A produção de hidrogénio através da eletrólise é um elemento central da transição energética e do desenvolvimento de uma economia sustentável do hidrogénio. Um fator frequentemente subestimado, mas essencial neste processo, é a qualidade da água utilizada. A água ultrapura é essencial neste caso, uma vez que impurezas como sais dissolvidos, substâncias orgânicas ou partículas podem prejudicar significativamente o desempenho e a vida útil dos electrolisadores. Este artigo esclarece os requisitos, a produção e o papel específico da água ultrapura na produção de hidrogénio.
Índice
Requisitos da água ultrapura para eletrólise
Na eletrólise, a água é decomposta nos seus componentes hidrogénio (H₂) e oxigénio (O₂). Para garantir uma eficiência óptima e minimizar o desgaste das células de eletrólise, a água utilizada deve cumprir requisitos de pureza extremamente elevados:
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: Isento de partículas em suspensão para evitar obstruções e danos mecânicos nas células.
Teor de iões: A concentração de iões como o cálcio, o magnésio, o cloreto ou o sulfato deve ser praticamente nula para evitar a incrustação e a corrosão.
Gases dissolvidos: O oxigénio e o dióxido de carbono podem influenciar o valor do pH e devem ser reduzidos ao mínimo.
Desafios devidos à qualidade inadequada da água
Uma água inadequadamente tratada pode causar problemas consideráveis nos sistemas de eletrólise:
Incrustação: Os sais dissolvidos, como o sulfato de cálcio ou de bário, podem precipitar-se nos eléctrodos e nas membranas, o que reduz a condutividade e encurta os intervalos de manutenção.
Corrosão: Os cloretos e outros iões agressivos podem atacar os materiais dos eléctrodos e reduzir a vida útil do sistema.
Incrustação: As substâncias e partículas orgânicas podem obstruir as membranas e prejudicar a eficiência da separação de gases.
Perdas de eficiência: Cada impureza aumenta a resistência eléctrica e conduz a um maior consumo de energia por unidade de hidrogénio produzido.
Produção de água ultrapura para a produção de hidrogénio
A produção de água ultrapura requer uma combinação de tecnologias de tratamento avançadas. As etapas são as seguintes:
1. pré-tratamento
Filtração: Remoção de sólidos em suspensão e partículas grosseiras utilizando areia ou microfiltros.
Amolecimento: Remoção de iões de cálcio e magnésio para evitar a formação de incrustações nos processos a jusante.
Carvão ativado: Redução das substâncias orgânicas e do cloro que podem danificar as membranas ou as resinas do permutador de iões.
Foto: O nosso sistema de filtração dupla com areia e carvão ativado
2. osmose inversa (RO)
A osmose inversa remove até 99% dos sais dissolvidos, substâncias orgânicas e partículas. É a principal etapa de purificação e reduz a carga sobre os processos a jusante.
3. electrodeionização (EDI)
Combinação de permuta iónica e campos eléctricos para remover continuamente os iões restantes. O EDI garante uma qualidade de água consistente sem a utilização de produtos químicos.
Foto: O nosso sistema de água ultrapura com descalcificação, osmose inversa e EDI, para pequenos caudais de água
4. polimento
Irradiação UV: Decompõe substâncias orgânicas e desinfecta a água.
Carvão ativado ou resinas especializadas: Minimizam o teor de TOC e proporcionam a purificação final necessária.
Foto: O nosso sistema de permutador de iões seletivo com sistema de regeneração como fase de polimento
Funcionamento e monitorização de sistemas de água ultrapura
A fiabilidade dos sistemas de água ultrapura para a produção de hidrogénio depende de uma monitorização precisa e de uma gestão eficaz da manutenção:
Monitorização em tempo real: Os sensores medem continuamente a condutividade, o TOC e o valor do pH para garantir que a qualidade da água cumpre os requisitos.
Limpeza regular: As membranas e as resinas devem ser limpas ou substituídas para evitar incrustações.
Estratégias de emergência: Em caso de desvios na qualidade da água, devem ser implementados planos de emergência ou de contorno, de modo a não prejudicar o processo de eletrólise.
Vantagens da água ultrapura na eletrólise
Vida útil mais longa dos electrolisadores: Minimização da corrosão e dos depósitos.
Aumento da eficiência: Redução da resistência eléctrica devido à ausência de substâncias dissolvidas.
Custos de funcionamento mais baixos: menos manutenção e menor consumo de energia.
Qualidade constante do hidrogénio: Garante um gás de hidrogénio puro que é necessário em aplicações sensíveis, tais como células de combustível ou processos químicos.
Cenários de aplicação
1. Hidrogénio verde A produção de hidrogénio verde requer a utilização de energias renováveis e de água ultrapura. A água ultrapura ajuda a melhorar ainda mais a pegada de carbono e a garantir a estabilidade do processo.
2. Hidrogénio para a mobilidade Na tecnologia de células de combustível, a pureza do hidrogénio é crucial. A água ultrapura na eletrólise garante que o hidrogénio produzido satisfaz os elevados requisitos da indústria da mobilidade.
3. Aplicações industriais Na indústria química, o hidrogénio é utilizado em processos como a síntese ou a refinação de amoníaco. A utilização de água ultrapura reduz as perturbações do processo e garante uma qualidade consistente.
Foto: O nosso sistema de osmose inversa para grandes caudais de água
Conclusão
A água ultrapura é um componente indispensável da produção moderna de hidrogénio. Garante a eficiência, a longevidade e a fiabilidade das instalações de eletrólise e contribui de forma decisiva para a qualidade do hidrogénio produzido. A integração de sistemas de água ultrapura altamente desenvolvidos é um fator-chave para o sucesso da economia do hidrogénio e para a concretização de conceitos de energia sustentável.
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