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Introducción
Como ya hemos comentado en anteriores ocasiones, la mayor parte del hidrógeno que se emplea actualmente en el mundo, es producido a partir de combustibles fósiles, empleando diferentes procesos químicos; tan solo un 5 % se produce a partir de la electrólisis del agua.
Sin embargo, como también hemos señalado en otros artículos, la electrólisis del agua es cada vez el método más analizado y considerado de cara a una futura “Economía del hidrógeno”. Este sistema de producción de hidrógeno abre la posibilidad, además, de un hidrógeno renovable a gran escala, al poder emplearse fuentes masivas de energía renovable, como la solar o la eólica, en la producción de este gas.
¿En qué consiste la electrólisis?
Básicamente, el proceso de la electrólisis del agua consiste en la aplicación de una cierta corriente eléctrica continua (CC) a la molécula de agua, de modo que ésta es disociada en sus componentes fundamentales: oxígeno e hidrógeno.
Desde el punto de vista de un experimento físico o de laboratorio, la electrólisis puede llevarse a cabo introduciendo dos electrodos en un líquido de base acuosa y se observa cómo se produce la reacción al aplicar una cierta corriente eléctrica.
¿Cómo se aplica a escala industrial?
Sin embargo, a escala industrial, este proceso suele llevarse a cabo en unos “apilamientos” de celdas denominados “stacks”. Por poner un ejemplo, la electrólisis polimérica (denominada usualmente con el acrónimo “PEM”) se produce mediante un stack o apilamiento en los que se intercalan membranas y placas que permiten el proceso electrolítico. Las placas distribuyen el agua a cada membrana, y en la membrana se lleva a cabo la ruptura de la molécula de agua; las placas son también las encargadas de recoger las moléculas resultantes de oxígeno e hidrógeno y sacarlas fuera del stack.
Con ello, podemos ver como el stack es el corazón de una planta de producción de hidrógeno a partir de electrólisis. Pero, ¿qué otros componentes hay?
Para empezar, hemos de entender que, básicamente, un stack viene a ser como el motor de un coche: un componente absolutamente necesario para que funcione, pero no suficiente para desplazarse de un punto a otro, o, en el caso que nos ocupa, para lograr la producción de hidrógeno.
Un electrolizador completo se compone de una serie de bloques que acompañan al stack para garantizar el correcto funcionamiento del mismo. Así, a la entrada del electrolizador tenemos un sistema de tratamiento de agua, que adecúa el agua de entrada a las características requeridas por el stack. También tenemos un sistema de adecuación de la potencia eléctrica, que convierte la corriente alterna (AC) que usualmente tenemos en la entrada del electrolizador en corriente continua (CC), que es la que emplea el stack. A continuación, a la salida del stack, tenemos varios equipos que contribuyen a aumentar la pureza del hidrógeno; por una parte, los separadores, que retiran la mayor parte del agua de la corriente de hidrógeno (y ayudan a optimizar el consumo de agua); a continuación, un secador, que retira la humedad sobrante del hidrógeno producido; y, por otra parte, un sistema de purificación que retira las trazas de oxígeno que pudiese haber en la corriente de hidrógeno. Y, además, otras etapas, como el sistema de refrigeración, bombas de recirculación, un sistema de control (que garantice el funcionamiento automático y con seguridad), etc. Todos estos bloques juntos componen lo que, habitualmente, entendemos por un electrolizador.
Por otra parte, en una planta industrial de producción de hidrógeno a partir de electrólisis, es habitual encontrar también otros componentes, que se sitúan alrededor del electrolizador o de los electrolizadores, para producir hidrógeno de una manera industrial.
Como un ejemplo de ello, tendríamos un aljibe para el agua, uno o varios transformadores para la conexión a media tensión, las adecuadas medidas de seguridad y de prevención de accidentes, un sistema contra incendios, el sistema de control centralizado de la planta, y, seguramente, etapas de compresión para poder almacenar el hidrógeno, y tanques para almacenar este gas comprimido, previamente a su distribución a los puntos de uso.
En otras ocasiones, el hidrógeno se almacena el estado líquido (es decir, criogenizado a base de enfriarlo a temperaturas a las cuales este gas se vuelve líquido); en este caso, necesitaremos también en la planta un sistema de licuefacción de hidrógeno y los adecuados sistemas de almacenamiento de este gas en estado líquido.
Conclusión
En la actualidad, ya existen plantas de electrólisis que superan la decena de megavatios, y, en la próxima década veremos plantas electrolíticas que alcanzarán sin duda los 100 MW, con la idea de almacenar, en la medida de lo posible, todo el exceso de energía renovable que tengamos en determinados periodos del año, y utilizar el hidrógeno que se produzca como un combustible alternativo para el transporte, una manera eficaz de almacenar la energía, o un producto químico de elevado valor para nuestras industrias.
