Language
Country/Area
No result found
Un milagro sin catalizadores de metales preciosos: ¿cómo logra la electrólisis AEM una producción rentable de hidrógeno?
A medida que aumenta la demanda mundial de energía renovable, el potencial del hidrógeno como fuente de energía limpia ha atraído mucha atención. Sin embargo, los métodos tradicionales de producción de hidrógeno a menudo requieren catalizadores de metales preciosos de alto costo, lo que hasta cierto punto restringe la aplicación generalizada del hidrógeno. Recientemente, el auge de la tecnología de electrólisis de membrana de intercambio aniónico (AEM) ha abierto vías nuevas y rentables para la producción de hidrógeno.
Ventajas técnicasLa electrólisis AEM es una tecnología que utiliza una membrana semipermeable para conducir iones de hidróxido (OH−) para realizar la electrólisis del agua.
La mayor ventaja de la electrólisis AEM es que puede utilizar catalizadores de metales de transición de bajo costo en lugar de catalizadores de metales preciosos costosos. Esto contrasta con la electrólisis de membrana de intercambio de protones (PEM), que depende de metales raros como el platino y el rutenio como catalizadores, lo que hace que la tecnología PEM no sea económicamente viable. Por ejemplo, se espera que un electrolizador PEM de 100 MW requiera 150 kg de rutenio, lo que resultaría en un costo de aproximadamente 7 millones de dólares.
Los electrodos del electrolizador AEM pueden funcionar en agua pura o en soluciones ligeramente alcalinas (como 0,1-1 M KOH/NaOH), lo que reduce el riesgo de fugas.
En comparación con la tecnología tradicional de electrólisis de agua alcalina (AWE), la electrólisis AEM tiene mayor flexibilidad y mejora la utilización del catalizador. El informe afirma que el requisito de voltaje para el electrolizador AEM cuando funciona con un suministro de agua pura sin catalizadores de metales preciosos es de 1,8 voltios, mientras que solo se requieren 1,57 voltios cuando se utiliza una solución de KOH 1M. Esto demuestra que el electrolizador AEM tiene un buen rendimiento en eficiencia energética.
Desafíos actuales
Aunque la tecnología de electrólisis AEM muestra un gran potencial, aún enfrenta algunos desafíos, especialmente en términos de durabilidad. A través de una revisión de la literatura, se encontró que la durabilidad de los electrolizadores AEM actuales en ausencia de catalizadores de metales preciosos se concentra principalmente entre 2000 horas y 7000 horas. Esto es relativamente inadecuado en comparación con la vida útil de entre 20.000 y 80.000 horas de un electrolizador PEM.
La tecnología de electrólisis AEM aún se encuentra en las primeras etapas de investigación y desarrollo y carece de literatura en comparación con la tecnología de electrólisis PEM comercial.
Además de los problemas de durabilidad, la estabilidad química del AEM también es una preocupación porque es muy sensible al ataque de los iones de hidróxido. Por lo tanto, las investigaciones futuras deben fortalecer la mejora de los materiales de membrana y buscar diseños AQE que aumenten la conductividad y la resistencia a altas temperaturas.
Principios científicos
El proceso de reacción en la electrólisis AEM es igualmente complejo. La reacción de evolución de oxígeno (OER) requiere cuatro electrones para generar una molécula de oxígeno. El proceso de múltiples pasos de esta reacción genera una barrera de alta energía, que a su vez aumenta la sobretensión requerida para la reacción. Además, la cinética de la reacción de evolución de hidrógeno (HER) es más lenta en soluciones alcalinas que en soluciones ácidas debido a la participación de un paso adicional de disociación de protones en entornos alcalinos.
Perspectivas de futuro
La aplicación exitosa de la tecnología de electrólisis AEM requiere no solo un mejor desarrollo de materiales, sino también colaboración dentro de la industria para resolver los desafíos actuales. En este proceso, encontrar catalizadores adecuados y mejorar la durabilidad y estabilidad de la membrana serán factores clave.
La promoción de tecnologías de producción de hidrógeno de bajo coste y alta eficiencia será fundamental para el desarrollo futuro de la energía sostenible.
Con la innovación continua de la tecnología de producción de hidrógeno, ¿podemos confiar en la tecnología de electrólisis AEM para remodelar el panorama energético global?
