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Electrolizador alcalino (Electrolizador alcalino). Con solución de KOH como electrolito y catalizador a base de níquel, opera a una temperatura de 70-90 °C y una presión de ≤30 bar, con una potencia de hasta 20 MW (p. ej., Thyssenkrupp Nucera). Sus ventajas incluyen bajo coste (no requiere metales preciosos), larga vida útil (>60 000 horas), fácil mantenimiento y un amplio rango de respuesta dinámica (10 %-100 %), como el del EcoLyzer A600 (600 Nm³/h).
Electrolizador PEM (Electrolizador de Membrana de Intercambio de Protones). Con membranas de ácido sulfónico perfluorado (PFSA) y catalizadores de platino/iridio, el electrolizador PEM está diseñado para la electrólisis con agua pura, presiones de operación de hasta 10-30 bar, un tiempo de respuesta de segundos y una pureza de hidrógeno >99,999 %. Su diseño compacto y alta eficiencia (eficiencia HHV del 89-99 %) lo hacen especialmente adecuado para fuentes de energía fluctuantes como la eólica, representada por el HyLYZER™ (2,2 Nm³/h) y el LightBridge LBE-P50LC (50 kW).
La celda electrolítica de óxido sólido (SOEC) electroliza vapor de agua a 700-800 °C mediante electrolito cerámico, con una demanda energética de tan solo 37,7 kWh/kg de H₂, una eficiencia un 25 % superior a la de los electrolizadores de baja temperatura, y permite cogenerar gas de síntesis y aprovechar el calor residual industrial. Sin embargo, la degradación a alta temperatura aún no se ha solucionado. Proyectos representativos como el sistema de 4 MW de Bloom Energy para la NASA (2,4 toneladas de hidrógeno al día).
El electrolizador AEM (electrolizador de membrana de intercambio aniónico) combina las ventajas de los tanques alcalinos con el electrolizador PEM, utilizando membranas aniónicas y catalizadores de metales no preciosos (p. ej., níquel), y operando a 60-80 °C. Es un 80 % más económico que el electrolizador PEM, no contiene compuestos perfluorados, y las tecnologías más recientes, como Ecolectro, han logrado densidades de corriente >4 A/cm² y eficiencias >74 %, pero la durabilidad de la membrana aún debe mejorarse.
Se requiere agua ultrapura (conductividad <1 μS/cm), que se basa en sistemas de ósmosis inversa o desionización; el tratamiento de hidrógeno requiere compresores (por ejemplo, SOEC prepresurizado a 15 psig), secadores y tanques de almacenamiento de hidrógeno.
Los escenarios industriales para diferentes electrolizadores están determinados por la eficiencia, el costo y las condiciones de operación:
El electrolizador alcalino es adecuado para plantas químicas de gran escala (por ejemplo, plantas de síntesis de amoníaco, refinerías de petróleo) que requieren un suministro de hidrógeno continuo y estable; ejemplos típicos son el reformador de vapor de hidrocarburos Sinopec.
Los electrolizadores PEM se utilizan principalmente para la producción de hidrógeno a partir de energías renovables (por ejemplo, proyectos de acoplamiento eólico/fotovoltaico) y en estaciones de servicio de hidrógeno debido a su rápida respuesta y pequeño tamaño; un ejemplo típico es el proyecto Rhineland de 100 MW de ITM Power.
El electrolizador SOEC es adecuado para escenarios industriales de alta temperatura (por ejemplo, acerías, plantas de energía nuclear), siendo ejemplos típicos el proyecto de descarbonización de la refinería de Shell.
Electrolizador AEM Priorizado para escenarios de producción distribuida de hidrógeno (suministro de energía comunitaria, pequeñas plantas) debido a su ventaja de bajo costo, por ejemplo, el piloto de servicios públicos de Ecolectro.
El reciclaje de electrolizadores se centra en materiales de alto valor y una eliminación respetuosa con el medio ambiente:
Las placas bipolares de titanio del electrolizador PEM (recuperadas a $3-10/kg) y los catalizadores de platino/iridio (>$6.000/kg) son los de mayor valor, pero las membranas de ácido perfluorosulfónico (PFAS) requieren un tratamiento de pirólisis a alta temperatura.
Electrolizador alcalino / AEM Recuperación de electrodos de níquel ($2,5-6,8/kg) y componentes estructurales de acero inoxidable, siendo el AEM el proceso más simple debido a la ausencia de metales preciosos y compuestos perfluorados.
Los electrolitos cerámicos (por ejemplo, zirconio estabilizado con itrio) y los electrodos de combustible a base de níquel del electrolizador SOEC deben reciclarse profesionalmente, pero el coste de reciclar la cerámica después del triturado es elevado.
Los metales recuperados se pueden volver a fundir para su uso en nuevos equipos, el catalizador se regenera mediante extracción química y las piezas de plástico se incineran para generar electricidad para el uso energético.
El electrolizador alcalino se prefiere para bases industriales a gran escala en busca de bajo costo y estabilidad;
PEM es adecuado para la producción de hidrógeno con energía renovable cuando se requiere una respuesta rápida y un hidrógeno de alta pureza;
Las acerías o las centrales nucleares con recursos de calor residual pueden aprovechar la SOEC para aumentar la eficiencia en un 25%;
AEM es adecuado para escenarios distribuidos de pequeña y mediana escala (por ejemplo, suministro de energía comunitario) con el fin de aprovechar las ventajas de los costos y la protección del medio ambiente.
Los futuros avances tecnológicos dependerán de innovaciones materiales (por ejemplo, catalizadores de metales no preciosos AEM) y de la madurez de la tecnología de reciclaje, mientras que la optimización del consumo de energía en el sistema de soporte (por ejemplo, utilización del calor residual SOEC) será la clave para la reducción de costos.
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