En los últimos años el tema del hidrógeno verde y su producción ha comenzado a copar las noticias de ciencia y tecnología y nos han contado acerca de las ventajas y dificultades que existen entorno a su producción y los avances obtenidos para su uso cotidiano y comercial, sin embargo cuando vemos o leemos dicha información siempre nos hablan de los electrolizadores, sin dejarnos muy claro qué papel juegan en todo este proceso, hoy aprenderemos qué rol cumplen dentro de la cadena de producción de hidrógeno verde.
Antes de continuar, es importante que sepamos que esta tecnología no es nueva y se lleva desarrollando hace más de dos siglos, pues los mismos han sido conocidos desde el siglo XIX. Más exactamente en 1807, el químico francés Nicolas-Jacques Conte construyó un electroimán y lo utilizó para producir hidrógeno mediante electrólisis del agua. En 1832, el químico alemán Christian Friedrich Schönbein desarrolló un electrolizador más avanzado y lo utilizó para producir hidrógeno a gran escala. A partir de entonces, los electrolizadores han sido perfeccionados y mejorados, y se utilizan en una variedad de aplicaciones, incluyendo la producción de hidrógeno para uso como combustible en vehículos y la generación de energía eléctrica a través de pilas de combustible.
En esencia, los electrolizadores de hidrógeno son dispositivos que utilizan electricidad para separar el agua en sus componentes básicos: hidrógeno y oxígeno. El proceso se conoce como electrólisis y puede ser inversa, generando agua a partir de hidrógeno y oxígeno. Los electrolizadores de hidrógeno se utilizan en una variedad de aplicaciones, como la producción de hidrógeno para uso como combustible en vehículos y la generación de energía eléctrica a través de pilas de combustible.
La producción de hidrógeno a través de electrólisis del agua es considerada como una forma limpia y sostenible de obtener hidrógeno, ya que no emite gases de efecto invernadero y el único residuo resultante es agua. Sin embargo, el proceso aún no es viable comercialmente debido a los altos costos de la electricidad necesaria para el proceso.
Técnicamente hablando, un electrolizador consta de dos electrodos, uno positivo y otro negativo, que se sumergen en una solución de agua o en agua pura. Cuando se aplica electricidad a los electrodos, los iones de hidrógeno y oxígeno se separan en los electrodos respectivamente, formando burbujas de hidrógeno en el electrodo negativo (cátodo) y burbujas de oxígeno en el electrodo positivo (ánodo).
Existen diferentes tipos de electrolizadores, que varían en función del diseño y los materiales utilizados en los electrodos y en las membranas. Algunos de los tipos de electrolizadores más comunes son:
- Electrolizadores de membrana de intercambio iónico (MEI): Utilizan una membrana que permite que solo los iones de hidrógeno y oxígeno pasen a través de ella, lo que ayuda a aumentar la eficiencia del proceso.
- Electrolizadores de membrana de óxido sólido (SOEC): Utilizan una membrana de óxido sólido que permite que solo los iones de hidrógeno pasen a través de ella, lo que ayuda a aumentar la pureza del hidrógeno producido.
- Electrolizadores de ánodo de platino (Pt): Utilizan un ánodo de platino, que es muy resistente y duradero, lo que ayuda a aumentar la vida útil del electrolizador.
- Electrolizadores de ánodo de grafeno: Utilizan un ánodo de grafeno, que es un material conductor muy resistente y duradero, lo que ayuda a aumentar la eficiencia y la vida útil del electrolizador.
- Electrolizadores de líquido alcalino: Se utilizan para electrólisis de soluciones alcalinas como hidróxido de sodio (NaOH) o hidróxido de potasio (KOH)
Cada uno de estos tipos de electrolizadores tiene sus propias ventajas y desventajas, y el tipo adecuado para una aplicación específica dependerá de factores como el tamaño, la eficiencia, la pureza del hidrógeno producido y el costo.
Los electrolizadores de hidrógeno también se utilizan en la industria para producir hidrógeno para procesos químicos y en la purificación de metales. Además, están siendo estudiados para su uso en sistemas de almacenamiento de energía a gran escala, en los cuales el exceso de energía producida por fuentes renovables, como paneles solares y turbinas eólicas, se utiliza para producir hidrógeno, que luego se puede utilizar para generar electricidad cuando sea necesario.
Como podemos apreciar, los electrolizadores han estado entre nosotros desde hace mucho tiempo y sus aplicaciones son muy variadas, pudiéndonos encontrar con usos como:
- Los electrolizadores de hidrógeno se pueden utilizar para producir hidrógeno verde, que es hidrógeno producido a partir de fuentes de energía renovable, como la energía solar o eólica. Esto permite que el hidrógeno sea producido de manera sostenible y sin emisiones de gases de efecto invernadero.
- Los electrolizadores de hidrógeno pueden ser utilizados en conjunto con celdas de combustible para generar electricidad a través de un proceso conocido como generación de hidrógeno. En este proceso, el hidrógeno producido por el electrolizador se utiliza en una celda de combustible para generar electricidad.
- Los electrolizadores de hidrógeno también se utilizan en la industria para producir hidrógeno para procesos químicos, como la producción de metano y amoníaco.
- Los electrolizadores de hidrógeno se están investigando como una posible solución para el almacenamiento de energía a gran escala. El exceso de energía producida por fuentes renovables, como paneles solares y turbinas eólicas, se utiliza para producir hidrógeno, que luego se puede utilizar para generar electricidad cuando sea necesario.
- Los electrolizadores de hidrógeno también se utilizan en la purificación de metales, ya que el hidrógeno se utiliza para eliminar impurezas.
- Los electrolizadores de hidrógeno se están investigando como una posible solución para proporcionar hidrógeno a vehículos de cero emisiones, ya que el hidrógeno es un combustible limpio y renovable.
- Los electrolizadores de hidrógeno también se están investigando para su uso en aplicaciones espaciales, ya que el hidrógeno es un combustible de cohete eficiente y se puede producir en el espacio utilizando electrolisis del agua de los asteroides o satélites.
En resumen, los electrolizadores de hidrógeno son una tecnología clave en la producción de hidrógeno limpio y sostenible y su uso se está expandiendo en una variedad de aplicaciones, desde la producción de combustible para vehículos hasta la generación de energía eléctrica y el almacenamiento de energía. Aunque el proceso aún es costoso, se espera que los avances tecnológicos y la mayor demanda de hidrógeno limpio ayuden a reducir los costos a medida que esta tecnología continúa desarrollándose.
