- ¿Cuál es la función principal de un hidrógeno-electrolizador?
- ¿Qué reacción química ocurre en un hidrógeno-electrolizador?
- ¿Cuáles son los principales tipos de electrolizadores?
- ¿Qué eficiencia tienen los hidrógeno-electrolizadores?
- ¿Cuáles son los principales casos de uso del hidrógeno-electrolizador?
- ¿Cuáles son las interfaces conectadas al sistema de electrolizador?
- Lista de determinados proveedores de hidrógeno-electrolizadores
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En términos simples, un electrolizador de hidrógeno (que también se puede escribir como electrolizador) es un dispositivo que produce hidrógeno. Un electrolizador de hidrógeno es un dispositivo que divide el agua en hidrógeno y oxígeno utilizando energía eléctrica en un proceso conocido como electrólisis. El diseño del electrolizador consta principalmente de ánodo, cátodo, membrana/separador, marcos, placas de sellado y bipolares. Varias celdas están conectadas en serie en una pila de electrolizadores, que puede producir más hidrógeno. La eficiencia de los electrolizadores varía según el tipo de electrolizador y sus condiciones de funcionamiento.
Existen diferentes tecnologías de electrolizadores disponibles en el mercado. Para conectarse con fabricantes y empresas de electrolizadores en el futuro, visite hyfindr.com, el mercado para la economía del hidrógeno.
El uso del hidrógeno es una oportunidad para cambiar el mercado en la industria energética. A medida que nuestro planeta experimenta cambios climáticos, el hidrógeno como combustible permite bajas emisiones y un impacto menos dañino en el planeta. La generación de hidrógeno mediante tecnología de electrolizadores permite un ciclo energético completamente sostenible.
¿Cuál es la función principal de un hidrógeno-electrolizador?
Los electrolizadores de agua se utilizan para producir hidrógeno mediante la descomposición del agua con la ayuda de la electricidad. Un electrolizador de hidrógeno de este tipo utiliza electricidad, que pasa a través de electrodos sumergidos en agua. Según el tipo de electrolizador, el agua se puede mezclar con otros solutos. El hidrógeno y el oxígeno se pueden almacenar en tanques y se pueden utilizar más tarde.
El generador de hidrógeno, llamado electrolizador, es un componente clave para que funcione la economía del hidrógeno.
¿Qué reacción química ocurre en un hidrógeno-electrolizador?
El electrolizador de hidrógeno convierte la energía eléctrica (electricidad) en energía química (el agua se divide en hidrógeno y oxígeno). Basándose en este principio, la ecuación del electrolizador es la siguiente. La ecuación puede cambiar dependiendo del tipo de electrolizador utilizado.
En el ánodo: 2 H2O → 4 H+ + O2 + 4e–
En cátodo: 2 H+ + 2 e– → H2
En total: 2H2O → 2H2 + O2
¿Cuáles son los principales tipos de electrolizadores?
Los electrolizadores están disponibles en una variedad de diseños, dependiendo de la tecnología de electrolizador utilizada.
1. Electrolizador de membrana electrolítica de polímero (PEM)
En el diseño electrolizador PEM, los electrodos están separados por un electrolito sólido, es decir, una membrana PFSA (Perfluoroacidsulfónico), que sólo permite el paso de protones a través de ella. Esta membrana PFSA es química y mecánicamente robusta. Puede soportar una presión de 70 bares y temperaturas de 50 – 80°C. Como sustrato se utiliza un material a base de titanio cubierto por una capa metálica de catalizador y un revestimiento protector que ofrece estabilidad a largo plazo a los componentes de la célula, una conductividad óptima de los electrones y eficiencia celular. Un hidrógeno electrolizador PEM utiliza una fina membrana de PFSA de 0,02 mm y electrodos para lograr mayores eficiencias. Dado que para su fabricación se necesitan minerales de tierras raras y metales preciosos, el diseño de este tipo de electrolizador es relativamente más caro que el de un electrolizador alcalino.
Los electrolizadores PEM son sencillos, eficaces y compactos, pero sensibles a las impurezas del agua. La superficie del electrodo ha alcanzado hasta 2000 cm2. La eficiencia de los electrolizadores PEM es de alrededor del 60-70% dependiendo de las condiciones de trabajo.
2. Electrolizador alcalino
Este tipo de electrolizador tiene una pila simple y un diseño que lo hace comparativamente fácil de fabricar. Funciona utilizando una solución concentrada (25-30%) de hidróxido de potasio (KOH) como electrolito, diafragmas robustos a base de ZrO2 y acero inoxidable recubierto de níquel para los electrodos.
Las temperaturas y presiones de funcionamiento típicas son de 70 a 90 °C y de 1 a 30 bares, respectivamente. Algunas variantes de electrolizadores alcalinos han registrado una vida útil de más de 30 años. La eficiencia de un electrolizador alcalino es de aproximadamente 60 a 70%, dependiendo de las condiciones de funcionamiento predominantes.
3. Electrolizador de membrana de intercambio aniónico (EIA)
El electrolizador de hidrógeno AEM ofrece una combinación de las ventajas de un electrolizador alcalino menos duro con la mejor eficiencia de los electrolizadores PEM. En comparación con los otros tipos descritos en este artículo, es una de las tecnologías de desarrollo más reciente, por lo que su ámbito de aplicación es cada vez mayor. En el diseño de los electrolizadores de membrana de intercambio aniónico se utilizan aleaciones de níquel o NiFeCo de alta superficie como catalizador. El ánodo y el cátodo suelen ser de espuma de níquel o tela de carbono. El electrolizador de hidrógeno AEM no requiere metales preciosos como el titanio y, por tanto, permite soluciones de menor coste. Funciona a distintas presiones de hasta 35 bares y a temperaturas de entre 40 – 60°C. Aunque aún se esperan mejoras en algunas características, como la eficiencia del electrolizador, existen soluciones comerciales muy prometedoras.
4. Célula de electrolizador de óxido sólido (SOEC)
En un electrolizador de óxido sólido (SOEC), se utilizan electrodos de Níquel de bajo coste en combinación con el electrolito, de los cuales un ejemplo común es la Zirconia estabilizada con Yttria (YSZ). El catalizador utilizado en el lado del oxígeno es del tipo Perovskita (LSCF, LSM, etc.) mientras que en el lado del hidrógeno se utiliza Ni/YSZ. La temperatura de trabajo típica de la SOEC se sitúa en el intervalo de 700 – 850°C con una presión de 1 bar. La eficiencia de la SOEC puede llegar hasta el 90% utilizando más energía térmica en lugar de energía eléctrica para dividir el agua. Su uso es más atractivo para aplicaciones en las que se dispone de exceso de calor.
Las SOEC se pueden encontrar en las áreas de producción de combustible, reciclaje de dióxido de carbono, síntesis química y gas de síntesis. Las aplicaciones suelen ser a escala de kW, con algunos proyectos que alcanzan 1 MW.
La tecnología de electrolizadores ha evolucionado hasta convertirse en una variedad de sistemas distintos y maduros, cada uno de los cuales ofrece su propio conjunto de ventajas tangibles.
¿Cuán eficaces son los hidrógeno-electrolizadores?
El cálculo de la eficiencia de los electrolizadores se basa en los kilovatios hora consumidos por kilogramo de hidrógeno producido, es decir, kWh/kg(H2). Comparando esto con la cantidad de energía contenida en 1kg de hidrógeno se puede calcular la eficiencia de un hidrógeno-electrolizador.
Por ejemplo, si el electrolizador de hidrógeno consume 50 kWh de electricidad para producir 1 kg de hidrógeno, la eficiencia se determina dividiendo la energía consumida por el mayor poder calorífico del hidrógeno (39,4 kWh/kg). El resultado es una eficiencia del 79%.
Hay muchos factores que afectan a la eficiencia global y a la durabilidad del electrolizador. Algunos de los principales factores que afectan a la eficiencia de los electrolizadores son la permeación del gas, los electrodos, las aleaciones de níquel, las impurezas del agua, las condiciones de funcionamiento, la disolución del ánodo y la carga variable. Al considerar la eficiencia global del electrolizador, hay que tener en cuenta otros elementos. Estos son los refrigeradores, purificadores, gestión del agua y térmica, y otros consumidores de energía de todo el sistema electrolizador.
¿Cuáles son los principales casos de uso del hidrógeno electrolizador?
- Sistema de energía de respaldo: el electrolizador con combustible, el almacenamiento de hidrógeno, la batería y otros componentes se pueden utilizar como suministro de energía de respaldo para áreas remotas, redes eléctricas, etc.
- Producción de hidrógeno y oxígeno: el hidrógeno se utiliza como combustible y el oxígeno se puede utilizar en muchos campos, como aplicaciones médicas, producción de acero, plantas de vidrio plano o la industria de semiconductores.
- Energía para aplicaciones de movilidad: el hidrógeno producido en el sitio se puede utilizar en estaciones de servicio para vehículos eléctricos de celdas de combustible.
- Energía doméstica e industrial: el hidrógeno producido se puede inyectar en redes de gasoductos de gas natural para reducir la huella de carbono de las aplicaciones de calefacción.
- Combustible: se puede utilizar para eliminar el azufre de los combustibles fósiles y mezclarlo con otros combustibles para aumentar su eficiencia.
- Generación de hidrógeno verde que, a su vez, se puede utilizar para producir productos químicos ecológicos, combustibles sintéticos, combustible para aviones, metanol o productos industriales como fertilizantes, etc.
¿Cuáles son las interfaces conectadas al sistema electrolizador?
Los principales componentes que se conectan directa/indirectamente al sistema electrolizador en diferentes aplicaciones se indican a continuación.
- Sistemas de pilas de combustible
- Baterías
- Red fotovoltaica
- Sistema de control térmico
- Sistema de suministro de agua
- Control del sistema
- Almacenamiento de hidrógeno
- Almacenamiento de oxígeno
- Sistemas de control de presión
- Bombas
- Filtros
- Entrada de energía eléctrica
- Gestión de energía
- Sistema de escape
Lista de ciertos proveedores de electrolizadores de hidrógeno
Estos fabricantes ofrecen hidrógeno-electrolizadores:
- AFC Energy
- Areva H2Gen
- Clean Power Hydrogen Group
- Elogen
- Enapter
- ErreDue
- Sistemas de hidrógeno verde
- Sistemas H2 Core
- H2-NRG
- Sistemas H-Tec
- Hydrogen Pro
- iGas Energy
- IPS-Fest
- ITM Power
- John Cockerill
- Hydrox Holdings
- Linde
- McPhy
- Nel
- PlugPower
- Pure Energy Centre
- Siemens Energy
- Sunfire
- Thyssenkrupp Uhde Chlorine Engineers
Última actualización: 15.1.2023