El proceso más empleado para obtener hidrógeno puro a partir del agua es la electrólisis. El proceso consiste en romper el agua usando electricidad, y esto se consigue mediante unos equipos mécanicos denominados electrolizadores de hidrógeno.
El electrolizador de hidrógeno es un aparato que permite producir hidrógeno mediante un proceso químico de electrólisis. De esta forma, es capaz de separar las moléculas de hidrógeno y oxígeno de las que se compone el agua usando electricidad.
Los tipos de electrolizadores de hidrógeno
La tecnología de la electrólisis actualmente está muy desarrollada y continua lel I+D+i para ofrecer mejores rendimientos y reducir el precio de fabricación. Existen una gran cantidad de electrolizadores de hidrógeno de distintos tipos en el mercado. Hay dos que destacan sobre el resto, estos son:
Electrolizador de membrana polimérica (PEM)
Actualmente, es el equipo más fabricado para la obtención de hidrógeno puro. Son adecuados para aplicaciones a pequeña o media escala, tales como alimentación de coches o aplicaciones más pequeñas, donde la unidad puede ser utilizada para producir Hidrógeno utilizando una fuente de energía renovable como la solar.
Estos electrolizadores pueden verse muy beneficiados por el desarrollo técnico que se está llevando a cabo sobre las pilas de combustible PEM y de su producción en masa. Actualmente ya se están vendiendo algunos modelos de electrolizadores PEM, a pesar de ser una tecnología relativamente muy nueva comparada con los electrolizadores alcalinos. Se espera que la eficiencia de los electrolizadores PEM pueda llegar hasta el 94%, pero por ahora esto es algo teórico.
Los electrolizadores PEM funcionan bien para sistemas de energías renovables donde el suministro de energía es muy variable. Hay más plantas en funcionamiento de este tipo de electrolizadores, lo que facilita saber cuánto consume un electrolizador.
Generalmente los electrolizadores PEM son más adecuados para plantas pequeñas, especialmente aquellas que tienen una salida variable, mientras que los electrolizadores alcalinos son claramente mejores para grandes plantas que están conectadas a la red de energía.
Electrolizador de hidrógeno alcalino líquido
Son los preferidos para la producción de Hidrógeno a gran escala debido a que la tecnología funciona bien a grandes escalas. En los electrolizadores alcalinos se utiliza un electrolito líquido (típicamente una solución del 25% de hidróxido de potasio). Estos electrolizadores han llegado a alcanzar una eficiencia del 80%.
La tecnología mas prometedora en electrolizadores de hidrógeno
Los electrolizadores de hidrógeno de óxido sólido constituyen una nueva tecnología para la producción de hidrógeno verde. Los conocidos, como electrolizadores SOEC, tienen importantes ventajas frente a otras tecnologías utilizadas en la actualidad. Esta tecnología se encuentra en fase de demostración comercial a gran escala y ofrece unos rendimientos espectaculares. Sin emabargo, aun necesita ciertos avances para su desarrollo comercial.
Los países líderes en hidrógeno están invirtiendo grandes cantidades de dinero para acelerar el desarrollo de esta tecnología, que consideran puede ser la clave para reducir el coste de generación de hidrógeno puro.
Electrolizador de estado sólido
Es un sistema sólido que trabaja a altas temperaturas (500-1000 °C). El electrolito es un conductor de iones oxígeno (O2-). La eficiencia energética es prácticamente del 100%, 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 y no se ajusta a los requerimientos de las energías renovables debido a estas temperaturas. Esta condición puede ser una ventaja si se acopla a sistemas en los que se libere calor y éste se pueda utilizar.
Este tipo de electrolizadores permiten producir hidrógeno verde a un coste inferior al de cualquier otra alternativa existente en el mercado. Gracias a las altas temperaturas a la que se produce la reacción electroquímica en la tecnología SOEC en comparación con las tecnologías PEM o alcalina, el electrolizador de hidrógeno de estado sólido permite alcanzar un mayor rendimiento y con un 15% menos de consumo eléctrico que las otras tecnologías.
Esta ventaja diferencial puede llegar a más del 30% cuando el emplazamiento permite disponer de energía térmica residual, lo que suele ser común en proyectos asociados a instalaciones industriales.
Los electrolizadores de hidrógeno con mayor crecimiento
Recientemente, se ha publicado el informe de IDTechEx: «Producción de hidrógeno verde: mercados de electrolizadores 2023-2033«. En este documento se explica que el mercado de electrolizadores de agua superará los 120.000 millones de dólares en 2033.
Según el informe durante el 2023 se espera un gran desarrollo de los siguientes tipos:
✅ El electrolizador alcalino (AEL). Son los más comercializados, con grandes fabricantes en China y Europa. Entre ellos, Auyun, LONGi Hydrogen, John Cockerill y Thyssenkrupp.
✅ Electrolizador de membrana de intercambio de polímeros o de intercambio de protones (PEMEL). Son más caros y están en una fase más temprana de comercialización. Pero se espera que ganen cuota de mercado a medida que disminuyan los costes de capital. Además, cuentas con características de rendimiento favorables en comparación con los sistemas alcalinos. Entre ellas, mayor densidad de potencia y de rango dinámico. Los fabricantes de pilas y sistemas PEM están repartidos por China, EE.UU. y Europa.
✅ El electrolizador de óxido sólido (SOEL). Representan el último tipo principal de electrolizador. Funcionan a altas temperaturas y ofrecen una mayor eficiencia total. Actualmente son más caros, tienen una vida útil más corta y se encuentran en las primeras fases de comercialización.
En este informe de IDTechEx, además encontramos los siguientes contenidos:
✔ Tecnología de electrolizadores: alcalino; PEM; óxido sólido
✔ Análisis de costes
✔ Análisis del mercado
✔ Actores clave
✔ Capacidad de producción
✔ Objetivos regionales
✔ Normativa e impacto político
✔ Previsiones del mercado de electrolizadores e hidrógeno verde.
