La electrólisis de membrana de electrolito polimérico (PEM) es una fuente prometedora de hidrógeno verde para la próxima generación tecnológica de celdas de combustible y se espera que aumente su uso durante la próxima década a medida que disminuyan tanto los costes de la electricidad como de las fuentes de energía renovable. Sin embargo, la eficiencia del proceso y la fiabilidad del ciclo de vida del sistema siguen siendo un área de estudio y desarrollo.

A lo largo de este artículo analizaremos la situación general actual de la celda de combustible y la electrólisis, abordaremos dos desafíos principales a los que se enfrenta la electrólisis y planteamos la tecnología de flujo másico Coriolis como una solución para aumentar la viabilidad de la electrólisis.

Celda de combustible y electrólisis

En todo el mundo, la tecnología de las pilas de combustible ha ganado atención a medida que las personas buscan soluciones energéticas sostenibles a largo plazo. La tecnología de las pila de combustible PEM ha recibido especial atención, ya que es capaz de generar electricidad a partir de hidrógeno y oxígeno, y los únicos subproductos que se obtienen son el agua y el calor.

Esto es mucho más respetuoso con el medio ambiente que los viejos procesos de combustión que se utilizan en muchas aplicaciones de sistemas de transporte y energía. Se está realizando un amplio trabajo de investigación y desarrollo para aumentar su viabilidad tanto para aplicaciones de pilas de combustible estacionarias como móviles.

La obtención del hidrógeno necesario para las reacciones electroquímicas es un área de estudio tan importante como el desarrollo de las pilas de combustible en sí. Actualmente se estima que el 96% del hidrógeno en todo el mundo se produce a través de procesos de combustibles fósiles que involucran gas natural, petróleo crudo y carbón. Aunque la gran mayoría de unos 70 millones de toneladas de hidrógeno se utiliza anualmente para aplicaciones industriales, el auge de la tecnología de pilas de combustible ha exigido un nuevo enfoque y que sea más limpio para la generación de hidrógeno.

Una fuente importante de hidrógeno verde es la electrólisis del agua, que actualmente representa solo el 4% de la producción anual de hidrógeno, pero está recibiendo una atención creciente.

Si bien los métodos de electrólisis varían, el principio básico implica la descomposición de las moléculas de agua en subproductos de hidrógeno (H2) y oxígeno (O2). La reacción de electrólisis PEM es casi la inversa de las reacciones de la pila de combustible PEM.

Principales desafíos a los que se enfrenta la electrólisis

Actualmente, la electrólisis presenta dos grandes desafíos: coste y eficiencia. Los esfuerzos en investigación en todo el mundo intentan superar estos desafíos y mejorar la viabilidad de la electrólisis.

Viabilidad económica

Dado que la electrólisis requiere electricidad para descomponer el agua, puede costar más de un 50% que el hidrógeno producido a través de procesos de combustibles fósiles. Aún así, el incentivo sigue siendo impulsar soluciones energéticas sostenibles. Afortunadamente, la electrólisis será más asequible a medida que otras fuentes de energía sostenible, como la solar y la eólica, sean más eficientes. Una estimación actual predice que el coste de producción de hidrógeno disminuirá un 30% para 2030.

Si bien esos desafíos deben minimizarse con el tiempo, algunos pueden remediarse de manera más inmediata. La inversión de capital, el mantenimiento y el reemplazo de equipos pueden representar más del 30% de los costes totales del ciclo de vida de la electrólisis. La elección de equipos fiables con un alto valor de vida útil y un amplio rango operativo es fundamental para reducir el coste de propiedad a largo plazo.

Eficiencia del proceso

La eficiencia del proceso está ciertamente ligada a la viabilidad económica: una mayor eficiencia es más rentable. Sin embargo, va más allá de eso. El objetivo de la electrólisis PEM es la creación de una fuente de hidrógeno renovable y limpia para las celdas de combustible, por lo que se debe maximizar la eficiencia para aumentar el atractivo e incentivar su adopción. Varias fuentes sitúan la eficiencia de la electrólisis en un 70-80% en su estado actual, pero este número debe seguir aumentando si se quiere competir con los combustibles fósiles.

Solución de flujo másico Coriolis CODA

Los instrumentos de flujo másico Coriolis CODA brindan numerosos beneficios para remediar los desafíos de coste y eficiencia que afronta la electrólisis. Muchos procesos de electrólisis requieren una regulación estricta de caudales bajos y un instrumento que pueda soportar altas temperaturas del agua. Los caudalímetros Coriolis y controladores de caudal CODA ofrecen una excepcional estabilidad de cero y una gran repetibilidad para garantizar una medición y un control de alta precisión de caudales ultra bajos desde 0.08 g/h hasta 300,000.00 g/h con temperaturas de hasta 70 ° C.

Tampoco requieren de una calibración anual, y dado que los sistemas de electrólisis tienen una vida útil de hasta 60.000 horas, esto puede equivaler a casi siete años de ahorro anual en comparación con otras soluciones de flujo másico.

Estos caudalímetros y controladores Coriolis también presentan una oportunidad de ahorro a medida que su proceso crece, ya que los modelos disponibles pueden cubrir una amplia gama de caudales. Además, son inherentemente resistentes a vibraciones externas y golpes evitando un bloqueo en la medida de caudal másico, lo que protege su proceso de costosas interrupciones.

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