Electrolizador de Membrana de Intercambio de Protones (PEM)

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

Aplicación

Los tuberías de polímero apoyan la eficiencia y longevidad de los electrolizadores

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

La eficiencia y la vida útil de los sistemas de electrólisis PEM dependen altamente de la calidad del agua de entrada. El agua de alta pureza es esencial para prevenir la contaminación de la membrana y asegurar un rendimiento óptimo. El polipropileno PP-H es un material ideal usado 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, haciéndolo 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 de Protones (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 la Pureza: Previenen la contaminación del agua ultrapura utilizada en los electrolizadores PEM, asegurando un rendimiento constante y protegiendo la integridad del electrolizador.
  • Flexibilidad y Durabilidad: Las tuberías de polímero, como las hechas de polipropileno (PP) o Fluoruro de Polivinilideno (PVDF), son ligeras, flexibles y duraderas, facilitando una instalación más sencilla y confiabilidad a largo plazo en la manipulación del agua y gases de alta pureza involucrados en el proceso de electrólisis.
  • Reducción del Riesgo de Contaminación: Sus superficies internas lisas ayudan a minimizar el riesgo de contaminación por partículas o productos químicos que podrían afectar el rendimiento del electrolizador PEM.

Al proporcionar soluciones de tuberías 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 de Protones (PEM) y cómo funciona?

El electrolizador de Membrana de Intercambio de Protones (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 sólido de polímero, o la Membrana de Intercambio de Protones, facilitando la conducción de protones (iones de hidrógeno cargados positivamente) del ánodo al cátodo mientras impide el flujo de electrones. Este proceso genera gas hidrógeno puro en el cátodo y gas oxígeno en el ánodo.

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

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

El rendimiento y la longevidad de los electrolizadores de Membrana de Intercambio de Protones (PEM) dependen de la calidad del agua que se introduce. Niveles elevados de Carbono Orgánico Total (COT*) pueden comprometer los catalizadores y la membrana, reduciendo potencialmente la vida 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 no deseados durante el proceso de electrólisis. Estos subproductos pueden contribuir a la degradación de los materiales y a una reducción en la eficiencia operativa. 1

Por lo tanto, es vital seleccionar materiales con resistencia a la degradación química y lixiviado para proteger 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 potencialmente 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 afecta la purificación del agua a 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 componer hasta el 22% del costo total de balance de planta (BoP) de un sistema PEM WE de 1 MW. Este costo se mantiene relativamente estable independientemente del tamaño del sistema o del tasa de producción, lo que lo convierte en clave para escalar la producción de hidrógeno. La pureza del agua es esencial para los electrolizadores, 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 del módulo. 1

Los fabricantes de OEM enfrentan desafíos como garantizar la 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 y materiales robustos de purificación de agua 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 al agua, asegurando que la pureza del agua se mantenga alta. Además, 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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