LA IMPORTANCIA DE LOS ELECTROLIZADORES PARA EL SUMINISTRO DE HIDRÓGENO VERDE
El electrolizador es un dispositivo capaz de producir hidrógeno a través de la electrólisis, un proceso químico capaz de descomponer las moléculas de hidrógeno y oxígeno de las que se compone el agua utilizando electricidad. El hidrógeno producido de este modo sostenible, en otras palabras, sin emisiones de CO₂ a la atmósfera, puede ser los cimientos de una economía descarbonizada.
A priori, la electrólisis puede sonar a un experimento de laboratorio más propio de un instituto con vasos de precipitados, unos cables y algunas baterías. Y no es muy desencaminado. Y es que el impacto de este proceso, que permite separar moléculas empleando electricidad, es capital para obtener hidrógeno verde.
La generación de hidrógeno
El hidrógeno es el elemento más común en el universo, por lo que puede ser el combustible ideal. Pero no es el único motivo: al quemar hidrógeno no se produce dióxido de carbono, sino vapor de agua. Así, su utilización permitiría reducir considerablemente las emisiones responsables tanto del efecto invernadero como del calentamiento global.
El obstáculo reside en que para conseguir hidrógeno se necesita energía eléctrica, y si esta tiene su origen en combustibles fósiles se producirían emisiones. Por contra, la producción del hidrógeno verde está basada en la utilización de energías renovables para alimentar el proceso de electrólisis, a través del cual se obtiene hidrógeno a partir de agua. La máquina que se encarga de este proceso es el electrolizador.
Qué es un electrolizador
Un electrolizador es un aparato que permite separar las moléculas de agua en los átomos de oxígeno e hidrógeno que las forman.
Los enlaces entre los dos elementos son muy estables y se requiere energía eléctrica para que la división se produzca en un proceso denominado electrólisis.
Disponer de electrolizadores eficientes es vital para la penetración del hidrógeno en la industria y la adopción de las pilas de combustible de hidrógeno.
Cómo funciona un electrolizador
Un electrolizador consiste en un apilamiento de electrodos conductores divididos por una membrana a los que se aplica un voltaje y una intensidad altos. Esto produce una corriente eléctrica en el agua que se descompone en sus componentes: hidrógeno y oxígeno. Además, el sistema completo incluye bombas, electrónica de potencia, separador de gases y otros componentes auxiliares.
El oxígeno producido paralelamente se libera a la atmósfera o se puede almacenar para usarlo luego como gas médico o industrial. El hidrógeno se guarda como gas comprimido o se licúa para su utilización en industrias o en pilas de combustible de hidrógeno, que pueden alimentar de electricidad a medios de transporte.
Tipos de electrolizadores
Hoy en día, hay diferentes tipos de electrolizadores según el tamaño y función, como los siguientes:
Electrolizador alcalino
Emplean una solución electrolítica líquida, como hidróxido de potasio o hidróxido de sodio, y agua. El hidrógeno se origina en una celda que tiene un ánodo, un cátodo y una membrana. Las celdas se montan en serie para producir más hidrógeno y oxígeno simultáneamente.
Al aplicar corriente a la pila de celdas de electrólisis, los iones de hidróxido se mueven por el electrolito desde el cátodo hasta el ánodo de cada célula, emitiendo burbujas de gas de hidrógeno en el cátodo del electrolizador y de gas de oxígeno en el ánodo.
No necesitan metales nobles como catalizador. Ahora bien, son equipos voluminosos que consiguen hidrógeno de pureza media y que no son muy flexibles en su operación.
Electrolizador de membrana de intercambio de protones (PEM)
Usan una membrana de intercambio de protones y un electrolito polimérico sólido. Al aplicar corriente a la pila, el agua se separa en hidrógeno y oxígeno y los protones del hidrógeno pasan por la membrana para formar gas de hidrógeno en el lado del cátodo.
Son los más comunes porque producen hidrógeno de alta pureza y son sencillos de refrigerar. Son los más apropiados para acoplarse a la variabilidad de las energías renovables, son compactos y consiguen un hidrógeno de alta pureza. Por contra, son más caros al emplear metales preciosos.
Electrolizador de óxido sólido (SOEC)
Funcionan a una temperatura más alta (entre 500 y 850 ºC) y tienen el potencial de ser bastante más eficientes que los anteriores. Este proceso, llamado electrólisis de alta temperatura (HTE) o de vapor, usa un material cerámico sólido como electrolito.
Los electrones del circuito externo se unen con el agua en el cátodo para formar gas de hidrógeno e iones de carga negativa. El oxígeno pasa por la membrana cerámica deslizante y reacciona en el ánodo para formar gas de oxígeno y generar electrones para el circuito externo.
Hay otros tipos de electrolizadores que todavía no son tan eficaces o rentables, pero que tienen mucho potencial. Un ejemplo de ellos es la fotoelectrólisis, que usa solamente luz solar para separar las moléculas de agua sin utilizar electricidad. No obstante, este dispositivo requiere de semiconductores que aún no se han desarrollado lo suficiente.
