生能源生产绿色氢的所有可能性。我们可以从中编写一个模型，我们可以使用优化来解决该模型技巧。”
该框架的灵活性允许以利用其不同效率和成本的方式评估技术。为了测试该框架，她进行了四个以小型制氢厂和大型制氢厂为特色的测试用例。其中两项研究评估了技术以找到最佳组合并运行假设情景以确定协同作用，而另外两项研究旨在通过仅考虑市场上已有的技术设备来满足应用程序。
通过模拟，Torres确定固体氧化物电解槽具有未来前景，如果我们要选择目前可用的市场替代品，那么碱性电解比质子交换膜电解更受欢迎。电解槽是绿色制氢的关键，Torres研究的见解为电解槽系统的性能和运营成本提供了急需的信息。研究结果已发表在《化学工程研究与设计》杂志上。
“在这个模型中，我们使用了来自乌拉圭的数据，但现在的想法是使用来自美国的数据，看看我在乌拉圭观察到的相同过程是否也适用于美国，”托雷斯说。“我的猜测是他们不会，因为在美国这里，这是一个更大的国家，有更多的气候选择。例如，你有一片沙漠，那里风不多但阳光充足。这将改变美国的经济状况过程是肯定的，但它也可能会改变哪种类型的技术与该地区更相关。
“从工艺设计的角度来看，绿色氢生产是一个比我们被教导要解决的问题要困难得多的问题。由于间歇性，这非常困难。我们不能为稳态设计工艺。我们必须设计工艺以低于90%或100%的容量工作，我们必须能够根据需要打开和关闭系统。”