IEEE Power & Energy Magazine - Spanish - July/August 2022 - 104

Producción de hidrógeno electrolítico
Los electrolizadores de agua son un componente clave para
acoplar la red eléctrica a las necesidades de otros sectores
energéticos, ya que proporcionan cargas flexibles capaces de
utilizar la generación renovable variable cuando estas fuentes
de generación superan la demanda de electricidad. Los electrolizadores
utilizan la CC para proporcionar la energía que
divide el agua en hidrógeno y oxígeno. Los electrolitos facilitan
la división del agua para aumentar la velocidad y la eficiencia
de las reacciones de división del agua. Hay múltiples tecnologías
de electrólisis disponibles o en desarrollo. Por orden de
madurez tecnológica, son la electrolisis alcalina tradicional, la
de membrana de intercambio de protones (PEM, por sus siglas
en inglés), la de óxido sólido y la de membrana de intercambio
de aniones (AEM, por sus siglas en inglés).
Electrólisis alcalina tradicional: la electrólisis alcalina tradicional
utiliza hidróxido de potasio o hidróxido de sodio como
electrolito. Se trata de una tecnología madura que se ha utilizado
a escala industrial durante más de 100 años, incluida una
central construida en Rjukan (Noruega) en 1940 (véase la figura
S1). Esa central producía 2,700 kg de H2/h principalmente
para la producción de fertilizantes y requería más de 135 MW
de generación hidroeléctrica como fuente de energía.
Electrólisis PEM: la electrólisis PEM utiliza catalizadores
de metales del grupo del platino (PGM, por sus siglas en inglés)
sobre una membrana ionomérica. Los catalizadores PGM
sustituyen la necesidad de un electrolito, y la membrana ionomérica
separa el hidrógeno del oxígeno permitiendo que los
protones se difundan a través de la membrana antes de formar
moléculas de hidrógeno. La tecnología de los electrolizadores
PEM no está tan madura como la electrólisis alcalina, pero ya
está disponible en el mercado a través de varios fabricantes. En
la actualidad, se están realizando grandes inversiones en I+D
para reducir el costo de capital de los electrolizadores PEM
mediante la reducción de la cantidad de catalizador PGM necesario
y el uso de membranas ionoméricas menos costosas
sin comprometer la eficiencia o la durabilidad.
Electrólisis de óxido sólido: la celda de electrolito a
base de óxido sólido (SOEC, por sus siglas en inglés) utiliza
un electrolito cerámico (por ejemplo, dióxido de zirconio)
y funciona a altas temperaturas (500-850 °C). Por lo
tanto, los sistemas SOEC requieren de calor y electricidad
como insumos. La SOEC tiene una eficiencia total más alta
que los electrolizadores alcalinos y PEM tradicionales debido
a esa alta temperatura, incluso cuando se incluye el
calor requerido así como la electricidad en el cálculo de
la eficiencia. La SOEC se ha desarrollado ampliamente y
está preparada para su comercialización, pero es necesario
reducir los costos y aumentar la durabilidad para que
sea ampliamente competitiva con otras tecnologías de
electrolizadores.
Electrólisis AEM: la electrólisis AEM utiliza membranas ionoméricas
para separar el hidrógeno y el oxígeno, como los
electrolizadores PEM, pero permite que los iones hidroxilo
se difundan a través de las membranas. Este diseño permite
que los electrolizadores AEM utilicen soluciones alcalinas de
bajo costo como electrolitos, al igual que la electrólisis alcalina
tradicional, en lugar de los catalizadores PGM de mayor
costo que requiere la electrólisis PEM. La electrólisis AEM es
una tecnología en desarrollo con una disponibilidad comercial
limitada en la actualidad.
(a)
(b)
figura S1. Unidades históricas de electrólisis a gran escala. (a) Rjukan, Noruega (desde 1927 hasta la década de
1970). (b) Glomfjord, Noruega (de 1953 a 1991). (Fuente: cifras facilitadas por cortesía de NEL Hydrogen).
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