Electrolisis de hidrógeno verde

Sinopsis

El electrolisis de agua convierte la energía eléctrica en hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno se describe como verde cuando la cadena de suministro de electricidad y soporte cumplen una definición de bajas emisiones. La molécula resultante puede almacenar energía o suministrar materia prima química, pero las pérdidas de conversión significan la electrificación directa es generalmente más eficiente donde puede proporcionar el mismo servicio.

Fundaciones técnicas

El electrolisis requiere al menos la energía libre de Gibbs de la división del agua, con voltaje adicional perdido a la kinetics electrodo, resistencia iónica y transporte masivo. Los valores de calefacción más altos y más bajos producen diferentes convenciones de eficiencia. Los sistemas de alcalina utilizan diafragmas porosos y catalizadores no preciosos, los sistemas de intercambio protón ofrecen operación dinámica compacta pero a menudo usan el iridio en el electrodo de oxígeno, y las células de óxido sólido pueden usar el calor del proceso para reducir la demanda eléctrica. El cruce de gas limita la operación de baja carga y la diferencia de presión.

Cómo funciona

Los electrolitos alcalinos utilizan electrolitos líquidos, sistemas de membrana proton-exchange-exchange-exchange usan una membrana ácido sólida y electrolitos de sólidos-óxidos funcionan a alta temperatura. En la cacao, el agua o los protones se reducen al hidrógeno; en el ánodo, el oxígeno evoluciona. La electrónica de potencia, la purificación, la compresión, el tratamiento de agua, la gestión térmica y la separación de gas determinan el rendimiento de las plantas más allá de la pila electroquímica.

Métodos de medición e investigación

Pruebas de estadio registra curvas de tensión-corriente, pureza de gas, eficiencia faradaica, temperatura y degradación sobre horarios estables y de ciclismo. La impedancia electroquímica separa las contribuciones de resistencia, mientras que la microscopía post mortem y el análisis químico identifican la disolución del catalizador, daño de la membrana y contaminación. Estudios de plantas miden el consumo corriente alterna por kilogramo entregado después de secado y compresión. La evaluación del ciclo de vida especifica fuente de electricidad, fabricación y sustitución de equipos. La certificación puede requerir coincidencia horaria o similarmente granular entre la generación renovable y la demanda de electrolizador.

Principales ideas

• La intensidad del carbono de electricidad y la coincidencia temporal determinan si el hidrógeno electrolítico es una emisión realmente baja.
• La eficiencia, la degradación, el factor de capacidad y la financiación determinan conjuntamente el costo de producción.
• Las emisiones de hidrógeno y de nitrógeno-óxido de combustión deben incluirse en la evaluación ambiental.

Frontera de investigación actual

Los objetivos fronterizos disminuyeron la carga de metales preciosos, las membranas de intercambio de anión, la operación presurizada y los sistemas reversibles de óxidos sólidos. La ubicación de las plantas de acero, amoníaco o combustible sintético puede usar subproductos de oxígeno y calor. La programación flexible debe equilibrar los precios bajos de electricidad contra la utilización y degradación del capital. La investigación también compara los oleoductos, amoníaco, metanol y transportistas líquidos para el transporte. Un proyecto creíble necesita un desactivador, electricidad adicional de bajo carbono y comparación de la carga de metano con el hidrógeno fósil en lugar de depender sólo de la eficiencia de la placa de nombre de electrolizador.

¿Por qué importa?

El hidrógeno de baja emisión podría descarbonizar los usos existentes en amoníaco y refinación y puede servir de fabricación de acero, combustibles de transporte y almacenamiento de larga duración donde la electricidad directa es difícil. Las plantas flexibles pueden utilizar períodos de abundante generación renovable, al tiempo que apoyan la seguridad de los productos alimentarios industriales.

Límites y preguntas abiertas

La infraestructura de electricidad, transmisión, agua y almacenamiento renovables son requisitos sustanciales. Los electrolizadores degradan bajo el ciclismo y algunas tecnologías dependen de los escasos catalizadores. El transporte de hidrógeno de baja densidad es costoso, y los subsidios pueden desviar la electricidad de la descarbonización más efectiva. La certificación debe evitar que la energía de fósiles o de alto carbono sea relabelada como verde.