Generación de hidrógeno electroquímico

CAPÍTULO 9

Generación de hidrógeno electroquímico

9.1 Introducción

La producción de hidrógeno electroquímico ha sido ampliamente investigada durante décadas, impulsada en gran medida por el potencial de reducir el efecto ambiental, satisfacer la demanda distribuida, reducir el costo del hidrógeno y mejorar la percepción pública. Como alternativa al reformado de metano con vapor para la producción de hidrógeno, estos enfoques han gozado de un vigor renovado durante los últimos años. Las fuentes renovables contribuyen alrededor del 5% de la producción total de hidrógeno. Varias formas de producir hidrógeno a partir de tecnologías electroquímicas incluyen: electrólisis de membrana de intercambio de protones, electrólisis alcalina (AEL) y proceso de electrólisis de alta temperatura. Estas tecnologías aún se encuentran en la fase de desarrollo. En este capítulo, se detallan los métodos de producción de hidrógeno electroquímico.

AEL es la tecnología más antigua y única disponible comercialmente. Para cada celda del electrolizador, hay dos electrodos, uno positivo y otro negativo, y un electrolito intercalado. En el caso de un electrolizador alcalino con electrodos hechos de metales, más comúnmente Ni, Co, Fe o Pt / C, el electrolito sería KOH líquido y las dos cámaras del electrolizador están divididas por un diafragma (por ejemplo, NiTiO3 / NiO). Esta tecnología es la más intensiva en energía y produce hidrógeno de la más baja pureza [1].

Los electrolizadores de membrana de intercambio de polímero (PEM), o como a menudo se les llama electrolizadores de polímero sólido (SPE), se basan en la tecnología de celda de combustible PEM invertida. Pueden operar a la misma temperatura que los electrolizadores alcalinos o más (en el caso de PEM de alta temperatura) y generalmente logran una mejor eficiencia. Están a punto de estar disponibles comercialmente en un futuro próximo. Los electrolizadores PEM pueden verse como un desarrollo incremental de electrolizadores alcalinos. La principal diferencia es que utilizan un diafragma más avanzado (es decir, una membrana de polímero) [2].

Los electrolizadores de óxido sólido son la tecnología menos desarrollada comercialmente. Operan a temperaturas mucho más altas que las otras tecnologías y consumen mucha menos electricidad debido a la eficiencia superior de conversión de energía. Sin embargo, debido a la operación a alta temperatura, se requieren materiales especiales para soportar las condiciones del proceso. En lo que respecta a la planta, no hay productos prometedores disponibles que proporcionen un funcionamiento sin complicaciones a largo plazo de los accesorios. La tecnología, además de ofrecer la máxima eficiencia farádica, también ofrece la posibilidad de electrólisis directa de CO2. Aparte de eso, la tecnología puede extenderse para co-electrolizar H2O y CO2 simultáneamente. El producto de tal co-electrólisis es el gas de síntesis, que luego puede reprocesarse para producir combustible sintético. Por esta razón, los electrolizadores de óxido sólido ofrecen la posibilidad de almacenamiento / portador de energía química al convertir la energía renovable o el exceso de energía de las plantas de energía fósil en hidrógeno o gas de síntesis [3-6].

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