Eletrolisador de membrana de troca de prótons (PEM)

Os sistemas de tubulação de polímero da GF Piping Systems são projetados para dar suporte à operação eficiente dos eletrolisadores de membrana de troca de prótons (PEM) por meio de:

• Resistência química: os tubos de polímero são altamente resistentes aos efeitos corrosivos dos ambientes ácidos ou básicos nos quais os eletrolisadores PEM operam.
• Manutenção da pureza: eles evitam a contaminação da água ultrapura usada nos eletrolisadores PEM, garantindo um desempenho consistente e protegendo a integridade do eletrolisador.
• Flexibilidade e durabilidade: os tubos de polímero, como os feitos de polipropileno (PP) ou polivinilidenfluoreto (PVDF), são leves, flexíveis e duráveis, facilitando a instalação e a confiabilidade a longo prazo no manuseio da água de alta pureza e dos gases envolvidos no processo de eletrólise.
• Risco reduzido de contaminação: suas superfícies internas lisas ajudam a minimizar o risco de contaminação por partículas ou produtos químicos que poderiam afetar o desempenho do eletrolisador PEM.

Ao fornecer soluções de tubulação confiáveis, resistentes à corrosão e quimicamente compatíveis, os tubos de polímero da GF Piping Systems aumentam a eficiência e a longevidade dos eletrolisadores PEM.

O eletrolisador de membrana de troca de prótons (PEM) é um aparelho avançado projetado para a geração de hidrogênio por meio do processo de eletrólise da água. Nesse método, a água (H2O) passa por uma separação em hidrogênio (H2) e oxigênio (O2) com a aplicação de eletricidade. A característica distintiva do eletrolisador PEM está no uso de um eletrólito de polímero sólido, ou a Membrana de Troca de Prótons, que facilita a condução de prótons (íons de hidrogênio com carga positiva) do ânodo para o cátodo, enquanto impede o fluxo de elétrons. Esse processo gera gás hidrogênio puro no cátodo e gás oxigênio no ânodo.

Ele é particularmente adequado para aplicações que exigem a produção de hidrogênio puro, principalmente no âmbito das células de combustível para armazenamento de energia, transporte e utilização industrial.

O desempenho e a longevidade dos eletrolisadores de membrana de troca de prótons (PEM) dependem da qualidade da água usada que é alimentada. Níveis elevados de carbono orgânico total ( COT*) podem comprometer os catalisadores e a membrana, reduzindo potencialmente a vida útil operacional e, portanto, aumentando o custo do hidrogênio.

É essencial priorizar o uso de materiais de alta qualidade, como o PP-H, e implementar métodos avançados de purificação para minimizar o risco de impurezas. Níveis elevados de COT* no abastecimento de água podem resultar na geração de subprodutos indesejáveis durante o processo de eletrólise. Esses subprodutos podem contribuir para a degradação do material e para a redução da eficiência operacional. 1

Portanto, é fundamental selecionar materiais com resistência à degradação química e à lixiviação para proteger a integridade do sistema do eletrolisador.

1. Hans Becker et al. (Artigo de revisão) Sustainable Energy Fuels, 2023, 7, 1565-1603. DOI: 10.1039/D2SE01517J, Impact of impurities on water electrolysis: a review - Sustainable Energy & Fuels (RSC Publishing) DOI:10.1039/D2SE01517J

*Definição de COT: O carbono orgânico total (COT) mede a quantidade de carbono orgânico presente na água, representando a concentração total de moléculas orgânicas que podem potencialmente contaminar o sistema. É um parâmetro essencial para avaliar a pureza da água, especialmente em aplicações como a eletrólise PEM, em que as impurezas podem afetar significativamente a eficiência e a longevidade do sistema.

A purificação da água pode ser um fator de custo significativo na produção de hidrogênio verde. Por exemplo, a purificação da água deionizada pode representar até 22% do custo total do balanço da planta (BoP) de um sistema PEM WE de 1 MW. Esse custo permanece relativamente estável, independentemente do tamanho do sistema ou da taxa de produção, o que o torna fundamental para aumentar a produção de hidrogênio. A pureza da água é essencial para os eletrolisadores, já que as impurezas degradam a membrana e o catalisador nos eletrolisadores PEM, reduzindo a eficiência e aumentando os custos, o que acaba encurtando a vida útil da pilha. 1

Os fabricantes de OEM enfrentam desafios como garantir a pureza consistente da água, gerenciar o custo dos sistemas de purificação de água e atenuar o impacto das impurezas no desempenho e na vida útil do eletrolisador. Esses desafios exigem tecnologias robustas de purificação de água e materiais que possam manter altos níveis de pureza.

Polímeros como o homopolímero de polipropileno (PP-H) e o fluoreto de polivinilideno (PVDF) são usados para a água ultrapura porque são altamente resistentes à corrosão. Eles não liberam impurezas na água, garantindo que a pureza da água permaneça alta. Além disso, são duráveis e podem suportar as condições adversas do sistema do eletrolisador.

1. Hans Becker et al. (Artigo de revisão) Sustainable Energy Fuels, 2023, 7, 1565-1603. DOI: 10.1039/D2SE01517J, Impact of impurities on water electrolysis: a review - Sustainable Energy & Fuels (RSC Publishing) DOI:10.1039/D2SE01517J
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