Optimización del uso y tipo de catalizador, para su empleo en un electrolizador tipo PEM | Optimization of the use and catalyst type, for its use in a PEM electrolyzer-

Durante los últimos años, el hidrógeno proveniente de la hidrólisis del agua mediante energías renovables o hidrógeno verde, está atrayendo un gran interés de diferentes sectores tanto académicos como empresariales, al ser una alternativa energética a los combustibles fósiles. Sin embargo, una de las principales limitaciones que presenta esta tecnología basada en el hidrógeno está relacionada con su elevado coste de producción actual, en parte, debido al elevado precio de los catalizadores anódicos empleados. Por tanto, el optimizar el uso de dichos catalizadores en la fabricación de los electrodos empleados en un electrolizador tipo PEM, es un aspecto clave a estudiar. Por ello, en este trabajo nos proponemos abordar el estudio de diferentes tipos de catalizadores anódicos y su opimización, manteniendo constante el platino/carbon, como catalizador catódico. Por ello, emplearemos como catalizador anódico el óxido de iridio, el negro de iridio (o simplemente, iridio), y una mezcla de platico/níquel, con el fin de determinar el rendimiento del electrolizador en función del contenido de cada uno de dichos catalizadores, así como de la técnica empleada para la fabricación de los electrodos empleados, con el fin de determinar cuál es la combinación que determina el mejor rendimiento de nuestro electrolizador. La provisión de una fuente de energía renovable abundante, limpia y segura es uno de los desafíos tecnológicos clave que enfrenta actualmente la humanidad, al ser el hidrógeno verde un vector energético, llega a ser éste un punto clave para alcanzar la descarbonización del planeta y cumplir con los compromisos marcados para 2050 en la lucha contra el cambio climático. El hidrógeno puede ser obtenido por electrólisis del agua por medio de energía convencional o mediante el uso de energías renovables. Ahora bien, refiriéndonos al desarrollo sostenible e impacto ambiental, la electrólisis del agua a partir de un electrolizador tipo membrana polimérica (PEM) se considera como una de las técnicas más prometedoras por su alta eficiencia de producción de hidrógeno puro. Su obtención a partir de fuentes de energía renovables, emite únicamente oxígeno como subproducto sin ninguna emisión de carbón, lo que la convierte en una tecnología atractiva a largo plazo. Sin embargo, el desarrollo de estos electrolizadores queda limitado por el elevado precio y la escasez de los compuestos que son empleados, tal como los catalizadores. El objetivo del presente trabajo es encontrar el catalizador óptimo (tanto por su rendimiento como de coste) para ser utilizado en un electrolizador tipo PEM, con el fin de tenerlo presente en futuros trabajos en nuestro grupo de investigación. Para ello, emplearemos distintos catalizadores anódicos como el óxido de iridio, el Iridio Negro (Black Iridium) y una mezcla de platino/óxido de níquel, con el fin de realizar un análisis técnico económico de todos ellos y obtener el catalizador ideal para la producción de hidrógeno mediante el electrolizador tipo PEM y de esta manera dar paso a la disminución de inversión en la producción de hidrógeno a nivel comercial e industrial. Primeramente se compararán el comportamiento en el electrolizador de los distintos catalizadores, y se obtendrán las condiciones de operaciones ideales, posteriormente se estimarán los rendimientos farádicos de cada catalizador y por último se realizará un análisis económico para conocer cuál de los catalizadores presenta mayores beneficios técnico-económicos. De igual manera se estudiará y se evaluarán distintas capas de difusión ( GDL por sus siglas en inglés), tales como la convencional de titanio, junto con las eCoCell diseñadas y fabricadas por la Universidad Politécnica de Cartagena para acreditar que es posible obtener resultados óptimos a menor costo. Por lo tanto, en este trabajo nos centraremos en el estudio de distintos catalizadores anódicos para identificar la mejor configuración a emplear en el electrolizador tipo PEM.

Escuela Técnica Superior de Ingeniería Industrial

Universidad Politécnica de Cartagena