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Enhanced performance and cost-effective materials for long-term operation of PEM water electrolysers coupled to renewable power sources

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El hidrógeno de celdas de combustible mejoradas y las energías renovables suman fuerzas

El empleo de fuentes de energía renovables (FER) tales como la energía eólica con el propósito de suministrar electricidad para realizar la electrólisis del agua necesaria para la producción de hidrógeno supone una forma sostenible y eficiente de producción de energía mediante instalaciones de menor escala adecuadas para su uso doméstico.

Energía

Uno de los principales retos del siglo XXI consiste en conseguir satisfacer la demanda energética mundial de forma sostenible, logrando minimizar no sólo la dependencia de un mercado tan volátil como el de los combustibles fósiles, sino también los problemas derivados de las emisiones resultantes. No obstante, a fin de aprovechar al máximo el exceso de capacidad de producción eléctrica proveniente de FER para realizar la electrólisis del agua y la producción de hidrógeno de gran pureza, resulta imprescindible afrontar los retos que plantean las celdas de combustible PEM (membrana polimérica electrolítica) en términos de coste, rendimiento, estabilidad y eficiencia. El proyecto financiado por la UE ELECTROHYPEM (Enhanced performance and cost-effective materials for long-term operation of PEM water electrolysers coupled to renewable power sources) se puso en marcha con el fin de dar soporte a diversas aplicaciones residenciales y a una infraestructura de producción de hidrógeno descentralizada. El proyecto se centró en el desarrollo de membranas robustas y electrodos de baja carga de metales nobles sobre electrocatalizadores económicos. Los electrolitos poliméricos desarrollados por los socios del proyecto incluyeron membranas de hidrocarburos sulfonados y ionómeros perfluorosulfonato estabilizados químicamente de unas novedosas cadenas laterales cortas reforzadas, así como sus componentes con material de relleno orgánico. El objetivo fue que las membranas presentaran alta conductividad iónica, un amplio intervalo de temperatura funcional (hasta unos 150°C) y resistencia superior a la de las membranas convencionales. Además, se observó menos degradación mecánica bajo condiciones de alta presión. También se desarrollaron electrocatalizadores HER (reacción de evolución de hidrógeno) y OER (de oxígeno) de óxidos mixtos nanométricos de baja carga de metales nobles, además de nuevos electrocatalizadores de producción de oxígeno de metales no preciosos. Se validaron montajes de electrodos de membrana (MEA) grandes basados en estos componentes con prototipos de electrolizadores PEM. Todo ello se integró en un sistema y se evaluó su durabilidad bajo condiciones operativas estables así como en presencia de simuladores de condiciones intermitentes. ELECTROHYPEM abordó todas las barreras actuales al uso comercial generalizado de instalaciones que acoplen FER a sistemas de electrólisis del agua para producir hidrógeno. Las membranas y los electrocatalizadores de nuevo cuño contribuirán a mejorar de forma significativa el rendimiento y la durabilidad, así como a abaratar los costes.

Palabras clave

Fuentes de energía renovable, electrolisis, hidrógeno, celdas de combustible de membrana de electrolito polimérico, ELECTROHYPEM, electrocatálisis, ionómeros perfluorosulfonato, membranas de hidrocarburo sulfonado, montajes de electrodos de membrana

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