Si pensamos en cómo se produce el combustible de hidrógeno, nos preguntaremos por qué se utiliza el hidrógeno como combustible. Bueno, cuando el hidrógeno se utiliza como combustible en una pila de combustible, es un combustible limpio que únicamente produce agua.
Numerosos recursos, entre ellos gas natural, la energía nuclear, biomasay Fuentes de energía renovable como solar y el viento, pueden utilizarse para fabricar hidrógeno.
Sus ventajas lo convierten en una opción de combustible deseable para aplicaciones relacionadas con la producción de energía y el transporte. Tiene numerosos usos, incluida la energía portátil, los hogares, los automóviles y más.
El uso de pilas de combustible de hidrógeno como sustituto limpio y eficaz de motores de combustión convencionales ha crecido significativamente. El único resultado de la interacción química entre el hidrógeno y el oxígeno en estas pilas de combustible que produce electricidad es el agua.
Se requiere un procedimiento de producción sofisticado para aprovechar plenamente el potencial de las pilas de combustible de hidrógeno.
Índice del contenido
Cómo se fabrica el combustible de hidrógeno: cuatro métodos de producción principales
Hay varios Formas de fabricar combustible de hidrógeno.. Hoy en día, la electrólisis y el reformado del gas natural (un proceso térmico) son las técnicas más utilizadas. Los procesos biológicos y los impulsados por energía solar son dos enfoques más.
- Procesos térmicos
- Procesos electrolíticos
- Procesos impulsados por energía solar
- Procesos Biológicos
1. Procesos Térmicos
El método térmico más común para producir hidrógeno es el reformado con vapor, que es una reacción a alta temperatura entre el vapor y un combustible de hidrocarburo que produce hidrógeno.
El hidrógeno se puede producir mediante el reformado de diversos combustibles de hidrocarburos, como el diésel, el gas natural, el carbón gasificado, la biomasa gasificada y los combustibles líquidos renovables. Hoy en día, el gas natural reformado con vapor produce casi el 95% de todo el hidrógeno.
2. Procesos electrolíticos
El hidrógeno y el oxígeno se pueden extraer del agua mediante una técnica de electrólisis. Un electrolizador es un dispositivo que realiza procesos electrolíticos. Es similar a una pila de combustible en que produce hidrógeno a partir de moléculas de agua en lugar de utilizar la energía de una molécula de hidrógeno.
3. Procesos impulsados por energía solar
En los sistemas de energía solar, la luz actúa como agente para producir hidrógeno. Algunos procesos impulsados por la energía solar son termoquímicos, fotoelectroquímicos y fotobiológicos. El hidrógeno se produce mediante procesos fotobiológicos, que dependen de la actividad fotosintética natural de bacterias y algas verdes.
Utilizando semiconductores específicos, las reacciones fotoelectroquímicas dividen el agua en hidrógeno y oxígeno. La energía solar concentrada se utiliza en la síntesis termoquímica solar de hidrógeno para impulsar reacciones de división del agua, frecuentemente junto con especies adicionales como óxidos metálicos.
4. Procesos biológicos
Los microorganismos como las bacterias y las microalgas se utilizan en procesos biológicos y estos organismos pueden producir hidrógeno a través de reacciones biológicas.
Al descomponer materiales orgánicos como la biomasa o las aguas residuales, las bacterias pueden producir hidrógeno en un proceso conocido como conversión de biomasa microbiana. Por el contrario, los procesos fotobiológicos utilizan la luz solar como fuente de energía para los microbios.
Cómo se fabrica el combustible de hidrógeno: 8 pasos de producción
Después de discutir los diversos métodos de producción, examinemos los procedimientos específicos involucrados en la producción de una celda de combustible de hidrógeno, desde la localización de materias primas hasta la producción de una fuente de energía limpia. Examinaremos los procedimientos que componen el proceso electrolítico.
- Extracción del material
- Preparación del catalizador
- Fabricación del conjunto de electrodos de membrana (MEA)
- Fabricación de placas bipolares
- Conjunto de pila de pila de combustible
- Balance de componentes de la planta
- Control de calidad y pruebas
- Implementación e integración
1. Extracción del material
La adquisición de las materias primas necesarias para la construcción de pilas de combustible de hidrógeno es el primer paso del proceso de producción. Los componentes esenciales incluyen materiales a base de carbono para las placas bipolares, polímeros para la membrana del electrolito y platino u otros catalizadores para las reacciones de los electrodos.
Estos materiales, que suelen adquirirse de muchos proveedores, pasan por estrictos procedimientos de control de calidad para garantizar su idoneidad para la fabricación de pilas de combustible.
2. Preparación del catalizador
El catalizador, que suele estar hecho de platino, es esencial para la capacidad de la pila de combustible de realizar reacciones electroquímicas.
Para producir una capa de catalizador altamente activa y estable, el material catalizador se trata y fabrica utilizando una variedad de métodos, incluida la deposición química y la deposición física de vapor.
Luego, las superficies de los electrodos se cubren con esta capa utilizando técnicas como el recubrimiento por pulverización o la serigrafía.
3. Fabricación del conjunto de electrodos de membrana (MEA)
Los electrodos recubiertos de catalizador y la membrana del electrolito polimérico forman el conjunto de electrodos de membrana, que es una parte esencial de la pila de combustible. La membrana del electrolito de polímero se produce y esculpe meticulosamente para que coincida con la arquitectura de la pila de combustible.
Comúnmente está compuesto de un polímero de ácido perfluorosulfónico. Posteriormente, la MEA se forma integrando los electrodos recubiertos con catalizador en cada lado de la membrana.
4. Fabricación de placas bipolares
En una pila de pilas de combustible, las placas bipolares se encargan de dispersar los gases reactivos y transferir electricidad entre las pilas de combustible. Por lo general, para fabricar estas placas se utilizan materiales a base de carbono que son resistentes a la corrosión y livianos.
Para lograr la forma y estructura requeridas, durante el proceso de producción se utilizan procesos de moldeo, mecanizado o prensado. Las placas bipolares también incluyen canales y campos de flujo para facilitar el paso eficaz de los gases de oxígeno e hidrógeno.
5. Conjunto de pila de pila de combustible
El componente esencial del sistema de pilas de combustible de hidrógeno es la pila de pilas de combustible, que se compone de varias pilas de combustible acopladas en disposiciones en paralelo y en serie. El conjunto se compone de placas bipolares, capas de difusión de gas y MEA perfectamente apiladas.
Se evitan las fugas de gas y se garantiza un buen sellado mediante el uso de materiales de sellado como adhesivos y juntas. El conjunto de la pila está hecho para producir la mayor potencia y al mismo tiempo preservar el flujo ideal de refrigerante y gas.
6. Balance de componentes de la planta
Un sistema de pila de combustible completo necesita varios componentes de equilibrio de planta (BOP) además de la pila de pila de combustible. Estos constan de humidificadores, sistemas de refrigeración, sistemas de suministro de hidrógeno y oxígeno y electrónica de potencia para gestionar y regular la producción eléctrica.
Para garantizar un flujo adecuado de combustible y refrigerante, gestión térmica y conectividad eléctrica, los componentes del BOP están integrados en el diseño general del sistema.
7. Control de calidad y pruebas
Durante el proceso de fabricación se utilizan estrictos procedimientos de control de calidad para garantizar la confiabilidad y eficiencia de cada celda de combustible. En varias fases se llevan a cabo controles de calidad, como inspección visual, pruebas eléctricas y revisiones de rendimiento.
Se realizan pruebas completas en los conjuntos finales de pilas de combustible para confirmar su rendimiento eléctrico, durabilidad, eficiencia y seguridad. Para satisfacer los estándares de calidad requeridos, se encuentran y reemplazan todas las celdas o componentes defectuosos.
8. Implementación e integración
Las pilas de combustible están preparadas para su implementación e integración en una variedad de aplicaciones luego de su producción y prueba exitosas. Los dispositivos electrónicos portátiles, los equipos estacionarios de generación de energía y los automóviles pueden incluirse en esta categoría.
Para construir un dispositivo útil y eficaz impulsado por hidrógeno, el procedimiento de integración implica conectar el sistema de pila de combustible a los sistemas auxiliares necesarios, como tanques de almacenamiento de hidrógeno, sistemas de admisión de aire y unidades de gestión de energía.
Conclusión
La fabricación de pilas de combustible de hidrógeno es un proceso de varios pasos que comienza con la adquisición de materias primas y termina con la integración de los sistemas de pilas de combustible.
Este complejo proceso garantiza la producción de fuentes de energía limpias, confiables y eficientes que tienen el potencial de transformar completamente la generación de energía, el transporte y otras industrias.
El proceso de producción de pilas de combustible de hidrógeno está en constante evolución debido a la investigación y el desarrollo continuos, lo que impulsa el desarrollo de soluciones energéticas sostenibles.
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Un ecologista impulsado por la pasión de corazón. Escritor principal de contenido en EnvironmentGo.
Me esfuerzo por educar al público sobre el medio ambiente y sus problemas.
Siempre se ha tratado de la naturaleza, debemos proteger, no destruir.