Avances de la tecnología de producción de hidrógeno y análisis económico – Producción de hidrógeno en celda electrolítica alcalina

La producción de hidrógeno con pilas alcalinas es una tecnología de producción de hidrógeno electrolítico relativamente madura. La pila alcalina es segura y fiable, tiene una vida útil de 15 años y se ha utilizado ampliamente comercialmente. La eficiencia de trabajo de las pilas alcalinas es generalmente del 42% al 78%. En los últimos años las pilas electrolíticas alcalinas han avanzado en dos aspectos principales. Por un lado, se ha mejorado la eficiencia de las células y se han reducido los costes operativos asociados al consumo eléctrico. Por otro lado, la densidad de corriente operativa aumenta y el coste de inversión disminuye.

El principio de funcionamiento del electrolizador alcalino se muestra en la figura. La batería consta de dos electrodos separados por un diafragma hermético. El conjunto de la batería se sumerge en una alta concentración de electrolito líquido alcalino KOH (20% a 30%) para maximizar la conductividad iónica. Las soluciones de NaOH y NaCl también se pueden utilizar como electrolitos, pero no se utilizan habitualmente. La principal desventaja de los electrolitos es que son corrosivos. La celda funciona a una temperatura de 65 °C a 100 °C. El cátodo de la celda produce hidrógeno y el OH resultante fluye a través del diafragma hasta el ánodo, donde se recombina para producir oxígeno.

Las celdas electrolíticas alcalinas avanzadas son adecuadas para la producción de hidrógeno a gran escala. Las celdas electrolíticas alcalinas fabricadas por algunos fabricantes tienen una capacidad de producción de hidrógeno muy alta (500 ~ 760 Nm3/h), con un consumo de energía correspondiente de 2150 ~ 3534 kW. En la práctica, para evitar la creación de mezclas de gases inflamables, el rendimiento de hidrógeno se limita del 25 % al 100 % del rango nominal, la densidad de corriente máxima permitida es de aproximadamente 0,4 A/cm2, la temperatura de funcionamiento es de 5 a 100 °C. y la presión electrolítica máxima está cerca de 2,5 a 3,0 MPa. Cuando la presión electrolítica es demasiado alta, el coste de inversión aumenta y el riesgo de formación de mezclas de gases nocivos aumenta significativamente. Sin ningún dispositivo de purificación auxiliar, la pureza del hidrógeno producido por electrólisis de celdas alcalinas puede alcanzar el 99%. El agua electrolítica de la celda electrolítica alcalina debe ser pura, para proteger el electrodo y un funcionamiento seguro, la conductividad del agua es inferior a 5S/cm.