Electrolizador de hidrógeno: qué es y cómo funciona

Un electrolizador de hidrógeno es un dispositivo que utiliza electricidad para separar los iones de hidrógeno y oxígeno en una solución como agua. Esto se hace a través de la aplicación de una corriente eléctrica en un par de electrodos sumergidos en una solución. En su interior, se producen reacciones químicas en las que los iones de hidrógeno y oxígeno se separan.

En otras palabras, un electrolizador de hidrógeno es el equipo esencial para la producción de hidrógeno puro. Se utiliza en una amplia gama de aplicaciones industriales y los científicos lo están desarrollando para reducir los costes y aumentar su rendimiento.

La eficiencia del electrolizador depende en gran medida de la calidad y la eficiencia de los electrodos y del sistema de recolección de gas. Además, la corriente eléctrica aplicada, la concentración de iones de hidrógeno en la solución, y la temperatura pueden afectar la producción de hidrógeno.

El proceso de electrolisis se realiza en una celda electroquímica, que está compuesta por los electrodos y la solución. Los iones de hidrógeno se recolectan en un lado de la celda, mientras que los iones de oxígeno se recolectan en el otro lado.

¿Cuánto hidrógeno produce un electrolizador?

La producción de hidrógeno en un electrolizador depende de varios factores, incluyendo el tamaño y la eficiencia del equipo, la corriente eléctrica aplicada, y la concentración de iones de hidrógeno en la solución. En promedio, un electrolizador de tamaño pequeño puede producir alrededor de unos pocos litros de gas de hidrógeno por hora, mientras que un equipo industrial puede producir muchas veces más.

Es importante tener en cuenta que para obtener la cantidad específica de hidrógeno que se desea, puede ser necesario realizar cálculos específicos. El almacenamiento de hidrógeno requiere unas condiciones de operación singulares que deben estar supervisadas con personal adecuadamente formado.

Tipos de electrolizadores

Existen diversos tipos de electrolizadores, sin embargo, vamos a tratar los más importantes.

Electrolizador de hidrógeno alcalino

Es una tecnología simple y barata, de mantenimiento sencillo, ya que no se necesitan metales nobles y es relativamente estable.

La electrolisis alcalina convencional es la tecnología más desarrollada y comercial. Esta se basa en la inmersión de los dos electrodos en un electrolito líquido alcalino que conduce aniones OH– y los electrodos están separados por un diafragma.

Sin embargo, las densidades de corriente que se obtienen son bajas. Se trabaja dentro de unos límites de operación (inferior y superior) para que no se produzca mezcla de hidrógeno y oxígeno, ya que esta situación genera una pérdida de la energía producida

Los electrodos se acaban corroyendo después de un número determinado de paradas y puestas en marcha, y no se ajusta a los requerimientos de acumular energía renovable ya que su tiempo de respuesta es elevado. Por tanto, generalmente se acoplan a una batería para utilizarse como acumuladores de energía.

La eficiencia de los electrolizadores alcalinos es algo superior al resto. Pueden alcanzar el 93 % en condiciones hhv (high heating value) a 1 bar u 80 % a 200 bar (por ejemplo, los electrolizadores NEL serie A). Con estos electrolizadores alcalinos se pueden obtener de 150-300 Nm3/h de H2 consumiendo una energía de 3.8-4.4 kWh/Nm3.

Electrólizador de membrana polimérica protónica (PEM)

El electrolizador de membrana polimérica protónica se le conoce comúnmente como PEM. Esta tecnología es comercial a menor escala, y continúa en fase de desarrollo. Es un tipo de electrólisis donde el electrolito es una membrana polimérica sólida que conduce H+. Se alimenta con agua pura, el hidrógeno producido es muy puro (99.999 %) y se presuriza directamente en el sistema.

Las densidades de corriente que se obtienen son las más elevadas y tiene una respuesta muy rápida y dinámica. Es un equipo adecuado para acumular las energías renovables, debido al carácter fluctuante de éstas.

Sus inconvenientes son que los materiales de los electrodos están basados en metales nobles y en las placas bipolares se utiliza titanio. Esto implica, que su precio es elevado y puede originar problemas relacionados con la escasez de material. Los científicos están investigando aumentar su rendimiento empleando nuevos materiales.

Los electrolizadores PEM llegan a eficiencias de 80 % en condiciones hhv a 30 bar de presión (Electrolizadores NEL serie M). En el caso de un PEM de 1 MW se pueden obtener 207 Nm3/h de H2 (18.2 kg/h de H2) consumiendo una energía de 4.53 kWh/Nm3.

Electrolizador de hidrógeno de estado sólido

Se trata de un sistema sólido que trabaja a altas temperaturas, en concreto, entre los 500 y los 1000 °C. El electrolito es un conductor de iones oxígeno (O₂^–). La eficiencia energética es prácticamente del 100%. Sus principales ventajas son: no necesita metales nobles, puede trabajar a alta presión y es reversible a una pila de combustible.

Sin embargo, debido a sus altas temperaturas aún existen problemas respecto a la durabilidad de sus componentes. Además, no se ajusta a los requerimientos de las energías renovables debido a estas temperaturas. Este inconveniente esta siendo utilizado en aplicaciones industriales donde se acopla a sistemas térmicos y así se aprovecha la energía térmica.

Se considera la tecnología de electrolizadores más prometedoras. Sin embargo, aún está en desarrollo y todavía no se comercializa. Los electrolizadores de estado sólido que se están empezando a desarrollar tienen una capacidad aproximada de 10 kW.