Un electrolizador es un dispositivo o equipo utilizado para llevar a cabo un proceso llamado electrólisis, que es una reacción química que ocurre cuando se pasa una corriente eléctrica a través de una sustancia líquida o disuelta en agua, conocida como electrolito. Electrolizador es clave en la transición energética que tenemos que tener para garantizar un futuro energético del planeta.
En este artículo vamos a contarte qué es un electrolizador, sus características, tipos y mucho más.
Qué es un electrolizador
El electrolizador consta típicamente de dos electrodos sumergidos en el electrolito, uno llamado ánodo y el otro cátodo. Estos electrodos están conectados a una fuente de energía eléctrica, como una batería o un generador. Al aplicar una corriente eléctrica continua al electrolito a través de los electrodos, ocurre la electrólisis.
Durante el proceso de electrólisis, los iones presentes en el electrolito se descomponen en sus elementos constituyentes mediante reacciones químicas. En el ánodo, los iones negativos, conocidos como aniones, pierden electrones y forman sustancias gaseosas, mientras que en el cátodo, los iones positivos, llamados cationes, ganan electrones y también forman sustancias gaseosas. Estos gases producidos son típicamente hidrógeno y oxígeno.
El electrolizador se utiliza principalmente para la producción de hidrógeno, que es un gas limpio y versátil utilizado en diversas aplicaciones. El hidrógeno producido por el electrolizador puede ser utilizado como combustible en pilas de combustible para generar electricidad, como materia prima en la producción de amoníaco y otros productos químicos, o incluso como un medio de almacenamiento de energía renovable.
El proceso de electrólisis en un electrolizador requiere de una fuente de energía externa para impulsar la reacción. Esta fuente de energía puede ser eléctrica, pero también podría ser solar, eólica u otra forma de energía renovable, lo que permite que la producción de hidrógeno a través del electrolizador sea una alternativa sostenible a los combustibles fósiles, de ahí la importancia que tiene electrolizador en la transición energética.
Ventajas
Algunas ventajas de usar electrolizadores son:
- El hidrógeno producido es muy puro.
- Se puede producir donde y cuando se necesite usar, y no necesariamente se tiene que almacenar.
- Este es un método mucho más económico que el suministro de gas desde cilindros de alta presión.
Hay suficientes recursos naturales solares y eólicos en todo el mundo para producir todo el hidrógeno necesario para aplicaciones estacionarias, portátiles y de transporte. La electrólisis tiene el potencial de cumplir con los requisitos de muchos gobiernos de todo el mundo.
Tipo de electrolizadores
Hay muchas formas de construir y configurar un electrolizador y, al igual que una celda de combustible, se pueden usar diferentes electrolitos. Son muchos los tipos de electrolizadores que podemos encontrar:
Electrolizador alcalino
El electrolizador alcalino es la tecnología más madura en la actualidad. Su característica principal es que tienen un electrolito líquido y mediante un separador (normalmente Hidróxido de Potasio (KOH) o Hidróxido de Sodio (NaOH)) creamos una separación de gases entre el lado del cátodo y el lado del ánodo.
Los electrolizadores consumen aproximadamente 5 kW por metro cúbico nominal de hidrógeno producido. Operan a densidades de corriente relativamente bajas de 200 a 600 microamperios por centímetro cuadrado. Los electrolizadores alcalinos funcionan bien a temperaturas de funcionamiento de 25 a 100 °C y presiones de 1 a 30 bar, respectivamente.
Actualmente es la solución comercial más madura y la más barata de fabricar. Suele rondar los 1.000 euros por kilovatio consumido. La principal ventaja es que la tecnología está trabajada ya y se conoce bien. La principal desventaja es que el electrolito que utilizan es un electrolito líquido, por lo que el diseño no es compacto y no responden rápidamente a los cambios de potencia, por lo que no se consideran la mejor opción para combinar con energías renovables.
Electrolizador de membrana polimérica
Los electrolizadores basados en membranas de electrolito polimérico (PEM) son muy populares y muchos electrolizadores modernos se construyen con tecnología PEM. Los electrolizadores PEM utilizan el mismo tipo de electrolito que las pilas de combustible PEM.
Los electrolitos son membranas conductoras de iones sólidas y delgadas que se utilizan en lugar de soluciones acuosas. Estos electrolizadores tienen un diseño bipolar y pueden operar con una alta presión diferencial a través de la membrana.
Los electrolizadores PEM son populares porque muchos de los problemas típicos con las celdas de combustible PEM no se aplican. El agua suministrada al cátodo también se puede usar fácilmente para enfriar la batería y la gestión del agua es más fácil ya que el cátodo debe llenarse con agua. El hidrógeno producido por este electrolizador es de alta pureza. El único problema es la presencia de vapor de agua en el sistema. Al igual que en una celda de combustible, el agua se difunde a través del electrolito, por lo que los diseñadores de electrolitos utilizan varias técnicas para prevenir este fenómeno.
Un enfoque común es usar un electrolito más espeso que el que se usa en las celdas de combustible. Estos electrolizadores ahora responden mejor a los cambios de energía, lo que los convierte en una excelente opción para la integración con fuentes de energía renovable.
Aparte de los costes de fabricación, la principal desventaja es que ambas reacciones utilizan metales nobles como catalizadores.
Electrolizador de estado sólido
Se encuentran en un estado menos desarrollado y más a nivel de laboratorio. La característica principal de estos electrolizadores es que trabajan a altas temperaturas. Son hasta un 95% eficientes. Debido a que trabajan a altas temperaturas, consumen menos energía, alrededor de tres kilovatios-hora. Pero requieren energía adicional para alcanzar la temperatura necesaria para producir la reacción. También operan a densidades de corriente bastante altas.
Una de sus desventajas es que no puede trabajar a alta presión, la presión máxima de trabajo es de unos 5000 bar. Cuando se trata de trabajar a altas temperaturas, hay muy pocos materiales que puedan hacerlo, y tanto el electrolito como los electrodos están hechos únicamente de cerámicas complejas.
Electrolizador de membrana de intercambio aniónico
El menos desarrollado es el electrolizador de membrana amniótica. A pesar de las propiedades muy prometedoras que presenta, la eficiencia actual es baja, alrededor del 50%. Solo pueden trabajar a una presión máxima de 30 bar.
Su principal ventaja es que no requieren catalizadores basados en metales nobles. Pueden trabajar con metales tradicionales, lo que los hace muy prometedores a largo plazo.
Espero que con esta información puedan conocer más sobre qué es un electrolizador y sus características.