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Electrolizadores 101: qué son

Electrolizadores 101: qué son, cómo funcionan y dónde encajan en una economía verde

A medida que Cummins mira hacia el futuro, vemos un cambio en el mercado energético. Con ese cambio, surgen nuevas posibilidades y oportunidades más allá de nuestro conjunto de productos tradicionales. Para servir mejor a nuestros clientes y a nuestro planeta, Cummins está innovando formas nuevas y sostenibles de energía y brindando una amplia gama de nuevas posibilidades a la cartera de productos de New Power, proporcionando una forma de producir hidrógeno limpio para alimentar celdas de combustible de hidrógeno, suministrar procesos industriales o producir productos químicos ecológicos como fertilizantes, gas natural renovable y metanol. 

Cummins ofrece una variedad de tecnologías basadas en hidrógeno, incluidos los sistemas de electrolizadores, y recientemente anunció que proporcionará su electrolizador PEM de 5 megavatios para convertir el excedente de energía hidroeléctrica en hidrógeno limpio para el Distrito de Servicios Públicos del Condado de Douglas en el estado de Washington (EE. UU.). Pero, ¿qué es exactamente un electrolizador, cómo funciona y dónde encaja en nuestra economía verde?

¿Qué es un electrolizador y cómo funciona?

Un electrolizador es un sistema que utiliza electricidad para descomponer el agua en hidrógeno y oxígeno en un proceso llamado electrólisis. A través de la electrólisis, el sistema electrolizador crea gas hidrógeno. El oxígeno que queda se libera a la atmósfera o se puede capturar o almacenar para suministrar otros procesos industriales o incluso gases médicos en algunos casos.

El gas hidrógeno puede almacenarse como gas comprimido o licuado, y dado que el hidrógeno es un portador de energía, puede usarse para alimentar cualquier aplicación eléctrica de celda de combustible de hidrógeno, ya sean trenes, autobuses, camiones o centros de datos. 

En su forma más básica, un electrolizador contiene un cátodo (carga negativa), un ánodo (carga positiva) y una membrana. Todo el sistema también contiene bombas, ventilaciones, tanques de almacenamiento, una fuente de alimentación, un separador y otros componentes. La electrólisis del agua es una reacción electroquímica que tiene lugar dentro de las pilas de celdas. Se aplica electricidad al ánodo y al cátodo a través de la membrana de intercambio de protones (PEM) y hace que el agua (H20) se divida en sus moléculas componentes, hidrógeno (H2) y oxígeno (O2)

¿Existen diferentes tipos de electrolizadores?

Sí, varían en tamaño y función. Estos electrolizadores se pueden escalar para cumplir con una variedad de rangos de entrada y salida, que varían en tamaño desde pequeñas plantas industriales instaladas en contenedores de envío hasta instalaciones de producción centralizada a gran escala que pueden entregar el hidrógeno en camiones o conectarse a tuberías.

Hay tres tipos principales de electrolizadores: membrana de intercambio de protones (PEM), óxido sólido y alcalino. Estos diferentes electrolizadores funcionan de formas ligeramente diferentes dependiendo del material electrolítico involucrado. Tanto los electrolizadores alcalinos como los PEM pueden suministrar hidrógeno en el lugar y bajo demanda, hidrógeno presurizado sin compresor e hidrógeno 99,999% puro, seco y libre de carbono.

La diferencia entre los tres tipos principales de electrolizadores incluye:

Electrolizadores alcalinos

  • Utiliza una solución líquida de electrolitos como hidróxido de potasio (KOH) o hidróxido de sodio (NAOH) y agua. 
  • El hidrógeno se produce en una «celda» que consta de un ánodo, un cátodo y una membrana. Las celdas se ensamblan típicamente en serie en una «pila de celdas» que produce más hidrógeno y oxígeno a medida que aumenta la cantidad de celdas. 
  • Cuando se aplica corriente en la pila de celdas, los iones de hidróxido (OH-) se mueven a través del electrolito desde el cátodo al ánodo de cada celda, con burbujas de gas hidrógeno generadas en el lado del cátodo del electrolizador y gas oxígeno en el ánodo, como representado aquí.

Electrolizadores de membrana de intercambio de protones (PEM)

  • Los electrolizadores PEM utilizan una membrana de intercambio de protones que utiliza un electrolito de polímero sólido.
  • Cuando se aplica corriente en la pila de celdas, el agua se divide en hidrógeno y oxígeno y los protones de hidrógeno pasan a través de la membrana para formar gas H2 en el lado del cátodo.

Electrolizadores de óxido sólido (SOEC) 

  • Utiliza material cerámico sólido como electrolito
  • Los electrones del circuito externo se combinan con agua en el cátodo para formar gas hidrógeno y cargar iones negativamente. El oxígeno luego pasa a través de la membrana de cerámica deslizada y reacciona en el ánodo para formar gas oxígeno y generar electrones para el circuito externo.
  • Los SOEC operan a una temperatura mucho más alta (por encima de 500 ° C) que los electrolizadores alcalinos y PEM (hasta 80 ° C) y tienen el potencial de volverse mucho más eficientes que los PEM y los alcalinos.

¿Cómo se comercializan los electrolizadores basados ​​en la producción de hidrógeno?

Hay cuatro formas principales en las que se pueden comercializar los electrolizadores:

  1. Potencia para la movilidad : el hidrógeno se puede utilizar como combustible en las estaciones de servicio para vehículos eléctricos de pila de combustible, como autobuses, trenes y automóviles.
  2. Power to Fuel : se utiliza en refinerías para eliminar el azufre de los combustibles fósiles. 
  3. Energía para la industria : se puede utilizar directamente como gas industrial en la industria del acero, plantas de vidrio plano, industria de semiconductores, etc. También se puede inyectar directamente en las redes de gas natural para calefacción con menos carbono y otras aplicaciones de gas natural.
  4. Power to Gas : se puede utilizar en la producción de productos químicos ecológicos como metanol, fertilizantes (amoníaco) y cualquier otro combustible líquido, ¡incluso combustible para aviones!  

Cummins Inc.

Cummins es un líder mundial en energía que diseña, fabrica, vende y da servicio a motores diesel y de combustible alternativo de 2.8 a 95 litros, grupos electrógenos diesel y de combustible alternativo de 2.5 a 3500 kW, así como componentes y tecnología relacionados. Cummins atiende a sus clientes a través de su red de 600 instalaciones de distribuidores independientes y de propiedad de la empresa y más de 7,200 ubicaciones de distribuidores en más de 190 países y territorios.

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