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En la búsqueda continua de fuentes de energía sostenible, el electrolizador ha emergido como una pieza clave en la transformación hacia un futuro más limpio y ecológico. Esta tecnología, aunque no es nueva, ha captado nuevamente la atención gracias a los avances en materiales y técnicas que prometen hacerla más eficiente y accesible.
En este blog, exploraremos en detalle qué es un electrolizador, cómo funciona, sus aplicaciones, y su importancia en la transición energética global. ¡Vamos allá!
Un electrolizador es un dispositivo que utiliza la energía eléctrica para provocar una reacción química, específicamente la electrólisis del agua. Es decir, en el contexto de la producción de energía, los electrolizadores son comúnmente utilizados para separar el agua (H₂O) en sus componentes básicos: hidrógeno (H₂) y oxígeno (O₂). El electrolizador es una pieza clave en la producción de hidrógeno verde, ya que permite la obtención de este combustible limpio y sostenible a través de la electrólisis utilizando energía renovable.
La electrólisis se descubrió en el año 1800, cuando varios químicos probaron a conectar los polos de una pila eléctrica (creada ese mismo año por Alessandro Volta) en un recipiente con agua. De esta manera, se reveló que la electricidad se transmitía a través del agua, resultando en la separación y aparición de hidrógeno y oxígeno en los electrodos respectivamente.
El proceso de electrólisis dentro de un electrolizador implica, por tanto, el paso de una corriente eléctrica a través de agua (H₂O), generalmente con la presencia de un electrolito para mejorar la conductividad. El agua se divide en el ánodo y cátodo, que son los dos electrodos del electrolizador. En el ánodo, se produce oxígeno a partir de la oxidación del agua, mientras que en el cátodo, el hidrógeno se libera por la reducción del agua.
Los electrolizadores tienen una amplia gama de aplicaciones, desde el uso industrial para la producción de hidrógeno para combustibles y procesos químicos, hasta aplicaciones más pequeñas como el suministro de oxígeno e hidrógeno para laboratorios. Con el creciente interés en las energías renovables, los electrolizadores juegan un papel crucial en el almacenamiento de energía. El hidrógeno producido puede almacenarse y utilizarse como una fuente de energía limpia, ofreciendo alternativas a los combustibles fósiles y contribuyendo así a la eficiencia energética.
El hidrógeno generado por electrolizadores es considerado una pieza clave en la transición hacia un futuro energético sostenible. Al ser una fuente de energía versátil y limpia, el hidrógeno puede ayudar a reducir significativamente las emisiones de gases de efecto invernadero. Además, los electrolizadores pueden operar con electricidad proveniente de fuentes renovables, como la solar o eólica, lo que potencia aún más su capacidad para apoyar la descarbonización de diversos sectores.
La eficiencia de un electrolizador es un factor crucial que determina su viabilidad y rentabilidad en la producción de hidrógeno. Se refiere a la relación entre la energía eléctrica consumida y la cantidad de hidrógeno producido. En términos generales, la eficiencia de un electrolizador moderno varía entre el 50% y el 70%. Esto significa que para producir un kilovatio-hora (kWh) de hidrógeno, se requiere aproximadamente entre 1,5 y 2 kWh de energía eléctrica.
Para mejorar la eficiencia de los electrolizadores, se investiga continuamente en el desarrollo de materiales más avanzados para electrodos, así como en la optimización de las condiciones de operación. Además, la integración con fuentes de energía renovable puede mejorar la sostenibilidad del proceso de electrólisis, reduciendo aún más la huella de carbono asociada a la producción de hidrógeno.
Varios factores influyen en la eficiencia de un electrolizador, incluyendo:
Existen varios tipos de electrolizadores, cada uno con sus propias características, aplicaciones y eficiencia:
Son la tecnología más madura y ampliamente utilizada. Emplean una solución alcalina como electrolito, generalmente hidróxido de potasio (KOH), y son conocidos por su eficiencia energética y bajo coste de fabricación. Operan a temperaturas de entre 70 y 100 °C y presiones de 1-30 bar. Sin embargo, requieren una alta concentración de electrolito alcalino, lo que puede incrementar los costes de mantenimiento y son sensibles a las impurezas que aceleran la degradación de sus componentes.
Los PEM utilizan una membrana polimérica sólida que conduce protones (H+). Son comerciales a menor escala y continúan en fase de desarrollo. Ofrecen densidades de corriente elevadas y una respuesta rápida, lo que es necesario para acumular energías renovables debido a su carácter fluctuante. El hidrógeno producido es muy puro y se presuriza directamente en el sistema.
No obstante, los materiales de los electrodos están basados en metales nobles y en las placas bipolares se utiliza titanio, lo que puede incrementar el costo y presentar problemas de escasez y abastecimiento. Tienen una eficiencia similar a los alcalinos, pero pueden operar a presiones más altas y no requieren un electrolito líquido. Así, pueden llegar a eficiencias de 80% en condiciones de hhv a 30 bar de presión.
Aunque aún no se comercializan, los SOEC son sistemas sólidos que trabajan a altas temperaturas (500 - 1.000 °C). El electrolito es un conductor de iones oxígeno (O₂-). La eficiencia energética puede ser prácticamente del 100%, no necesitan metales nobles, pueden trabajar a alta presión y son reversibles a una pila de combustible. Sin embargo, las altas temperaturas presentan desafíos en cuanto a la durabilidad de sus componentes.
María Luisa Avilés Padilla
COPYWRITER
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