La producción de hidrógeno por electrólisis es un elemento fundamental para la transición energética y el desarrollo de una economía sostenible del hidrógeno. Un factor a menudo subestimado pero esencial en este proceso es la calidad del agua utilizada. El agua ultrapura es esencial en este caso, ya que impurezas como las sales disueltas, las sustancias orgánicas o las partículas pueden mermar considerablemente el rendimiento y la vida útil de los electrolizadores. Este artículo arroja luz sobre los requisitos, la producción y el papel específico del agua ultrapura en la producción de hidrógeno.
Índice
Requisitos del agua ultrapura para electrólisis
En la electrólisis, el agua se descompone en sus componentes hidrógeno (H₂) y oxígeno (O₂). Para garantizar una eficiencia óptima y minimizar el desgaste de las células de electrólisis, el agua utilizada debe cumplir unos requisitos de pureza extremadamente altos:
Leitfähigkeit: < 0,1 µS/cm, um elektrische Verluste zu minimieren und eine hohe Elektrolyseffizienz zu erreichen.
TOC (Total Organic Carbon): < 50 ppb, um Ablagerungen und Fouling auf den Elektroden zu verhindern.
Partículas: Libre de partículas en suspensión para evitar obstrucciones y daños mecánicos a las células.
Contenido de iones: La concentración de iones como calcio, magnesio, cloruro o sulfato debe ser prácticamente nula para evitar la formación de incrustaciones y la corrosión.
Gases disueltos: El oxígeno y el dióxido de carbono pueden influir en el valor del pH y deben reducirse al mínimo.
Retos debidos a la inadecuada calidad del agua
Un agua mal tratada puede causar problemas considerables en los sistemas de electrólisis:
Incrustación: las sales disueltas, como el sulfato de calcio o de bario, pueden precipitarse en los electrodos y las membranas, lo que reduce la conductividad y acorta los intervalos de mantenimiento.
Corrosión: Los cloruros y otros iones agresivos pueden atacar los materiales de los electrodos y acortar la vida útil del sistema.
Ensuciamiento: Las sustancias orgánicas y las partículas pueden obstruir las membranas y mermar la eficacia de la separación de gases.
Pérdidas de eficiencia: cada impureza aumenta la resistencia eléctrica y conlleva un mayor consumo de energía por unidad de hidrógeno producido.
Producción de agua ultrapura para producir hidrógeno
La producción de agua ultrapura requiere una combinación de tecnologías avanzadas de tratamiento. Las etapas son las siguientes:
1. tratamiento previo
Filtración: Eliminación de sólidos en suspensión y partículas gruesas mediante arena o microfiltros.
Ablandamiento: Eliminación de iones de calcio y magnesio para evitar la formación de incrustaciones en los procesos posteriores.
Carbón activado: Reducción de sustancias orgánicas y cloro que podrían dañar las membranas o resinas intercambiadoras de iones.
Foto: Nuestro sistema de doble filtración con arena y carbón activo
2. ósmosis inversa (OI)
La ósmosis inversa elimina hasta el 99% de las sales disueltas, las sustancias orgánicas y las partículas. Es la principal etapa de purificación y reduce la carga de los procesos posteriores.
3. electrodesionización (EDI)
Combinación de intercambio iónico y campos eléctricos para eliminar continuamente los iones restantes. EDI garantiza una calidad constante del agua sin utilizar productos químicos.
Foto: Nuestro sistema de agua ultrapura con ablandamiento, ósmosis inversa y EDI, para pequeños caudales de agua.
4. pulido
Irradiación UV: Descompone las sustancias orgánicas y desinfecta el agua.
Carbón activado o resinas especializadas: Minimizan el contenido de COT y proporcionan la purificación final necesaria.
Foto: Nuestro sistema de intercambiador selectivo de iones con sistema de regeneración como etapa de pulido
Funcionamiento y control de los sistemas de agua ultrapura
La fiabilidad de los sistemas de agua ultrapura para la producción de hidrógeno depende de una supervisión precisa y una gestión eficaz del mantenimiento:
Control en tiempo real: los sensores miden continuamente la conductividad, el COT y el pH para garantizar que la calidad del agua cumple los requisitos.
Limpieza periódica: Las membranas y resinas deben limpiarse o sustituirse para evitar la formación de incrustaciones.
Estrategias de emergencia: En caso de que se produzcan desviaciones en la calidad del agua, deben aplicarse planes alternativos o de emergencia para no perjudicar el proceso de electrólisis.
Ventajas del agua ultrapura en la electrólisis
Mayor vida útil de los electrolizadores: minimización de la corrosión y los depósitos.
Mayor eficacia: reducción de la resistencia eléctrica debido a la ausencia de sustancias disueltas.
Menores costes de explotación: menos mantenimiento y menor consumo de energía.
Calidad constante del hidrógeno: garantiza un gas hidrógeno puro, necesario en aplicaciones sensibles como pilas de combustible o procesos químicos.
Escenarios de aplicación
1. hidrógeno verde La producción de hidrógeno verde requiere el uso de energías renovables y agua ultrapura. El agua ultrapura contribuye a mejorar aún más la huella de carbono y a garantizar la estabilidad del proceso.
2. hidrógeno para la movilidad En la tecnología de las pilas de combustible, la pureza del hidrógeno es crucial. El agua ultrapura en la electrólisis garantiza que el hidrógeno producido cumpla los elevados requisitos de la industria de la movilidad.
3. aplicaciones industriales En la industria química, el hidrógeno se utiliza en procesos como la síntesis o el refinado del amoníaco. El uso de agua ultrapura reduce las perturbaciones del proceso y garantiza una calidad constante.
Foto: Nuestro sistema de ósmosis inversa para grandes caudales de agua
Conclusión
El agua ultrapura es un componente indispensable de la producción moderna de hidrógeno. Garantiza la eficacia, longevidad y fiabilidad de las plantas de electrólisis y contribuye decisivamente a la calidad del hidrógeno producido. La integración de sistemas de agua ultrapura altamente desarrollados es un factor clave para el éxito de la economía del hidrógeno y la realización de conceptos energéticos sostenibles.
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