Jornadas sobre hidrogeno Electrolizadores alcalinos, pilas de combustible PEM, SOEC, otras y siste

Electrolizadores alcalinos, pilas de combustible y sistemas de alta temperatura

Resumen de la sección: En esta tercera sesión del webinar sobre hidrógeno, los ponentes hablarán sobre electrolizadores alcalinos, pilas de combustible y sistemas de alta temperatura. Se centrarán en las vías renovables para la producción de hidrógeno y explicarán cómo funciona un electrolizador.

Producción de hidrógeno mediante electrólisis

• La electrólisis es una forma de producir hidrógeno a partir del agua.

• Hay tres tipos principales: la electrólisis alcalina, la PEM (membrana polimérica) y la SOEC (electrólisis sólido-óxido).

• En esta sesión se hablará principalmente sobre la electrólisis alcalina.

¿Qué es un electrolizador?

• Un electrolizador es un reactor químico que convierte el agua en hidrógeno y oxígeno mediante el uso de electricidad.

• El agua entra en el electrolizador como flujo continuo y sale como productos gaseosos.

• Si el agua no es pura, pueden aparecer otros subproductos.

Electrólisis alcalina

• La electrólisis alcalina utiliza una solución acuosa básica como electrolito.

• Los electrodos son generalmente placas planas o tubulares hechas de níquel o acero inoxidable recubiertos con catalizadores activos.

• La eficiencia energética puede ser alta si se utilizan fuentes renovables para generar electricidad.

Aspectos prácticos de los electrolizadores

• Los electrolizadores pueden ser de diferentes tamaños, desde pequeños dispositivos de mesa hasta grandes plantas industriales.

• El tamaño y la capacidad del electrolizador dependen de la cantidad de hidrógeno que se quiera producir.

• La tecnología de membranas es importante para separar el hidrógeno y el oxígeno.

Introducción a la tecnología de electrólisis

Resumen de la sección: En esta sección, el presentador introduce los tres aspectos principales que se abordarán en la charla sobre la tecnología de electrólisis: la composición del reactor, el origen de la electricidad utilizada y el origen del agua utilizada.

Composición del reactor

• El reactor contiene un miembro en el electrodo llamado MEA.

• El MEA es una membrana electro conductora que contiene catalizadores de banda y banda.

• La naturaleza y composición del MEA son importantes para el funcionamiento del reactor.

Origen de la electricidad utilizada

• La electricidad utilizada para hacer la electrólisis debe ser verde y generada con energía renovable.

• Si no se utiliza electricidad renovable, no se puede hablar de hidrógeno verde.

Origen del agua utilizada

• En los laboratorios, generalmente se utiliza agua pura para hacer extracciones químicas.

• Sin embargo, en las plantas a gran escala, el agua no es pura y esto puede afectar al proceso de electrólisis.

Funcionamiento del electrolizador y pila de combustible

Resumen de la sección: En esta sección, el presentador explica cómo funciona un electrolizador y una pila de combustible. Ambos dispositivos tienen los mismos componentes pero trabajan en direcciones opuestas.

Electrolizador

• El electrolizador convierte el agua en dos gases: hidrógeno y oxígeno.

• Los gases se obtienen mediante la electrólisis del agua.

• El electrolizador funciona en una dirección.

Pila de combustible

• La pila de combustible convierte el hidrógeno y el oxígeno en electricidad y agua.

• Los protones atraviesan la membrana en dirección opuesta a la del electrolizador.

• La pila de combustible funciona en dirección opuesta al electrolizador.

Composición del MEA

Resumen de la sección: En esta sección, el presentador describe con más detalle la composición del MEA.

Membrana electro conductora

• La membrana es el miembro principal del MEA.

• Es transportadora de protones.

Catalizadores de banda y banda

• Los catalizadores son compuestos de óxido metálico dispersos en un material carbonoso activo.

• Están situados entre las bandas anódicas y catódicas.

Imagen real del MEA

• Se muestra una imagen real del MEA obtenida en los laboratorios.

• Se puede ver claramente la parte oscura donde se encuentra el catalizador disperso.

Componentes del sándwich MEA

Resumen de la sección: En esta sección, se describen los componentes del sándwich MEA utilizado en la producción de hidrógeno.

Componentes del sándwich MEA

• El sándwich MEA está compuesto por catalizadores y una membrana.

• Las placas bipolares son utilizadas para distribuir los gases (hidrógeno u oxígeno) y recolectar o suministrar corriente.

• Los canales en las placas bipolares permiten el flujo de gases a diferentes velocidades.

Limitaciones de la tecnología electroquímica

Resumen de la sección: En esta sección, se discuten las limitaciones de la tecnología electroquímica utilizada en la producción de hidrógeno.

Limitaciones de la tecnología electroquímica

• La eficiencia máxima teórica para producir hidrógeno mediante reacciones electroquímicas es del 80%.

• Los sistemas termomecánicos tienen un rendimiento energético final que no supera el 30%.

• La eficiencia real obtenida en experimentos con celdas MEA ronda entre el 80 y 90%.

Eficiencia en procesos electroquímicos

Resumen de la sección: En esta sección, se discute cómo medir y mejorar la eficiencia en procesos electroquímicos.

Medición y mejora de eficiencia

• La eficiencia puede ser medida por el voltaje necesario para producir hidrógeno manteniendo una intensidad de corriente constante.

• La eficiencia máxima teórica para producir hidrógeno mediante reacciones electroquímicas es del 80%.

• La mejora en la eficiencia de las celdas MEA puede superar el 50%.

Comparación con sistemas termomecánicos

Resumen de la sección: En esta sección, se compara la eficiencia de los sistemas electroquímicos con los sistemas termomecánicos.

Comparación con sistemas termomecánicos

• Los sistemas termomecánicos tienen un rendimiento energético final que no supera el 30%.

• La eficiencia real obtenida en experimentos con celdas MEA ronda entre el 80 y 90%.

• Las leyes de la termodinámica limitan la eficiencia de los sistemas termomecánicos.

Eficiencia teórica vs. real

Resumen de la sección: En esta sección, se discute cómo las pérdidas por entropía afectan a la eficiencia real en procesos electroquímicos.

Eficiencia teórica vs. real

• La eficiencia máxima teórica para producir hidrógeno mediante reacciones electroquímicas es del 80%.

• Las pérdidas por entropía son inevitables y reducen la eficiencia real en procesos electroquímicos.

• La mejora en la eficiencia de las celdas MEA puede superar el 50%.

Placas bipolares

Resumen de la sección: En esta sección, se describe la función de las placas bipolares en el sándwich MEA.

Función de las placas bipolares

• Las placas bipolares son utilizadas para distribuir los gases (hidrógeno u oxígeno) y recolectar o suministrar corriente.

• Los canales en las placas bipolares permiten el flujo de gases a diferentes velocidades.

• Las placas bipolares deben ser conductores y separar tierra en el sándwich.

Sistemas de intercambio de calor y placas bipolares

Resumen de la sección: En esta sección, se habla sobre los sistemas que trabajan a 80 grados y la necesidad de mantener una cierta temperatura. Se mencionan las placas bipolares como intercambiadores de calor y cómo su tecnología puede limitar el rendimiento final de las pilas de combustible.

Tecnología de placas bipolares

• Las placas bipolares pueden limitar el rendimiento final de las pilas de combustible y electrolizadores.

• El precio actual por kilovatio es alrededor de 5 euros o dólares.

• El objetivo en EEUU es reducir este precio a solo 2 dólares en tres años.

Corrosión y recubrimientos

• Las placas metálicas pueden corroerse en medios ácidos, lo que afecta negativamente el sistema.

• Los recubrimientos son utilizados para evitar la corrosión y maximizar la conductividad.

• Algunas tecnologías utilizadas para hacer estos recubrimientos son mostradas en la presentación.

Fabricación de electrolizadores y pilas de combustible

Resumen de la sección: En esta sección, se explica cómo fabricar una mono celda desde una membrana hasta un prototipo completo. También se habla sobre cómo escalar la producción para fabricar montajes más grandes.

Fabricación del prototipo

• La fabricación comienza con una membrana PEM donde depositamos catalizador mediante tecnologías como spray.

• Luego añadimos capas difusoras de gases para crear la mono celda.

• El prototipo es testado en el laboratorio para ver sus prestaciones.

Escalado de producción

• Para escalar la producción, debemos ser capaces de mezclar la producción de las diferentes partes del electrolizador.

• La producción de membranas no es un problema ya que Dupont ofrece millones de metros cuadrados comercialmente.

• La producción industrial de placas bipolares necesita mejoras pendientes.

Consumo de agua y potencia en la producción de hidrógeno

Resumen de la sección: En esta sección, el presentador habla sobre el consumo de agua y la potencia necesaria para producir hidrógeno a través de electrolizadores. Se mencionan datos específicos sobre el consumo de agua y la potencia en una celda pequeña estándar.

Consumo de agua y potencia en electrolizadores

• La producción de hidrógeno a través de una celda pequeña estándar requiere 18 vatios de potencia y un consumo mínimo de agua.

• Para aumentar la escala, se pueden utilizar stacks más grandes o más pequeños, lo que permitiría alcanzar una potencia mayor.

• Con esta tecnología, es posible llegar a una producción media kilovatio con un consumo aproximado de 74 militares por hora.

Tecnología para sistemas autónomos energéticos

Resumen de la sección: En esta sección, el presentador habla sobre cómo esta tecnología puede ser utilizada en sistemas autónomos energéticos. Se muestran imágenes que ilustran cómo podría funcionar un sistema autónomo energético utilizando esta tecnología.

Utilización en sistemas autónomos energéticos

• Esta tecnología puede ser utilizada en sistemas autónomos energéticos con una capacidad alrededor de los 2 kilovatios.

• Se muestra un ejemplo concreto del uso del electrolizador en un proyecto industrial chileno.

• El costo estimado para producir hidrógeno utilizando este método es alrededor de 700 euros por kilovatio producido.

Proceso de producción de hidrógeno a gran escala

Resumen de la sección: En esta sección, el presentador explica cómo sería el proceso para producir hidrógeno a gran escala utilizando esta tecnología.

Producción de hidrógeno a gran escala

• Para producir hidrógeno a gran escala, es necesario tener un suministro eléctrico y un suministro adecuado de agua.

• Una vez que se tiene acceso a estos recursos, se puede montar el electrolizador y obtener hidrógeno.

• El hidrógeno debe ser purificado varias veces antes de poder ser utilizado en una celda de combustible.

• Dependiendo del uso previsto, puede ser necesario purificar el hidrógeno hasta 2, 3, 4 o incluso 5 veces.

• Después de la purificación, el hidrógeno debe ser comprimido y almacenado.

Prestaciones y catalizadores

Resumen de la sección: En esta sección, el ponente habla sobre las prestaciones de los catalizadores y cómo mantener su estabilidad durante el funcionamiento. También menciona que la habilidad de los metales nobles es mucho más alta que la de los óxidos. Se llega a un compromiso en cuanto a qué tipo de metales utilizar para cada tecnología.

Prestaciones y estabilidad

• Los catalizadores tienen prestaciones de hasta el 90%.

• Es importante mantener la estabilidad de estos catalizadores durante el funcionamiento.

• La habilidad de los metales nobles es mucho más alta que la de los óxidos.

Compromiso en cuanto al uso de metales

• Cada tecnología debe llegar a un compromiso en cuanto a qué tipo de metales utilizar.

• Trabajar solo con metales nobles puede ser muy costoso.

• Electrolizadores pueden tener costos más altos debido a la renovación.

Tiempo para solucionar el problema

• No hay una fecha específica para solucionar el problema con los catalizadores.

• La innovación es constante, pero antes de 10 años se empezarán a adoptar catalizadores que no sean nobles.

Uso del agua

Resumen de la sección: En esta sección, se discute si el uso del agua puede ser un problema en países mediterráneos. El ponente explica que generalmente utilizan agua tratada y purificada para evitar contaminaciones en el reactor.

Uso del agua

• Utilizan agua tratada y purificada para evitar contaminaciones en el reactor.

• No compiten con el uso de agua para otros usos habituales en la industria o agricultura.

• Si el agua no es ultra pura, habrá contaminaciones en el reactor.

Compromiso

• Habrá un compromiso en cuanto al uso del agua.

• La tecnología quiere cosas puras para que no se contaminen y para que el sistema aguante mucho tiempo.

Preguntas y respuestas

Resumen de la sección: En esta sección, los ponentes responden preguntas sobre las tecnologías presentadas. También se discute la estructura de la sesión y cómo plantear preguntas comparativas entre las tecnologías.

Estructura de la sesión

• La estructura de la sesión es particular porque hay tres ponentes que explican tres tecnologías distintas.

• Se plantean preguntas después de cada ponencia, pero también se pueden hacer preguntas comparativas al final.

Uso del agua

• El uso del agua puede ser un problema en países mediterráneos si no es ultra pura.

• Utilizan agua tratada y purificada para evitar contaminaciones en el reactor.

Tiempo para solucionar el problema con los catalizadores

• No hay una fecha específica para solucionar el problema con los catalizadores.

• Antes de 10 años se empezarán a adoptar catalizadores que no sean nobles.

Introducción a los Electrolizadores Alcalinos

Resumen de la sección: En esta sección, el ponente Julio Lloret Fillol presenta una introducción a los electrolizadores alcalinos y su historia.

Historia de la electrólisis

• La electrólisis es una tecnología conocida desde hace 250 años.

• En 1888 aparece la primera electrólisis alcalina.

• En 1900 había unos 400 equipos en funcionamiento que utilizaban catalizadores de níquel para la electrocatalización.

• El primer gran electrolizador producía unos 10.000 metros cúbicos de hidrógeno por hora, equivalente a unos 300 megavatios si el rendimiento fuera del 100%.

• El primer electrolizador presurizado fue creado en el año 1948.

Tecnología madura

• La tecnología de electrólisis alcalina es considerada madura ya que ha estado en uso desde hace mucho tiempo. Por ejemplo, en Noruega han estado utilizando electrolizadores alcalinos desde el año 1953 hasta el año 1991 con una eficiencia del 65%.

Electrolizadores alcalinos

Resumen de la sección: En esta sección, el presentador habla sobre los electrolizadores alcalinos y su creciente presencia en el mercado. También discute las ventajas e inconvenientes de la tecnología alcalina en comparación con otras tecnologías.

Introducción a los electrolizadores alcalinos

• Los electrolizadores alcalinos están ganando terreno en el mercado.

• La tecnología sigue siendo dominada por los electrolizadores de membrana de intercambio iónico (MEI).

• La tecnología tipo P es interesante y se está instalando cada vez más.

Factores que influyen en la elección de una tecnología

• La elección de una tecnología depende del rango de operación necesario para el electrolizador.

• Si queremos acoplarlo con renovables, necesitamos tiempos rápidos de apagado y encendido, lo que hace que la tecnología tipo P sea conveniente.

• El electrolizador alcalino es menos intensivo en capital y requiere una financiación inicial menor.

Costos asociados a los electrolizadores

• Los costos pueden dispararse para fábricas pequeñas por debajo del megavatio.

• Actualmente, se pueden producir 3 gigavatios de electrolizadores alcalinos, lo que representa aproximadamente el 85% del conocimiento actual.

• Se espera que la tecnología siga siendo importante en los próximos años.

Empresas importantes en Europa

• Europa tiene empresas importantes en la tecnología de electrolizadores alcalinos.

• Algunas empresas españolas están desarrollando sistemas integrados de electrolizadores alcalinos.

Nuevas tecnologías

• Hay nuevas tecnologías emergentes, como la AEMET y Apple italiana.

• La AEMET es una tecnología interesante que se está investigando.

Celda de electrolizador alcalino

Resumen de la sección: En esta sección, el presentador describe la celda del electrolizador alcalino y sus componentes. También discute las ventajas e inconvenientes de la tecnología alcalina en comparación con otras tecnologías.

Descripción general de la celda

• La celda tiene una membrana polimérica que separa los compartimentos donde ocurren las reacciones químicas.

• En lugar de hacer la reacción en medio ácido, como en los MEI, se hace en medio básico.

• Se necesita un diafragma para separar los dos compartimentos y transportar los iones a través del diafragma.

Ventajas e inconvenientes

• Las ventajas incluyen catalizadores no críticos y densidades corrientes significativas.

• Los inconvenientes incluyen el manejo del hidroxilo en lugar de protones y concentraciones elevadas de electrolitos cáusticos.

Condiciones operativas

• Las temperaturas oscilan entre 60 y 80 grados Celsius.

• Las presiones diferenciales no son muy elevadas pero pueden alcanzar hasta 30 bares.

• Las densidades corrientes son inferiores a las de la tecnología tipo P, pero empiezan a ser significativas cerca de los 800.000 amperios por metro cuadrado.

• Las eficiencias de planta pueden llegar hasta el 68 o 65% de rendimiento.

Referencias

• El electrolizador alcalino es una tecnología bastante testeada y tiene muchos años de trabajo detrás.

Materiales y parámetros deseables para construir un electrolizador

Resumen de la sección: En esta sección, el presentador habla sobre los materiales necesarios para construir un electrolizador y los parámetros deseables que deben tener.

Materiales necesarios

• Se necesita circonio tóxico con polímeros robustos.

• Los materiales más comunes son níquel o acero niquelado.

• También se necesitan frames, hilos y juntas de polímeros fluorados.

Parámetros deseables

• Duración entre 10 y 20 años con cambio reducido.

• Resistencia a apagados y encendidos constantes sin degradación.

• Alta eficiencia energética con bajo sobre potencial.

• Alta densidad de corriente para reducir el capex.

• Bajos costes en los materiales de construcción y simplicidad de diseño.

Tecnología Anion Exchange Membrane (AEM)

Resumen de la sección: En esta sección, el presentador habla sobre la tecnología Anion Exchange Membrane (AEM).

AEM Electrolyzers

• Son electrolizadores que trabajan en modo alcalino utilizando una membrana polimérica.

• Pueden minimizar el coste en los materiales utilizados porque las condiciones son menos corrosivas.

• Pueden trabajar a presiones diferenciales más altas en principio.

• Las membranas aún no son totalmente estables lo que reduce su tiempo de vida.

Comparación con tecnología alcalina

• Rangos de temperatura similares

• Presión del hidrógeno superior en AEM

• Densidad de corriente superior en tecnología alcalina

• Eficiencias equivalentes

• Materiales de construcción similares

Electrolizadores: Tipos y Funcionamiento

Resumen de la sección: En esta sección, se describe el funcionamiento de los electrolizadores y los diferentes tipos que existen.

Tipos de Electrolizadores

• Los electrolizadores pueden ser de diferentes tamaños, desde 2 megavatios hasta 1 gigavatio.

• La tecnología es intensiva en espacio, por lo que se necesita mucho espacio para obtener hidrógeno.

• Existen dos tipos principales de electrolizadores: mono polar y bipolar. El tipo bipolar es más compacto y fácil de manejar.

Funcionamiento Químico

• Se necesita un potencial mínimo para producir la descomposición del agua en hidrógeno y oxígeno.

• El pH no afecta al potencial mínimo necesario para la producción de hidrógeno y oxígeno.

Pérdidas en la celda y diseño de la celda

Resumen de la sección: En esta sección, el presentador habla sobre las pérdidas en la celda y cómo diseñar una celda para reducir estas pérdidas.

Diseño de la celda

• Diseñar la celda para reducir el problema que tenemos con las burbujas.

• Tener un electrolito con una cantidad de iones muy elevada disminuye también la caída o mika de nuestro sistema.

• Los electrónica dos clásicos donde teníamos los electrodos separados inmersos en un líquido ahora lo que se intenta es hacer celda este tipo se llaman cero hogar donde los electrodos quedan pegados directamente sobre el diafragma lo más fácil posible lo más cercano posible.

• Luego tener un electrolito con una cantidad de iones muy elevada disminuye también la caída o mika de nuestro sistema y la membrana o el diafragma queremos que sea el menor expuesto espesor posible y que nos ayude al traspaso de los baches.

Celdas tipo zig-zag

Resumen de la sección: En esta sección, el presentador habla sobre las características y componentes clave de las células tipo zig-zag.

Componentes clave

• Las líneas en zig-zag representaría una especie de malla que nos ayuda a poner en contacto eléctrico lo que serían los platos y pedales en los platos bipolar bipolares con el catalizador.

• Los diafragmas del tamaño entre 500 micras y 220 metros son bastante interesantes porque empiezan a decir que hay deficiencias similares a lo que podríamos tener en tipo p.

• La malla flynet es mucho más fina que la malla de níquel y nos da una idea de que se puede mejorar su actividad catalítica.

Materiales catalizadores

Resumen de la sección: En esta sección, el presentador habla sobre los materiales catalizadores utilizados en las células.

Materiales catalizadores

• Hay una gran colección de materiales catalizadores, pero el níquel funciona bastante bien debido a su compromiso entre actividad, estabilidad y precio.

• Sobre un plato poroso depositamos nuestro catalizador y esto lo que se llamaría el catalyst escotet substrate que sería esta malla donde hemos depositado los catalizadores.

Espuma de níquel y tecnología alcalina

Resumen de la sección: En esta sección, el presentador habla sobre la espuma de níquel y su uso en cátodos. También discute cómo la nanoestructuración de la superficie mejora la actividad catalítica y cómo el aumento de temperatura puede reducir los excesos de energía necesarios para activar los catalizadores.

Espuma de níquel y cátodos

• La espuma de níquel es utilizada en cátodos.

• La nanoestructuración de la superficie mejora la actividad catalítica.

• El aumento de temperatura puede reducir los excesos de energía necesarios para activar los catalizadores.

Tecnología alcalina

• La tecnología alcalina utiliza electrodos que son muy buenos.

• Los precios del electrólisis disminuirán con el tiempo debido a las economías a escala.

• El mercado acumulado estará por encima de los 40 mil millones y el anual por encima de los 100 mil millones para el 2030.

• Los alcalinos podrían ofrecerse como servicios para entrar en la reserva primaria de energía porque tienen tiempos cortos para encenderse y funcionan sin problemas durante un período prolongado.

Mejoras en electrolizadores y grupos de investigación del ICIC

Resumen de la sección: En esta sección, Julio presenta datos sobre posibles mejoras en los electrolizadores y presenta a los diferentes grupos del ICIC que están trabajando en el tema de energía.

Componentes de la planta con más margen para abaratar costos

• Julio identifica dos grandes áreas donde hay margen de mejora: el acondicionamiento de la energía eléctrica y los materiales funcionales dentro del propio stand.

• Se menciona que hay informes de IRENA que sugieren trabajar en estas áreas.

Límite de densidad de corriente en sistemas alcalinos

• Juan Ramón Morante pregunta sobre cuál es el límite de densidad de corriente en sistemas alcalinos y si puede competir o igualar a las PEM.

• Julio responde que uno de los problemas conocidos es la densidad inferior a las PEM, lo cual se traduce en un 25% extra en tamaño crece si estás en las plantas.

• Se menciona que todas las tecnologías podrían mejorar aumentando la densidad corriente, pero también habría problemas técnicos como evacuar burbujas del electrolizador.

Conclusiones finales

• Julio concluye su presentación dando gracias a su grupo por todo el trabajo realizado y agradece la atención prestada por los asistentes.

Ponencia sobre Electrolizadores de Óxidos Sólidos

Resumen de la sección: En esta ponencia, el Dr. Márquez Torre presenta las características principales de los electrolizadores de óxidos sólidos (SOEC), cómo se fabrican, sus ventajas competitivas y aplicaciones. También se comentan algunos de los proyectos más importantes en Europa para la generación de hidrógeno verde.

Características y potencial de los Electrolizadores SOEC

• Los electrolizadores SOEC permiten almacenar o aprovechar energía renovable a través del agua y la reducción del agua para conseguir hidrógeno como vector energético.

• La principal diferencia con otras tecnologías es el uso de mayores temperaturas que permiten tener mayores rendimientos y eficiencias.

• Los electrizados SOEC están basados en materiales sólidos cerámicos, con una membrana central que es un óxido de circonio capaz de conducir iones oxígeno a temperaturas elevadas.

Comparativa entre tecnologías

• Se compara la madurez tecnológica, eficiencias y costos (capex) actuales y futuros para las tres principales tecnologías: pilas poliméricas, pilas alcalinas y electrizados SOEC.

• Las pilas poliméricas son menos maduras pero tienen menor costo inicial; las pilas alcalinas son más maduras pero tienen menor eficiencia; los electrizados SOEC tienen mayor eficiencia pero aún están en desarrollo.

Tecnología de Electrólisis de Alta Temperatura

Resumen de la sección: En esta sección, el presentador habla sobre la tecnología de electrólisis de alta temperatura y sus ventajas.

Ventajas de la tecnología de electrólisis de alta temperatura

• La eficiencia puede ser muy alta, hasta un 80%.

• Se pueden reducir no solo el agua al hidrógeno sino también el CO2 a través del proceso llamado co-electrólisis.

• Esto nos abre todo un campo también de generación del gas sintético precursor de muchos combustibles sintéticos.

• Esta tecnología es reversible y puede ser utilizada como pila de combustible para dar electricidad y calor.

Ciclo cerrado con energía renovable

Resumen de la sección: En esta sección, el presentador habla sobre cómo podemos cerrar un ciclo que empieza con la energía renovable generando hidrógeno a partir del agua y almacenándolo para su uso posterior en una pila de combustible.

Uso industrial del ciclo cerrado

• Podemos reintroducir los gases emitidos por los combustibles sintéticos en el ciclo utilizando una celda mono-celda de óxido sólido.

• El electrodo principal está formado por una mezcla catalizadora níquel-hidrógeno mezclado con zirconio dopado con itria para permitir la difusión del vapor y tener buena conductividad eléctrica.

• Es importante ajustar el coeficiente térmico cuando calentamos estos materiales tanto en fabricación como en operación que sus expansiones térmicas coincidan parecido pasa en el electrodo de oxígeno necesitamos difusión de gas conductividad eléctrica aquí la actividad catalítica para la oxidación del oxígeno.

Celdas de combustible de óxido sólido

Resumen de la sección: En esta sección, se discute cómo funcionan las celdas de combustible de óxido sólido y los materiales necesarios para su construcción.

Materiales necesarios

• Se requieren materiales catalíticos con conductividad iónica a iones oxígeno para lograr una buena conductividad.

• Los puntos triples donde se juntan estos materiales catalíticos y con conductividad son importantes para el funcionamiento de las celdas.

• Los materiales deben ser resistentes a altas temperaturas.

Configuración de las celdas

• Las celdas pueden tener una configuración plana o tubular.

• Para alcanzar las potencias requeridas, es necesario apilar varias celdas.

• En algunos casos, se utilizan mallas de contacto entre el interconector y las celdas.

• Es importante evitar que los gases del electrodo de combustible y del electrodo de oxígeno entren en contacto. Esto se logra mediante sellos.

Arquitectura y diseño

• La arquitectura incluye una barrera de reacción para evitar la reacción a altas temperaturas durante la fabricación.

• El stack es la unidad básica que consta de la celda, el interconector y sus sellos.

• Las células tienen diferentes configuraciones según su soporte mecánico.

Células soportadas en electrolito

• Las células soportadas en electrolito son aquellas que obtienen resistencia mecánica a través del electrolito.

• Los electrolitos más gruesos generan más pérdidas o micas.

Fabricación de celdas y tecnología propia

Resumen de la sección: En esta sección, el presentador habla sobre la fabricación de celdas y cómo pueden crear su propia tecnología. También menciona que trabajan con materiales cerámicos que son más difíciles de conformar y operar a alta temperatura, pero ofrecen una ventaja importante en términos de eficiencia.

Proceso de fabricación

• El proceso comienza con el colado en cinta o tape casting, donde mezclan el material cerámico activo funcional en polvo con una general mezcla de material polimérico para generar una capa muy finita que se puede enrollar.

• Luego, las láminas se cortan y apilan según el espesor deseado antes de sintetizarlas para tener solo el material cerámico que será el soporte de la celda.

• La tecnología más utilizada a nivel industrial es la serigrafía o screen printing, donde usan una pantalla con un patrón para hacer una tinta de sus materiales catalíticos y luego serigrafían las cintas encima del sol de las celdas.

• Finalmente, apilan las celdas con los interconectados hasta tener la pila completa.

Ventajas

• La ventaja principal es la eficiencia debido a que separar el agua del vapor requiere mucha energía. Al trabajar con materiales cerámicos a alta temperatura, pueden reducir significativamente los costos energéticos asociados con este proceso.

Tecnología de óxido sólido

Resumen de la sección: En esta sección, el presentador habla sobre la tecnología de óxido sólido y sus ventajas en la generación de hidrógeno.

Eficiencia y acoplamiento con sistemas industriales

• La tecnología de óxido sólido permite generar hidrógeno con mayor eficiencia.

• Se puede acoplar a sistemas industriales para aprovechar pérdidas térmicas.

• La reacción en sí misma genera calor, lo que aumenta la eficiencia.

Densidad de corriente y voltaje

• A mayor densidad de corriente, mejor es la generación de hidrógeno.

• Sin embargo, esto requiere un voltaje más alto debido a los sobre potenciales necesarios para la reacción.

• Conforme se pide más corriente, se necesita más sobre potencial debido a las resistencias del proceso.

Ventajas termodinámicas y cinéticas

• Las ventajas termodinámicas y cinéticas permiten tener un voltaje ligeramente más bajo en la tecnología de óxido sólido.

• Esto significa que las potencias requeridas para generar hidrógeno son menores que en otras tecnologías como la alcalina.

• La comparativa muestra que se requieren entre 50 y 55 kilovatios hora por kilo de hidrógeno generado en la tecnología de óxido sólido.

Potencial auto-térmico

• A ciertos voltajes, la reacción es auto-térmica o termoneutra.

• Dependiendo del modo en el que se trabaje, se pueden tener menores necesidades de corriente y mayores eficiencias o mayores producciones pero menor eficiencia.

Madurez tecnológica

Resumen de la sección: En esta sección, el presentador habla sobre la madurez tecnológica de la electrólisis de óxido sólido.

Objetivo para 2030

• El objetivo es pasar de 40 megavatios instalados en 2017 a 40 gigavatios en 2030.

• Esto requerirá duplicar y multiplicar las tecnologías existentes en el mercado.

• La electrólisis de óxido sólido debe estar preparada para cumplir con estos objetivos.

Perspectiva del roadmap

• La perspectiva del roadmap es que todas las tecnologías de electrólisis deben expandirse para cumplir con los objetivos establecidos.

• Se espera que la electrólisis de óxido sólido tenga un papel importante en este proceso.

Tecnología de electrólisis para la producción de hidrógeno verde

Resumen de la sección: En esta sección, el ponente habla sobre la tecnología de electrólisis para producir hidrógeno verde y su uso en diferentes sectores.

Producción de hidrógeno verde

• La gestión térmica es importante al apilar celdas en sistemas de electrólisis.

• El hidrógeno verde puede ser utilizado en procesos químicos y combustibles sintéticos.

• La síntesis del metanol y amonio son procesos que utilizan grandes tonelajes de hidrógeno.

• El uso del hidrógeno como agente reductor en acererías y refinerías es una aplicación importante.

Avances tecnológicos

• Los avances tecnológicos han mejorado la densidad de corriente, producción y vida útil de las celdas.

• Las plantas tienen mayores capacidades con bajos costes económicos.

• Se espera que el factor de escala reduzca los costes a medida que aumenta la producción.

Tecnologías disponibles

• Hay varias empresas que ofrecen sistemas avanzados para producir hidrógeno verde, incluyendo Sunfire, Halldor Topsoe y CEA Francesas.

Comparativa entre tecnologías de electrólisis en Europa

Resumen de la sección: En esta sección se habla sobre la comparativa entre las distintas tecnologías de electrólisis en Europa. Se menciona que todas las políticas parecen ir en esa dirección y que la evolución está llevando a precios competitivos de capex.

Tecnologías de electrólisis

• La tecnología alcalina es una de las más maduras.

• El consumo de potencia en kilovatios hora por kilo es entre 50 y 55, pero ha bajado a 40.

• Todavía presenta una ventaja competitiva debido al coste actual euros por kilowatio.

• La evolución parece que llevará a precios competitivos de capex.

Detalles importantes sobre las tecnologías de electrólisis

Resumen de la sección: En esta sección se habla sobre los detalles importantes relacionados con las tecnologías de electrólisis, como los tiempos de arrancada, la densidad máxima de corriente y el uso de materiales críticos.

Detalles importantes

• Los tiempos de arrancada son mejores para otras temperaturas.

• La densidad máxima de corriente todavía es alta.

• El uso de materiales críticos es muy importante aquí.

• Las eficiencias del soft psoe no son del todo claras.

Proyectos para descarbonización industrial

Resumen de la sección: En esta sección se habla sobre los posibles proyectos para descarbonización industrial e instalados como proyectos de demostración.

Proyectos

• Los electriza dores y las pilas de combustible permiten enlazar de forma muy inteligente y eficiente las dos principales infraestructuras energéticas que tenemos en este país.

• La estructura eléctrica y la infraestructura de gas se pueden combinar para generar un gas que nos puede hacer de vector energético directamente.

• Algunos proyectos emblemáticos son los proyectos de Audi, Júpiter Mil y McCreight Hi Balance.

Proyectos de Electrólisis en Europa

Resumen de la sección: En esta sección, el presentador habla sobre varios proyectos de electrólisis en Europa que están destinados a proporcionar servicios municipales e industriales.

Proyectos de Electrólisis

• Los proyectos incluyen servicios municipales como movilidad, recogida de residuos y autobuses.

• El proyecto es bastante completo y exitoso con una capacidad de 6 megavatios.

• Otro proyecto similar es Hybrid que utiliza hidrógeno para sustituir el carbono como agente reductor del mineral para hacer hierro y descarbonizar la industria del acero.

• El proyecto Refine está vinculado a una refinería y tiene una capacidad de 10 megavatios con tecnología PM situada en Alemania.

• El proyecto Green High también proporciona servicios industriales con tecnología SOEC de 0,7 megavatios.

• Otros proyectos incluyen el proyecto Múltiple con tecnología PSOE y una capacidad de 2,4 megavatios para dar servicio a refinerías.

Preguntas y Respuestas

Resumen de la sección: En esta sección, el presentador responde preguntas sobre los proyectos presentados anteriormente.

Coste Energético del Vapor

• El coste energético del vapor debe ser considerado si no se puede aprovechar un stream existente.

• A 700 grados, el vapor favorece la reactividad del agua para su reducción, pero tiene un coste energético.

• El consumo eléctrico se puede considerar en vapores de baja temperatura, pero cada grado cuenta.

• La integración térmica es importante para aprovechar las temperaturas más bajas en muchas industrias.

Preguntas sobre la eficiencia y limpieza de las tecnologías

Resumen de la sección: En esta sección, los ponentes responden a una pregunta formulada por un espectador sobre la eficiencia y limpieza de las tres tecnologías presentadas.

Eficiencia y limpieza de las tecnologías

• La pregunta es cuál de las tres tecnologías es más limpia desde el punto de vista del rendimiento energético y si hay evaluaciones de residuos.

• No existe una comparativa completa entre estas tecnologías, pero sí existen tablas que muestran los costos operativos que ofrecen las compañías para mantener el electrolizador en funcionamiento.

• En alta temperatura no hay que regenerar el catalizador, lo que reduce los costos. Sin embargo, en otras temperaturas sí hay que regenerarlos, lo cual genera un costo ambiental al tener que reciclar estos materiales.

• Los materiales concentrados están localizados en su mayoría en el caso del premio Ricard. Empresas como Hysytech aseguran poder reciclar estos materiales varias veces después de terminado su ciclo de vida. En el caso del electrolizador alcalino, los materiales son fáciles de manejar y reciclar.

Agradecimientos finales

Resumen de la sección: En esta sección, Carlos Alabado agradece a los ponentes por sus presentaciones y anuncia la próxima sesión.

Agradecimientos finales

• Carlos Alabado agradece a los ponentes por sus presentaciones y anuncia la próxima sesión.

Eficiencia de un gran electrolizador

Resumen de la sección: En esta sección, el ponente comenta sobre la eficiencia de un gran electrolizador y su espacio requerido.

Eficiencia del electrolizador

• Un gran electrolizador puede requerir 8 o 10 hectáreas.

• La eficiencia de 40 kilovatios hora por cada kilo es muy interesante.

• Se espera que el óxido sólido evolucione correctamente.

Contacto y preguntas

Resumen de la sección: En esta sección, los ponentes agradecen a los asistentes y proporcionan información para contactarlos en caso de tener alguna duda.

Información de contacto

• Los ponentes han facilitado su contacto para cualquier duda adicional.

• Se recomienda contactar con ellos en inglés.

• También se puede ponerse en contacto a través de la organización del webinar.

Próximo webinar sobre impacto en procesos industriales

Resumen de la sección: En esta sección, los ponentes anuncian el próximo webinar sobre impacto en procesos industriales.

Anuncio del próximo webinar

• El próximo webinar será el miércoles 2 de febrero a las 14:30.

• El tema será "Impacto en los procesos industriales: industria química, plantas continuas a alta presión y temperatura".

• Los mismos ponentes estarán presentes.