Electrólisis del agua PEM (membrana de intercambio de protones)La tecnología para la producción de hidrógeno ofrece numerosas ventajas, incluida una alta densidad de corriente operativa, adaptabilidad a las fluctuaciones de las energías renovables y una estructura compacta. Estas características lo hacen apto para una industrialización a gran escala. Sin embargo, para un desarrollo exitoso a gran escala, es crucial no sólo abordar los desafíos técnicos clave sino también considerar los aspectos económicos.
El "Plan a mediano y largo plazo para el desarrollo de la industria de la energía del hidrógeno (2021-2035)" de mi país enfatiza la necesidad de mejorar la eficiencia de conversión de la producción de hidrógeno a partir de fuentes de energía renovables y aumentar la producción de hidrógeno por unidad. Además, son esenciales los avances en tecnologías centrales relacionadas con la infraestructura de energía del hidrógeno.
El "14º Plan Quinquenal" del Ministerio de Ciencia y Tecnología, el Plan Nacional Clave de Investigación y Desarrollo para la "Tecnología de Energía de Hidrógeno" (2022) incluye varios temas relacionados con la producción de hidrógeno por electrólisis de agua PEM. Estos temas abarcan la tecnología de electrolizadores de membrana de intercambio de protones a escala de megavatios, electrolizadores de hidrógeno de alta presión para electrólisis de agua e investigación y desarrollo de tecnologías de sistemas clave para la producción de hidrógeno mediante electrólisis de agua de membranas de intercambio de protones.
El electrolizador, un componente clave del sistema de producción de hidrógeno por electrólisis de agua PEM, afecta significativamente el rendimiento general. Los esfuerzos actuales de desarrollo de productos se centran principalmente en la escala y el costo de la producción de hidrógeno.
Actualmente, sólo unos pocos fabricantes nacionales poseen la capacidad de producir equipos de electrólisis PEM y aún menos pueden desarrollar sistemas de producción de hidrógeno PEM a gran escala. En consecuencia, varios proyectos de producción de hidrógeno por electrólisis de agua PEM a gran escala prefieren equipos de empresas extranjeras.
En particular, algunas empresas e institutos de investigación nacionales han logrado el desarrollo de sistemas de producción de hidrógeno PEM con una escala de producción de hidrógeno de 200 Nm3/h.
Sin embargo, la industria nacional de producción de hidrógeno y agua por electrólisis PEM aún se encuentra en las primeras etapas de comercialización. En comparación con el método predominante de producción de hidrógeno en agua alcalina, el principal desafío que enfrenta la producción de hidrógeno PEM es su costo.
Un líder de la industria dijo: "Toda la cadena de suministro debe trabajar en conjunto para reducir los costos en el futuro. Para ser competitivo, el costo de la producción de hidrógeno en agua por electrólisis PEM debe reducirse a 1,5-2 veces el del hidrógeno en agua alcalina. producción a partir de hidrógeno verde."
Actualmente, existe una localización insuficiente de la cadena de suministro de producción de hidrógeno por electrólisis del agua. Los componentes centrales como placas bipolares, catalizadores, membranas de intercambio de protones y capas de difusión de gas plantean desafíos debido a limitaciones de costos. Si bien muchos proyectos nacionales de hidrógeno verde adoptan la tecnología de producción de hidrógeno por electrólisis PEM, el número de proyectos que siguen esta ruta sigue siendo limitado.
Dentro de toda la cadena de suministro de producción de hidrógeno por electrólisis de agua PEM, la membrana de intercambio de protones presenta el obstáculo más importante.
Según el representante de la industria, a diferencia de las pilas de combustible, las membranas de protones utilizadas predominantemente para la producción de hidrógeno mediante electrólisis del agua son membranas homogéneas de 115 y 117, con un espesor de 150-200 micras. Este espesor es relativamente mayor (8-10 micrones) en comparación con las membranas de protones de las pilas de combustible, lo que da como resultado una mayor tasa de hinchamiento y una posible deformación durante el recubrimiento. Por lo tanto, se requiere un diseño especializado para el equipo de recubrimiento de membrana de agua electrolítica y los electrodos de membrana de celda de combustible no pueden usarse directamente para este propósito.
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