Electrolizador de Membrana de Intercambio Protónico (PEM)

Sistemas de tuberías de polímero sin corrosión y de alta pureza para garantizar un rendimiento constante del electrolizador PEM.

Aplicación

Los Tubos de Polímero Apoyan la Eficiencia y Longevidad de los Electrolizadores

PEM (Membrana de Intercambio Protónico) el electrolizador utiliza una membrana de intercambio protónico y un electrolito polimérico sólido para dividir eficientemente el agua en hidrógeno y oxígeno. Cuando se aplica una corriente, los protones de hidrógeno pasan a través de la membrana, formando gas de hidrógeno en el lado del cátodo. El rango de temperatura para la electrólisis PEM típicamente abarca desde 50°C hasta 80°C, con presiones de operación que van desde la presión ambiental hasta 30 bar.

La eficiencia y la vida útil de los sistemas de electrólisis PEM dependen en gran medida de la calidad del agua de entrada. El agua de alta pureza es esencial para prevenir la contaminación de la membrana y garantizar un rendimiento óptimo. El polipropileno PP-H es un material ideal utilizado en estos sistemas debido a su excelente resistencia química, resistencia mecánica y capacidad para mantener la integridad bajo las condiciones específicas de temperatura y presión de la electrólisis PEM. Asegurar la pureza del agua de entrada ayuda a maximizar la eficiencia y longevidad del electrolizador, lo que lo convierte en un factor crítico en la efectividad general de la producción de hidrógeno.

Preguntas Frecuentes

¿Cómo se integran los sistemas de tuberías de polímero de GF Piping Systems con los electrolizadores PEM?

Los sistemas de tuberías de polímero de GF Piping Systems están diseñados para apoyar la operación eficiente de los electrolizadores de Membrana de Intercambio Protónico (PEM) a través de:

  • Resistencia Química: Las tuberías de polímero son altamente resistentes a los efectos corrosivos de los entornos ácidos o básicos en los que operan los electrolizadores PEM.
  • Mantenimiento de Pureza: Previenen la contaminación del agua ultrapura utilizada en los electrolizadores PEM, asegurando un rendimiento consistente y protegiendo la integridad del electrolizador.
  • Flexibilidad y Durabilidad: Las tuberías de polímero, como las hechas de polipropileno (PP) o Polivinilidenfluoruro (PVDF), son ligeras, flexibles y duraderas, facilitando una instalación más fácil y confiabilidad a largo plazo en el manejo del agua y gases de alta pureza involucrados en el proceso de electrólisis.
  • Reducción del Riesgo de Contaminación: Sus superficies internas suaves ayudan a minimizar el riesgo de contaminación por partículas o productos químicos que podrían afectar el rendimiento del electrolizador PEM.

Al proporcionar soluciones de tubería confiables, resistentes a la corrosión y químicamente compatibles, las tuberías de polímero de GF Piping Systems mejoran la eficiencia y longevidad de los electrolizadores PEM.

¿Qué es un electrolizador de Membrana de Intercambio Protónico (PEM) y cómo funciona?

El electrolizador de Membrana de Intercambio Protónico (PEM) constituye un aparato avanzado diseñado para la generación de hidrógeno a través del proceso de electrólisis del agua. En este método, el agua (H2O) se separa en hidrógeno (H2) y oxígeno (O2) con la aplicación de electricidad. La característica distintiva del electrolizador PEM radica en su uso de un electrolito polimérico sólido, o la Membrana de Intercambio Protónico, que facilita la conducción de protones (iones de hidrógeno cargados positivamente) desde el ánodo al cátodo mientras impide el flujo de electrones. Este proceso genera gas de hidrógeno puro en el cátodo y gas de oxígeno en el ánodo.

Es particularmente adecuado para aplicaciones que requieren la producción de hidrógeno puro, particularmente en el ámbito de celdas de combustible para almacenamiento de energía, transporte y utilización industrial.

¿Por qué es particularmente importante la medición del Carbono Orgánico Total (COT) para los electrolizadores PEM?

El rendimiento y la longevidad de los electrolizadores de Membrana de Intercambio Protónico (PEM) dependen de la calidad del agua que se alimenta. Niveles elevados de Carbono Orgánico Total (COT*) pueden comprometer los catalizadores y la membrana, potencialmente reduciendo la vida útil operativa y aumentando así el costo del hidrógeno.

Es esencial priorizar el uso de materiales de alta calidad como el PP-H e implementar métodos de purificación avanzados para minimizar el riesgo de impurezas. Niveles elevados de COT* en el suministro de agua pueden resultar en la generación de subproductos indeseables durante el proceso de electrólisis. Estos subproductos pueden contribuir a la degradación del material y a una reducción de la eficiencia operativa. 1

Por lo tanto, es vital seleccionar materiales con resistencia a la degradación química y a la lixiviación para salvaguardar la integridad del sistema del electrolizador.

1. Hans Becker et al. (Artículo de Revisión) Sustainable Energy Fuels, 2023, 7, 1565-1603. DOI: 10.1039/D2SE01517J, Impacto de impurezas en la electrólisis del agua: una revisión - Sustainable Energy & Fuels (RSC Publishing) DOI:10.1039/D2SE01517J

*Definición de COT: El Carbono Orgánico Total (COT) mide la cantidad de carbono orgánico presente en el agua, representando la concentración total de moléculas orgánicas que pueden contaminar el sistema. Es un parámetro crítico en la evaluación de la pureza del agua, especialmente en aplicaciones como la electrólisis PEM, donde las impurezas pueden impactar significativamente la eficiencia y longevidad del sistema.

¿Cómo impacta la purificación del agua en la producción de hidrógeno verde?

La purificación del agua puede ser un factor de costo significativo en la producción de hidrógeno verde. Por ejemplo, la purificación de agua desionizada puede representar hasta el 22% del costo total del balance de planta (BoP) de un sistema PEM WE de 1 MW. Este costo se mantiene relativamente estable independientemente del tamaño del sistema o la tasa de producción, lo que lo convierte en clave para escalar la producción de hidrógeno. La pureza del agua es esencial para los electrólitos, ya que las impurezas degradan la membrana y el catalizador en los electrolizadores PEM, reduciendo la eficiencia y aumentando los costos, acortando en última instancia la vida útil de la pila. 1

Los fabricantes de OEM enfrentan desafíos como asegurar una pureza constante del agua, gestionar el costo de los sistemas de purificación de agua, y mitigar el impacto de las impurezas en el rendimiento y la vida útil del electrolizador. Estos desafíos requieren tecnologías de purificación de agua robustas y materiales que puedan mantener altos niveles de pureza.

Polímeros como el Homopolímero de Polipropileno (PP-H) y el Fluoruro de Polivinilideno (PVDF) se utilizan para el agua ultrapura porque son altamente resistentes a la corrosión. No lixivian impurezas en el agua, asegurando que la pureza del agua se mantenga alta. Adicionalmente, son duraderos y pueden soportar las duras condiciones dentro del sistema del electrolizador.

1. Hans Becker et al. (Artículo de Revisión) Sustainable Energy Fuels, 2023, 7, 1565-1603. DOI: 10.1039/D2SE01517J, Impacto de impurezas en la electrólisis del agua: una revisión - Sustainable Energy & Fuels (RSC Publishing) DOI:10.1039/D2SE01517J
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