¿cómo funciona?
Al igual que las pilas de combustible, los electrolizadores consisten en un ánodo y un cátodo separados por un electrolito. Diferentes electrolizadores funcionan de maneras ligeramente diferentes, principalmente debido al diferente tipo de material electrolítico involucrado.
electrolizadores de membrana de electrolito de polímero
en un electrolizador de membrana de electrolito de polímero (PEM), el electrolito es un material plástico sólido de especialidad.
- El agua reacciona en el ánodo para formar oxígeno e iones de hidrógeno cargados positivamente (protones).,
- Los electrones fluyen a través de un circuito externo y los iones de hidrógeno se mueven selectivamente a través del PEM hasta el cátodo.
- En el cátodo, los iones de hidrógeno se combinan con electrones del circuito externo para formar gas hidrógeno. Reacción de ánodo: 2H2O → O2 + 4h+ + 4e – reacción de cátodo: 4h+ + 4e- → 2h2
electrolizadores alcalinos
Los electrolizadores alcalinos operan a través del transporte de iones de hidróxido (OH-) a través del electrolito desde el cátodo hasta el ánodo con hidrógeno generado en el lado del cátodo., Los electrolizadores que utilizan una solución alcalina líquida de hidróxido de sodio o potasio como electrolito han estado disponibles comercialmente durante muchos años. Los enfoques más nuevos que utilizan membranas de intercambio alcalino sólido como el electrolito están mostrando promesa en la escala de laboratorio.
electrolizadores de óxido sólido
electrolizadores de óxido sólido, que utilizan un material cerámico sólido como electrolito que conduce selectivamente iones de oxígeno cargados negativamente (O2-) a temperaturas elevadas, generan hidrógeno de una manera ligeramente diferente.,
- El agua en el cátodo se combina con electrones del circuito externo para formar gas hidrógeno e iones de oxígeno cargados negativamente.
- Los iones de oxígeno pasan a través de la membrana cerámica sólida y reaccionan en el ánodo para formar gas de oxígeno y generar electrones para el circuito externo.
Los electrolizadores de óxido sólido deben funcionar a temperaturas lo suficientemente altas como para que las membranas de óxido sólido funcionen correctamente (aproximadamente 700°-800°C, En comparación con los electrolizadores PEM, que operan a 70°-90°C, y los electrolizadores alcalinos comerciales, que operan a 100°-150°C)., Los electrolizadores de óxido sólido pueden utilizar eficazmente el calor disponible a estas temperaturas elevadas (de varias fuentes, incluida la energía nuclear) para disminuir la cantidad de energía eléctrica necesaria para producir hidrógeno a partir del agua.
¿por qué se está considerando esta vía?
El hidrógeno producido por electrólisis puede dar lugar a cero emisiones de gases de efecto invernadero, dependiendo de la fuente de la electricidad utilizada., Al evaluar los beneficios y la viabilidad económica de la producción de hidrógeno por electrólisis, debe tenerse en cuenta la fuente de la electricidad necesaria, incluidos su coste y eficiencia, así como las emisiones resultantes de la generación de electricidad. En muchas regiones del país, la red eléctrica actual no es ideal para proporcionar la electricidad requerida para la electrólisis debido a los gases de efecto invernadero liberados y la cantidad de combustible requerido debido a la baja eficiencia del proceso de generación de electricidad., La producción de hidrógeno a través de la electrólisis se está llevando a cabo para las opciones de energía renovable (eólica) y nuclear. Estas vías dan como resultado prácticamente cero emisiones de gases de efecto invernadero y contaminantes de criterios.
potencial de sinergia con la generación de energía renovable
La producción de hidrógeno mediante electrólisis puede ofrecer oportunidades de sinergia con la generación de energía variable, que es característica de algunas tecnologías de energía renovable. Por ejemplo, aunque el costo de la energía eólica ha seguido disminuyendo, la variabilidad inherente del viento es un impedimento para el uso efectivo de la energía eólica., El combustible de hidrógeno y la generación de energía eléctrica podrían integrarse en un parque eólico, lo que permitiría una mayor flexibilidad para cambiar la producción para que coincida mejor con la disponibilidad de recursos con las necesidades operativas del sistema y los factores del mercado. Además, en tiempos de exceso de producción de electricidad de los parques eólicos, en lugar de reducir la electricidad como se hace comúnmente, es posible utilizar este exceso de electricidad para producir hidrógeno a través de electrólisis.
es importante tener en cuenta…,
- La electricidad de la red actual no es la fuente ideal de electricidad para la electrólisis porque la mayor parte de la electricidad se genera utilizando tecnologías que producen emisiones de gases de efecto invernadero y consumen mucha energía. La generación de electricidad utilizando tecnologías de energía renovable o nuclear, ya sea separada de la red, o como una porción creciente de la mezcla de redes, es una posible opción para superar estas limitaciones para la producción de hidrógeno a través de la electrólisis.
- Los estados UNIDOS, Department of Energy and others continue efforts to bring down the cost of renewable-based electricity production and develop more efficient coal-based electricity production with carbon capture, utilization, and storage. La producción de electricidad basada en el viento, por ejemplo, está creciendo rápidamente en los Estados Unidos y en todo el mundo.
la investigación se centra en superar los desafíos
- Reducir el costo de capital de la unidad electrolizadora y el equilibrio del sistema, y mejorar la eficiencia energética para convertir electricidad en hidrógeno.,
- integrar la compresión en el electrolizador para evitar el costo de un compresor de hidrógeno separado necesario para aumentar la presión para el almacenamiento de hidrógeno.
