En conclusión, primero

Cuando elijas un electrolizador, deberías considerar los siguientes parámetros:

  1. Eficiencia de Electrólisis: Este es uno de los aspectos más importantes. Un electrolizador más eficiente puede convertir la energía eléctrica en energía de hidrógeno de manera más efectiva, lo que significa mayores retornos energéticos y menores costos operativos a largo plazo.
  2. Costo: Esto incluye tanto el costo inicial de compra como los costos operativos a largo plazo. Aunque los electrolizadores más eficientes pueden tener costos iniciales más altos, pueden ser más económicos debido a menores costos operativos. Un equipo más duradero y confiable puede reducir los costos de mantenimiento y el tiempo de inactividad.
  3. Adaptabilidad a las Fuentes de Energía: La eficiencia energética de los electrolizadores puede variar según el tipo de fuente de energía utilizada, como la energía renovable o la electricidad de la red.
  4. Pureza del Hidrógeno: Esto es especialmente importante en aplicaciones comerciales e industriales. Las diferentes tecnologías de electrólisis varían en la pureza del hidrógeno que producen.
  5. Reputación y Soporte del Fabricante: La fiabilidad y reputación del fabricante, así como el servicio al cliente y el soporte técnico que ofrecen, también son consideraciones importantes.

Eficiencia de Electrólisis

Una mayor eficiencia en la electrólisis significa menos consumo de energía, lo que conduce a menores costos operativos a largo plazo. Entre las cuatro tecnologías actuales de electrólisis de agua, el ranking de eficiencia de mayor a menor es: SOCE (85%~100%) > PEM (70%~90%) = AEM (60%~90%) > ALK (60%-75%).

En términos de eficiencia de electrólisis, en comparación con las otras tres tecnologías, los principales problemas con ALK son:

  • La concentración de electrolito conduce a una menor conductividad y mayor resistencia interna. Tanto PEM como AEM utilizan electrolitos sólidos.
  • El grosor excesivo del diafragma causa una alta resistencia eléctrica. La dificultad para transportar iones OH- del cátodo al ánodo resulta en una menor eficiencia de electrólisis. Sin embargo, las razones de estos problemas son el uso de materiales y procesos más económicos, buscando la solución más equilibrada entre durabilidad y eficiencia. Por ejemplo, el grosor actual del diafragma en ALK es de alrededor de 500 μm, mientras que para PEM y AEM es de alrededor de 100μm, y se espera que disminuya en el futuro. Reducir el grosor del diafragma de ALK a 57μm podría aumentar la eficiencia del 53% al 75% a 1 A/cm2, pero esto reduciría considerablemente la vida útil e incrementaría los costos debido a estándares de fabricación más altos.

La SOEC tiene la mayor eficiencia de electrólisis entre las cuatro tecnologías, principalmente debido a la temperatura. Las altas temperaturas mejoran significativamente la cinética de las reacciones de división del agua, reduciendo la energía necesaria para la electrólisis y, por lo tanto, aumentando la eficiencia. Además, a altas temperaturas, el cambio de entropía de la electrólisis del agua se reduce, lo que significa que se libera más energía de la reacción, contribuyendo a una mayor eficiencia general.

Costo

Costo Inicial de Compra: SOEC > PEM > ALK

El costo de las Celdas de Electrolizador de Óxido Sólido (SOEC) es el más alto porque la tecnología SOEC es relativamente nueva, y muchos de sus procesos y materiales aún no se producen en masa, lo que lleva a costos más altos. Además, la SOEC necesita operar a altas temperaturas, requiriendo materiales que puedan resistir el calor y procesos de fabricación complejos, manteniendo su costo de producción elevado.

Los electrolizadores de Membrana de Intercambio de Protones (PEM), aunque la fabricación de la capa intermedia de la Asamblea de Electrodo y Membrana (MEA) y el costo de los metales preciosos involucrados son altos, el proceso se ha vuelto bastante maduro. Incluso puede especializarse según su aplicación, haciendo que los costos sean relativamente controlables. Además, la tecnología de reciclaje para los metales de platino e iridio utilizados en PEM está madurando gradualmente, lo que reducirá su costo unitario con el tiempo.

Los generadores de hidrógeno alcalinos tienen el costo inicial más bajo. Su diseño y tecnología tienen una larga historia y son muy maduros. Incluso puedes encontrar muchos videos en YouTube que enseñan cómo hacer generadores de hidrógeno alcalinos en casa. Por lo tanto, puedes imaginar que los materiales son bastante fáciles de obtener.

Los electrolizadores de Membrana de Intercambio de Aniones (AEM) no se discuten en este artículo, ya que actualmente están en la etapa de laboratorio. Muchos de sus costos y procesos de diseño aún no están listos para la producción en masa. Sin embargo, generalmente se cree que sus costos serán menores. Pero según nuestro entendimiento y el de nuestros socios, los costos actuales no son bajos, principalmente porque la tecnología de fabricación para las membranas de intercambio de aniones de AEM no es madura, lo que lleva a precios altos por membrana. Por supuesto, si los costos disminuirán en el futuro todavía es desconocido. Esperamos que puedan reducir significativamente los costos en el futuro.

Costos de Mantenimiento a Largo Plazo: ALK > SOEC > PEM

El costo de mantenimiento de los electrolizadores alcalinos (ALK) es bastante alto porque la solución alcalina de alta concentración puede causar daños significativos a los materiales de acero y otros componentes. Hay una necesidad frecuente de limpiar el óxido y ajustar la concentración de la solución alcalina. A menudo, es necesario desmontar completamente el electrolizador ALK para su limpieza y mantenimiento, e incluso la capa de reacción en el medio podría necesitar ser reemplazada. La limpieza regular y minuciosa, que requiere volver a agregar soluciones como KOH (hidróxido de potasio) o NAOH (hidróxido de sodio), es tanto consumidora de tiempo como intensiva en mano de obra para el usuario, representando el NAOH un gasto adicional.

ALK corroded
ALK corroded

Las principales tareas de mantenimiento para las Celdas de Electrolizador de Óxido Sólido (SOEC) incluyen el mantenimiento de sellado, la limpieza necesaria y el monitoreo de la temperatura. Como las SOEC tienen una tolerancia relativamente alta a los contaminantes, solo requieren una limpieza regular y sencilla. Sin embargo, el aspecto clave es el mantenimiento del sellado, ya que operan a altas temperaturas y los materiales utilizados necesitan resistir altas temperaturas y corrosión química. Con el tiempo, esto puede llevar a la degradación de estos componentes de sellado, necesitando inspecciones regulares, mantenimiento y reemplazos.

Los electrolizadores de Membrana de Intercambio de Protones (PEM) tienen el mantenimiento más simple. Solo requieren una simple adsorción de impurezas en el agua circulante para asegurar su pureza. La tecnología del electrolizador PEM es menos susceptible a contaminantes. Después de un período de operación considerablemente largo, solo se necesita la inspección y reemplazo de la membrana de intercambio de protones.

Adaptabilidad a las Fuentes de Energía

El enfoque aquí es específicamente en fuentes de energía renovable con alta variabilidad y sistemas de energía de alta temperatura (como la energía nuclear y fábricas con mucho calor residual) adecuados para proyectos de calor y energía combinados (CHP). La mayoría de las otras situaciones involucran un suministro de energía estable y temperaturas ambiente, por lo que solo se discuten estos dos casos especiales.

  1. Energía Renovable: Debido a la alta variabilidad de las fuentes de energía renovable, algunos países incluso prohíben su conexión a la red nacional. Para los electrolizadores de hidrógeno, se requiere la capacidad de responder rápidamente a los cambios de carga y de iniciar y detenerse rápidamente. Esto hace que los electrolizadores de hidrógeno de Membrana de Intercambio de Protones (PEM) sean la única opción.
  2. Proyectos de Calor y Energía Combinados (CHP): Solo las Celdas de Electrolizador de Óxido Sólido (SOEC) pueden soportar y utilizar altas temperaturas para mejorar la eficiencia de la producción de hidrógeno.

Pureza del Hidrógeno

SOEC ≥ PEM > ALK. Las diferentes tecnologías de electrólisis varían en la pureza del hidrógeno que producen, lo que puede afectar su idoneidad para aplicaciones específicas. Particularmente para ALK (electrolizadores alcalinos), debido a razones técnicas, los productos disponibles en el mercado generalmente son una mezcla de hidrógeno, oxígeno, vapor de agua y niebla alcalina. Esto también se conoce como HHO, pero generalmente, HHO solo se refiere a una mezcla de gases de hidrógeno y oxígeno (gas de Brown). Si quieres hidrógeno puro, se requiere un dispositivo adicional de separación y purificación. SOEC, debido a su alta eficiencia de electrólisis y altas temperaturas, teóricamente puede producir hidrógeno de bastante alta pureza. Sin embargo, los niveles específicos de pureza dependen del equipo y las condiciones operativas, ya que la tecnología aún no está completamente madura. Por otro lado, los electrolizadores PEM pueden producir hidrógeno con una pureza de hasta el 99.999% simplemente agregando un proceso de secado para eliminar el exceso de vapor de agua.

Reputación y Soporte del Fabricante

Al elegir un electrolizador de hidrógeno, es crucial seleccionar un fabricante con buena reputación. SENZA es un fabricante con una buena reputación en la industria de electrolizadores de hidrógeno. Nuestros electrolizadores de Membrana de Intercambio de Protones (PEM) y Alcalinos verificados son más confiables.

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