Cómo garantizar la seguridad y la calidad del gas de los electrolizadores de hidrógeno

Gestión de un mercado en auge

La demanda de hidrógeno como fuente de energía con cero emisiones, o para su uso en procesos industriales, está en auge. La AIE (Autoridad Internacional de la Energía) estima que la demanda podría pasar de sólo 9 Mt en 2020 a más de 100 Mt en 2030, y que la capacidad mundial de electrolizadores, necesarios para producir hidrógeno, aumentaría de 300 MW en 2021 a unos 34 GW en 2030.

Imágenes que se reflejan en un reciente artículo de la revista Recharge, en el que Aurora Energy Research pronosticaba un crecimiento "mil veces superior" del mercado de electrolizadores de hidrógeno de aquí a 2040. Sin embargo, en un informe posterior, Aurora advertía de que, a pesar de este espectacular crecimiento del mercado, pasará algún tiempo antes de que el coste del hidrógeno verde producido mediante electrólisis alcance la paridad con el del hidrógeno azul (producido a partir de metano). Aurora concluye que esto sólo se conseguirá cuando existan modelos tarifarios y reguladores adecuados.  

Qué electrolizador elegir?

Los electrolizadores de hidrógeno actualmente en uso comercial son dispositivos de membrana de intercambio de protones (PEM) o alcalinos. Los electrolizadores PEM son los más comunes y representan alrededor del 80 % de la base instalada. Se ha desarrollado con éxito un tercer tipo, basado en células electrolizadoras de óxido sólido (SOEC), que se encuentra en fase de proyecto piloto. Su entrada en producción está prevista para 2024.

Dos de los principales problemas asociados a la electrólisis son su uso de agua, que en muchos países es cada vez más escasa, y su demanda de electricidad. Esta última puede ser problemática si se produce a partir de combustibles fósiles, por lo que el electrolizador ideal -verdaderamente ecológico- es el que se ubica junto a un parque eólico o un emplazamiento de energía solar.

Independientemente del tipo de electrolizador y de su fuente de energía, es esencial que el sistema completo -desde el tratamiento inicial del agua y la rectificación de alta tensión hasta la compresión o el almacenamiento del gas- funcione de forma segura y eficiente, y que el hidrógeno gaseoso producido cumpla las normas de calidad requeridas para su uso posterior. 

Garantizar un funcionamiento eficaz y seguro

La clave de la seguridad, la eficacia y la calidad del gas de los electrolizadores es el uso de sensores e instrumentos de control avanzados.

Estos incluyen:

Sensores de trazas de oxígeno y nitrógeno para medir la pureza de la corriente de gas hidrógeno

Sensores de oxígeno para mantener la seguridad del personal de operaciones

Sensores de hidrógeno en la corriente de gas de oxígeno, para detectar riesgos de explosión

Sensores de trazas de humedad en el punto de rocío para determinar la eficacia y el rendimiento del sistema de secado y, por tanto, la calidad de la producción de hidrógeno

Sensores de nivel de líquido en los depósitos de agua y, en el caso de los electrolizadores alcalinos, de lejía.

Sensores de nivel de líquido en los depósitos de agua y, en el caso de los electrolizadores alcalinos, de lejía.

La fiabilidad y precisión de cada uno de estos dispositivos es claramente crítica para garantizar el funcionamiento eficaz y seguro de cada electrolizador. Cabe destacar los sensores de humedad, esenciales para optimizar el funcionamiento de los sistemas de secado. Su papel es clave para la calidad de la deshidratación del hidrógeno producido por electrólisis, que está saturado de vapor de agua. 

Los secadores se basan normalmente en el método de adsorción por oscilación de presión (PSA). Se utilizan varias columnas de desecante para adsorber la humedad del gas a medida que pasa sobre el desecante, y las columnas se regeneran automáticamente una vez que el contenido de humedad del desecante alcanza un nivel predeterminado. Dado que el secado del gas y la regeneración del desecante son procesos que consumen mucha energía, la medición precisa del contenido de humedad es clave para mantener la calidad del gas y minimizar el consumo de energía. La medición precisa de la humedad en la salida de la alimentación de hidrógeno también es crucial si el gas requiere compresión antes de su uso o distribución. Esto protegerá los equipos y tuberías aguas abajo del riesgo de corrosión.

Del mismo modo, las lecturas de los sensores de oxígeno e hidrógeno se utilizan para garantizar que la pureza de las distintas corrientes de gas procedentes del electrolizador, tanto húmedas como secas, se mide en términos de partes por millón (ppm). Estos sensores también se utilizan en sistemas de detección de fugas en cada célula del electrolizador, y para medir la concentración de oxígeno en la corriente de hidrógeno aguas abajo del electrolizador, evitando el riesgo potencial de explosión. Para mayor tranquilidad, estos dispositivos también deben diseñarse y homologarse según las normas SIL.

Especificar, instalar y poner en funcionamiento estos diferentes sensores requiere conocimientos especializados, por lo que es importante trabajar con un proveedor experimentado. En Process Sensing Technologies, contamos con los conocimientos, habilidades y recursos necesarios porque tenemos décadas de experiencia en la fabricación de instrumentación y sistemas avanzados de gas y humedad.

Si desea que le ayudemos a desarrollar instrumentos de monitorización eficientes, seguros y de alto rendimiento para electrolizadores de hidrógeno, póngase en contacto con nuestro equipo hoy mismo.

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Fuentes:

Informe sobre hidrógeno de la AIE

Artículo de la revista Recarga

Informe de Aurora Energy Research