es.wedoany.com Noticia: El fabricante británico de electrolizadores ITM Power y la empresa de fluoropolímeros Gore han afirmado que han demostrado que una membrana de intercambio de protones (PEM) ultradelgada puede lograr simultáneamente una mayor eficiencia y durabilidad a largo plazo en la producción de hidrógeno verde.
Los resultados publicados en un libro blanco de Gore muestran que una membrana reforzada de 50 μm funcionó durante 11 000 horas en "condiciones industrialmente relevantes", manteniendo al mismo tiempo una baja tasa de degradación, baja permeabilidad al hidrógeno y alta eficiencia.
Esta membrana prototipo es significativamente más delgada que muchas membranas PEM utilizadas en los electrolizadores comerciales actuales, cuyo grosor suele oscilar entre 100 y 180 μm.
Basándose en múltiples indicadores de rendimiento, como la degradación del voltaje, la permeación de hidrógeno y la tasa de liberación de fluoruro, ITM y Gore estiman que este concepto de membrana podría alcanzar una vida útil operativa de aproximadamente 80 000 horas.
Esta cifra es una predicción basada en las tendencias de degradación observadas, no en el tiempo de funcionamiento real.
Aunque los fabricantes buscan constantemente reducir el grosor de la membrana para disminuir la resistencia y mejorar la eficiencia, las membranas más delgadas se han asociado tradicionalmente con un aumento de la permeación de hidrógeno y problemas de degradación.
En un seminario web, la Dra. Naima Heck, directora técnica de Energía Limpia EMEA de Gore, afirmó que la industria está dejando cada vez más de considerar el diseño de membranas como un simple equilibrio de ventajas y desventajas.
Ella dijo: "El concepto de 50 μm que se discute realmente muestra los beneficios de mejorar la eficiencia de las celdas, y también indica que se puede mantener un funcionamiento estable y seguro durante un período prolongado".
El último prototipo combina una membrana PFSA reforzada con politetrafluoroetileno expandido de 50 μm y un diseño optimizado de catalizador compuesto. Según el libro blanco, la membrana se probó durante más de 11 000 horas en una pila corta de 130 cm² de área activa, en condiciones de 55 °C, 3,3 A/cm² y una diferencia de presión de 20 bar.
La tasa de degradación del voltaje registrada en las pruebas fue de 1,2 μV/h, lo que equivale a una degradación del rendimiento inferior al 0,6 % anual. La permeación de hidrógeno se mantuvo por debajo del 0,4 % durante toda la prueba, y la eficiencia osciló entre 48,3 y 49,5 kWh/kg de hidrógeno.
Ambas empresas indicaron que, en comparación con el prototipo anterior de 85 μm (que ya había acumulado 28 000 horas de prueba), la resistencia superficial específica de esta membrana se redujo aproximadamente un 40 % y la eficiencia mejoró aproximadamente un 4 %.
Durante un año de funcionamiento en la refinería de Shell en Renania (totalizando 30 000 horas), un electrolizador ITM de 10 MW reportó una eficiencia promedio de 49 kWh/kg de hidrógeno, con una tasa de degradación del 0,09 % por cada 1 000 horas de funcionamiento.
Este proyecto se inició en respuesta a lo que ambas empresas denominan la falta de datos públicos sobre la durabilidad a largo plazo de los electrolizadores PEM en condiciones comerciales.
Frederic Marchal, director técnico de ITM, afirmó que la durabilidad de las membranas a menudo se malinterpreta en la industria.
Señaló que esta colaboración tiene como objetivo comprender más profundamente el comportamiento de las membranas y los mecanismos de degradación, permitiendo a ambas empresas impulsar los límites del rendimiento mientras reducen el riesgo técnico.
Ambas empresas creen que este trabajo podría, en última instancia, reducir el costo de producción de hidrógeno al disminuir la electricidad necesaria para producir cada kilogramo de hidrógeno.
Al discutir el impacto económico, Heck dijo: "El punto más obvio para reducir costos es, en primer lugar, si consideras las membranas delgadas, pueden ayudar a reducir la entrada de energía requerida, lo que se traducirá en un menor costo nivelado del hidrógeno".
Marchal indicó que el impacto podría ir más allá de las mejoras incrementales.
Dijo: "Esperamos que el aumento porcentual en eficiencia alcance niveles significativos de dos dígitos, en comparación con lo que se logra con la tecnología más avanzada actual. Por lo tanto, es disruptivo e impactante".
Aunque la membrana sigue siendo una tecnología en etapa de desarrollo y no un producto comercial, Gore afirmó que estos hallazgos están informando el diseño de su próxima generación de membranas para electrolizadores PEM.
Ambas empresas también indicaron que estos resultados proporcionan una plataforma para explorar más a fondo operaciones a temperaturas más altas, densidades de corriente más elevadas e incluso diseños de membranas más delgadas.
