El alcance del mantenimiento del electrolizador se determina mediante dos dimensiones. La primera es la profundidad del mantenimiento, que va de menor a mayor extensión: Revisión general del electrolizador, Revisión general mayor del electrolizador, Desmontaje del electrolizador y, finalmente, Reconstrucción del electrolizador. La segunda dimensión es el nivel de reemplazo, que abarca desde la unidad completa hasta el conjunto de celdas y las celdas individuales, y se clasifica como Reemplazo del electrolizador, Reemplazo del conjunto de celdas y Reemplazo de celdas/MEA. La combinación de estas dos dimensiones determina el tiempo de inactividad, la lista de repuestos, los riesgos técnicos y el estado final del activo. A menudo surgen disputas durante la fase de licitación de muchos proyectos, y la causa principal es que estas dos dimensiones no se definieron claramente en el contrato; la comprensión de "revisión general" por parte del proveedor y la del propietario difieren completamente en cuanto al alcance del desmontaje, la proporción de componentes a reemplazar y los criterios de aceptación del rendimiento. Un presupuesto para una "Revisión general del electrolizador" puede incluir solo el reemplazo de juntas, mientras que un presupuesto para una "Revisión general importante del electrolizador" puede implicar el reemplazo de la mayoría de los conjuntos de electrodos de membrana (MEA), lo que resulta en diferencias significativas tanto en el costo como en el tiempo de inactividad.
La revisión de un electrolizador es un procedimiento de mantenimiento integral que se realiza durante una parada programada, con el objetivo de restablecer el funcionamiento del equipo. Las condiciones típicas que desencadenan la revisión en los electrolizadores alcalinos incluyen: un aumento del consumo de energía de CC superior al 5 % por encima del valor de diseño; una dispersión de la distribución de voltaje de la celda superior a ±3 %; descamación del niquelado que cubre más del 20 % de la superficie de la placa; o un tiempo de funcionamiento acumulado que alcanza las 30 000 horas. Los datos industriales indican que la vida útil típica de un conjunto de electrolizadores alcalinos es de aproximadamente 90 000 horas (unos 10 años), mientras que el equipo auxiliar suele estar diseñado para durar entre 20 y 30 años. Esto significa que, a lo largo del ciclo de vida del sistema, el conjunto requerirá al menos una revisión importante. El procedimiento estándar para la revisión de un electrolizador sigue los principios de desmontaje inverso y reensamblaje ordenado, comenzando con la desconexión de la alimentación y la limpieza de la celda, seguida de la purga con nitrógeno, el desmontaje y etiquetado, la limpieza e inspección, la reparación y sustitución, y finalmente el reensamblaje y el ajuste. Cada vez que se retira un conjunto de electrodos o bastidores, debe numerarse y fotografiarse inmediatamente para documentar la distribución de la corrosión y los depósitos. Los productos de corrosión sospechosos deben muestrearse y enviarse para análisis mediante microscopía electrónica de barrido (MEB) y espectroscopia de energía dispersiva (EDS) para determinar el origen de las impurezas.
El alcance de una revisión general de un electrolizador es mayor que el de una revisión estándar. Cuando una inspección revela que más de un tercio de las celdas del electrolizador presentan corrosión uniforme, o cuando la pérdida del recubrimiento del electrodo supera el 20 % del espesor original, resulta económicamente viable realizar una intervención más extensa. Una revisión general de un electrolizador generalmente incluye el desmontaje completo del conjunto, la sustitución de la mayoría de los conjuntos de electrodos de membrana (MEA), la inspección y reparación de las placas bipolares y, potencialmente, la sustitución de las placas terminales y los componentes de compresión. Un equipo de investigación del Centro Aeroespacial Alemán (DLR) realizó un análisis de sustitución de componentes celda por celda en un conjunto de electrolizadores PEM comerciales y descubrió que las membranas recubiertas de catalizador contribuían de forma más significativa a la degradación del rendimiento debido a la contaminación y la reorganización del polímero. También se detectaron trazas de calcio, probablemente como resultado de una purificación inadecuada del agua durante el funcionamiento. Este hallazgo impacta directamente en la estrategia de repuestos para una revisión general de un electrolizador: si el sistema de tratamiento de agua no se actualiza simultáneamente, los conjuntos de electrodos de membrana reemplazados pueden enfrentar las mismas vías de contaminación.
Un desmontaje de electrolizador es un proceso de diagnóstico, no una reparación propiamente dicha. Se abre la pila, se inspecciona cada celda, se mide la compresión de la junta, se registra el estado de la membrana, se comprueba el espesor del recubrimiento del electrodo y se verifica la planitud de la placa bipolar. El procedimiento operativo estándar publicado en *Frontiers in Energy Research* enfatiza la importancia de realizar una inspección visual preliminar de los componentes de la batería antes de cualquier limpieza o tratamiento, seguida de inspecciones avanzadas específicas de cada componente cuando los hallazgos iniciales generan inquietudes, incluyendo la identificación de signos de degradación como cambios de color, diferencias de textura, delaminación del electrodo, agujeros o grietas. El resultado de un desmontaje de electrolizador no es una pila reparada, sino un informe detallado del estado de cada componente que distingue las piezas reutilizables de las que requieren reemplazo o reparación. Sin este informe, los contratistas de reacondicionamiento trabajan a ciegas y los propietarios pagan por piezas que quizás no necesiten ser reemplazadas, además de arriesgarse a que los componentes fallen debido a una evaluación incorrecta. En los contratos comerciales, el desmontaje del electrolizador suele ser la primera fase de cualquier actividad de mantenimiento importante y sirve como base de diagnóstico para todas las decisiones de inversión posteriores.
La reconstrucción de un electrolizador va más allá de una revisión general, con el objetivo de restaurar su rendimiento a especificaciones casi originales. Durante la reconstrucción, el conjunto se desmonta por completo; se reemplazan todas las membranas y electrodos; se reemplazan o recubren las placas bipolares; se renueva la capa de transporte porosa; y se vuelve a ensamblar el conjunto utilizando nuevos componentes de compresión y juntas. INEOS Electrochemical Solutions cuenta con más de 35 años de experiencia en el desarrollo de recubrimientos para electrodos, y sus servicios de reacondicionamiento abarcan la reparación y el recubrimiento de módulos para diversos diseños de electrolizadores, lo que demuestra que Electrolyzer Rebuild ya ha establecido una sólida cadena de servicios comerciales en la industria. Denora también ofrece servicios de mantenimiento y reacondicionamiento para diversas tecnologías de electrolizadores, incluyendo la reactivación de electrodos. El principio fundamental de Electrolyzer Rebuild es identificar con precisión la fuente de degradación y reemplazar únicamente los componentes afectados, en lugar de sustituir indiscriminadamente la unidad completa. Si la degradación se limita únicamente a la capa de catalizador del ánodo, mientras que el cátodo y las placas bipolares permanecen en condiciones aceptables, una estrategia de reemplazo completo resultaría en un desperdicio innecesario de material y un aumento de los costos.
La sustitución de la pila se sitúa entre una revisión general y una sustitución completa. La pila se retira y se instala una nueva o reconstruida, pero la infraestructura del sistema permanece en funcionamiento. Este es el enfoque preferido cuando la pila ha llegado al final de su vida útil, pero el equipo auxiliar aún se encuentra dentro de su vida útil de diseño. El proyecto de sustitución de la pila del electrolizador alcalino en BTU Cottbus ofrece un ejemplo real: las pilas antiguas se desmontaron paso a paso, documentando cada conexión; se compartieron los planos técnicos con el proveedor de la pila de reemplazo para garantizar que las nuevas pilas pudieran instalarse en los recipientes a presión existentes sin modificaciones. La causa más común de fallos en los proyectos de sustitución de pilas no son los defectos en las nuevas pilas, sino la documentación incompleta de la interfaz de las pilas antiguas. Antes de retirar las pilas antiguas de la planta, se deben tomar fotografías de cada conexión, medir cada cara de brida y registrar las dimensiones de cada junta. Si el modelo de pila original ya no se fabrica y no hay un reemplazo equivalente disponible, el nuevo diseño puede requerir modificaciones y trabajos de integración, lo que aumenta significativamente la complejidad y la duración del proyecto. El análisis de fallos realizado por Force Technology en el proyecto Eurowind también indica que la complejidad de las decisiones de sustitución aumenta drásticamente cuando no se dispone de sustitutos equivalentes.
El reemplazo de electrolizadores se refiere a la decisión de desmantelar las unidades existentes e instalar otras nuevas; no se trata de una revisión general, una reconstrucción ni un reemplazo de la pila. Los factores que lo desencadenan incluyen una relación reparación-reemplazo que supere el 50 % del valor de reemplazo, la falta de disponibilidad de repuestos para arquitecturas de pilas obsoletas o avances tecnológicos que hagan que el mantenimiento continuo no sea rentable. Cuando se realiza un reemplazo de electrolizador, la unidad retirada se convierte en un activo reciclado. El proceso de desmantelamiento implica estrictos requisitos de procedimiento. Antes del desmantelamiento físico, todas las conexiones eléctricas, de gas y de refrigeración deben someterse a procedimientos de bloqueo y etiquetado, y la unidad debe purgarse y aislarse con bridas ciegas. Las mejores prácticas de H2Tools recomiendan que el personal de mantenimiento verifique que la pila esté descargada midiendo la tensión de la pila antes de retirar las protecciones de seguridad y las conexiones eléctricas. La documentación de desmantelamiento para un reemplazo de electrolizador debe incluir actualizaciones del registro de activos, el cierre de los registros de mantenimiento y una conciliación del inventario de repuestos. No cerrar correctamente estos registros es la razón por la que siguen apareciendo "activos fantasma" en los planes de mantenimiento años después del desmantelamiento físico.
Las placas bipolares y las capas de transporte porosas en las pilas de electrolizadores PEM contienen materias primas de importancia estratégica, principalmente titanio y metales del grupo del platino. El proyecto ReCycle de la Universidad de Leoben ha establecido una estrategia de recuperación por etapas que comienza con el desmontaje manual para preservar la integridad de los componentes y minimizar la contaminación, seguido de la aplicación de la tecnología de lixiviación hidrometalúrgica para extraer selectivamente el titanio y los metales del grupo del platino. El desmontaje manual se ha completado con éxito, logrando una separación limpia de las placas bipolares y las capas de transporte porosas. La realidad comercial es que el desmontaje manual requiere mucha mano de obra, lo que limita la escalabilidad, y el proceso de lixiviación química aún no se ha optimizado para el procesamiento industrial. Para los operadores que planean una revisión o reconstrucción de un electrolizador, el enfoque práctico es clasificar los componentes de titanio por tipo y confiarlos a recicladores de titanio especializados con experiencia en el manejo de materiales recubiertos. La tasa de recuperación promedio para el procesamiento de reciclaje de titanio es de aproximadamente el 40%, con emisiones de carbono incorporadas de alrededor de 12.500 kilogramos de CO₂ equivalente por pila de electrolizador. El titanio que ha estado en contacto con recubrimientos de óxido de iridio o rutenio requiere la eliminación de dicho recubrimiento antes de su incorporación al ciclo de reciclaje. Se ha demostrado que la electrólisis con ácido sulfúrico elimina eficazmente los recubrimientos que contienen rutenio de los ánodos de titanio, lo que reduce la corrosión del sustrato de titanio y aumenta las tasas de recuperación de metales preciosos. El proyecto CircuPEM del Instituto Fraunhofer UMSICHT explora un proceso circular completo para la recuperación de titanio, iridio y platino a partir de conjuntos de electrodos de membrana, con el objetivo de alcanzar tasas de recuperación cercanas al 100 %.
El iridio es un factor limitante para la viabilidad económica de los electrolizadores PEM. El iridio no se extrae como materia prima, sino que se recupera exclusivamente como subproducto de la minería del platino. Para los operadores que planifican una revisión general o la sustitución de un electrolizador, el contenido de iridio en las membranas catalíticas representa un activo recuperable que debe valorarse antes de desechar el equipo antiguo. El proyecto IRION, financiado por la UE, está desarrollando procesos para recuperar iridio y materiales despolimerizados de membranas catalíticas al final de su vida útil. Estos procesos utilizan líquidos iónicos, disolventes eutécticos y otros disolventes ecológicos, junto con métodos de electrodeposición, para evitar las emisiones nocivas asociadas a los métodos de calcinación tradicionales. El iridio y los materiales despolimerizados recuperados se purifican y se utilizan para fabricar nuevas membranas catalíticas. El método patentado de Johnson & Marsie describe un proceso que implica lixiviación ácida oxidativa para recuperar platino, paladio y/o rutenio, seguida de lixiviación ácida reductiva para recuperar iridio, con tasas de recuperación de metales del grupo del platino que alcanzan entre el 90 % y el 95 %. La recuperación hidrometalúrgica de iridio a partir de los residuos de electrolizadores presenta desafíos debido a las concentraciones extremadamente bajas, las formas de óxido estables y la demanda de una recuperación de alta pureza; sin embargo, la hidrometalurgia optimizada dirigida al iridio puede lograr tasas de recuperación superiores al 90 %. Las membranas representan entre el 20 % y el 30 % del costo de la pila; por lo tanto, conservar las membranas durante el proceso de recuperación del catalizador tiene un valor económico directo.
La secuencia para minimizar el costo total de propiedad sigue una escalera clara. Comienza con una evaluación del estado. Si la degradación es localizada, realice una revisión planificada del electrolizador, que implica el reemplazo de componentes específicos. Si la degradación es generalizada, pero la arquitectura del conjunto permanece intacta, realice una reconstrucción del electrolizador, que implica el reemplazo completo de la membrana y los electrodos. Si el conjunto en sí ha llegado al final de su vida útil, pero la infraestructura del sistema sigue siendo viable, realice un reemplazo del conjunto. Si la unidad completa está más allá del alcance de una reparación rentable, realice un reemplazo del electrolizador y recupere el valor del titanio y los metales preciosos de la unidad fuera de servicio. Un desmontaje del electrolizador precede a cada paso por encima del nivel de revisión mencionado anteriormente y sirve como base de diagnóstico para cada decisión de inversión posterior. Una revisión mayor del electrolizador solo se justifica una vez que el informe de estado generado por el desmontaje del electrolizador confirma el alcance del reemplazo.
Antes de solicitar un presupuesto, se debe especificar claramente lo siguiente: si el alcance es el electrolizador, la pila, la celda o el conjunto de electrodos de membrana; si el alcance es una revisión general del electrolizador, una revisión general mayor del electrolizador, un desmontaje del electrolizador, una reconstrucción del electrolizador o un reemplazo del electrolizador; y qué componentes se van a reemplazar, incluidas las membranas, los electrodos, las placas bipolares, los sellos, las placas terminales y los sujetadores; los criterios de aceptación incluyen la tasa de fuga, la producción de hidrógeno, el consumo de energía, la pureza y la densidad de corriente; para la recuperación de piezas usadas, especifique claramente los métodos de prueba, las fórmulas de liquidación y la propiedad para la recuperación de titanio y metales preciosos ; los términos comerciales deben incluir números de activos, garantía, propiedad de las piezas usadas y ventanas de tiempo de inactividad.
Una revisión general del electrolizador restaura su funcionalidad. Una revisión mayor del electrolizador reemplaza la mayoría de los componentes activos. El desmontaje del electrolizador genera datos precisos sobre su estado en todo el alcance. La reconstrucción del electrolizador restaura el conjunto a un rendimiento casi nuevo. El reemplazo del conjunto conserva el sistema mientras se actualizan sus componentes principales. El reemplazo del electrolizador da de baja el equipo e inicia el proceso de recuperación de titanio y metales preciosos. Las piezas usadas no son residuos; los componentes de titanio deben clasificarse para su reciclaje, los metales preciosos deben analizarse y refinarse, y los ingresos del reciclaje de metales preciosos deben especificarse en el contrato.
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