Preguntas y respuestas sobre membranas de intercambio de protones (Proton Exchange Membranes, PEM)
Las membranas de intercambio de protones Nafion™ son el núcleo de tecnologías fundamentales para ampliar el hidrógeno renovable, como los electrolizadores de agua y las celdas de combustible. Estas son algunas de las preguntas más frecuentes que recibimos sobre las membranas de intercambio de protones (Proton Exchange Membranes, PEM) y los procesos en los que intervienen. Si tiene alguna otra pregunta que no quede contestada aquí, comuníquese con nosotros.
PEM para electrólisis del agua
- ¿Qué es la electrólisis del agua?
- ¿Existen distintos tipos de electrólisis del agua?
- ¿Qué es el proceso de membranas de intercambio de protones (PEM)?
- ¿Cuáles son los beneficios que ofrece PEM para la electrólisis del agua?
- ¿Existen alternativas al Nafion™ para las PEM destinadas a la electrólisis del agua?
¿Qué es la electrólisis del agua?
Durante el proceso de electrólisis del agua, un electrolizador convierte la electricidad y el agua en hidrógeno y oxígeno gaseosos, que pueden ser almacenados para usarlos más adelante como fuente de energía. A diferencia de la mayoría de los métodos de producción de hidrógeno, la electrólisis del agua no produce contaminación ni los dañinos gases de efecto invernadero como subproductos del proceso de conversión.
¿Existen distintos tipos de electrólisis del agua?
Sí, actualmente existen dos tipos principales de sistemas de electrólisis del agua disponibles en forma comercial: electrolizadores alcalinos y de membrana de intercambio de protones (Proton Exchange Membrane, PEM). Tanto las tecnologías alcalina como PEM poseen la capacidad de entregar hidrógeno en el lugar y bajo demanda, así como hidrógeno ultrapuro, seco y libre de carbono.
¿Qué es el proceso de membranas de intercambio de protones (PEM)?
En este proceso, una PEM transporta protones desde el ánodo hasta el cátodo al mismo tiempo que proporciona aislamiento eléctrico a los electrodos.
Las moléculas de oxígeno de carga negativa liberan electrones en el ánodo para formar protones, electrones y O₂ cuando se aplica una diferencia potencial (voltaje) entre los dos electrodos. Los iones de H+ viajan a través de la membrana conductora de protones hacia el cátodo, donde se combinan con los electrones para formar H₂.
La PEM solo permite que los iones cargados positivamente pasen al cátodo.
¿Cuáles son los beneficios que ofrece PEM para la electrólisis del agua?
La electrólisis del agua de las PEM es una mejor alternativa cuando se complementa con fuentes de energía intermitente. Aunque el costo históricamente alto de los componentes de PEM limitó el uso del sistema en aplicaciones comerciales de gran escala, los desarrollos tecnológicos recientes han disminuido de manera considerable los costos, convirtiéndolo en una opción más factible en muchos casos de uso nuevos.
Los electrolizadores de agua de PEM ofrecen varias ventajas que los hacen aptos para las exigencias de la producción de hidrógeno del siglo XXI.
Las membranas de intercambio de protones pueden:
- Funcionar en condiciones de alta densidad de corriente que puede disminuir los costos operativos, en particular, en sistemas acoplados con fuentes muy dinámicas de energía, como la eólica y la solar, donde los máximos repentinos en la entrada de energía darían lugar, de otro modo, a energía no capturada.
- Trabajar con una membrana muy delgada, incluso a altas presiones, debido a su electrolito polimérico.
- Generar una mayor eficiencia energética porque la membrana de protones presenta menores pérdidas óhmicas.
- Mostrar una menor velocidad de permeación del gas, lo cual tiene como resultado una pureza muy alta en el gas que se produce; esto es esencial para la seguridad del almacenamiento y el uso directo en celdas de combustible.
- Funcionar sin químicos corrosivos.
Las membranas de intercambio de protones también se pueden usar en sistemas más pequeños porque funcionan a alta densidad de potencia. La electrólisis de agua alcalina puede requerir hasta diez veces la huella de la electrólisis del agua de la PEM: una consideración importante para los clientes con restricciones de espacio.
¿Existen alternativas al Nafion™ para las PEM destinadas a la electrólisis del agua?
Es importante destacar que no se conocen alternativas que puedan sustituir al Nafion™ para las membranas de intercambio de protones en la electrólisis del agua. Los electrolizadores de las membranas de intercambio de protones (PEM) utilizan membranas de intercambio de protones, como Nafion™ porque ofrecen la alta conductividad, la confiabilidad y el rendimiento que necesitan las aplicaciones de electrólisis del agua actuales y futuras. Su confiabilidad física facilita la manipulación, resisten alteraciones operativas y conservan un rendimiento confiable a lo largo de la vida útil de la membrana.
PEMS para celdas de combustible
- ¿Qué es una celda de combustible?
- ¿Existen distintos tipos de celdas de combustible disponibles?
- ¿Qué es una celda de combustible PEM?
- ¿Cuáles son los beneficios de las celdas de combustible PEM?
- ¿Existen alternativas al Nafion™ para las PEM destinadas a celdas de combustible?
¿Qué es una celda de combustible?
Una celda de combustible es un dispositivo que convierte la energía química de un combustible en electricidad por reacción química con oxígeno u otro agente oxidante. El hidrógeno es el combustible más común, pero a veces se utilizan hidrocarburos como gas natural y alcoholes como el metanol. Las celdas de combustible se diferencian de las baterías porque necesitan una fuente constante de combustible y oxígeno o aire para mantener la reacción química. Sin embargo, pueden producir electricidad de forma continua siempre y cuando reciban estos insumos.1
¿Existen distintos tipos de celdas de combustible disponibles?
Sí, actualmente existen muchos tipos de celdas de combustible disponibles:
- Celdas de combustible alcalinas (Alkaline Fuel Cells, AFC)2
- Celdas de combustible de metanol directo (Direct Methanol Fuel Cells, DMFC)
- Celdas de combustible microbiano (Microbial Fuel Cells, MFC)
- Celdas de combustible de carbonato fundido (Molten Carbonate Fuel Cells, MCFC)2
- Celdas de combustible de ácido fosfórico (Phosphoric Acid Fuel Cells, PAFC)2
- Celdas de combustible de membrana electrolítica de polímero (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells, PEMFC)2
- Celdas de combustible de óxido sólido (Solid Oxide Fuel Cells, SOFC)2
¿Qué es una celda de combustible PEM?
Las celdas de combustible de membrana electrolítica polimérica (PEM), también conocidas como celdas de combustible de membrana de intercambio protones, ofrecen densidad de alta potencia. Las celdas de combustible PEM necesitan hidrógeno, oxígeno del aire y agua para funcionar y no requieren fluidos corrosivos como otras celdas de combustible. Suelen utilizar hidrógeno puro procedente de tanques de almacenamiento o reformadores incorporados.
Entre sus características distintivas figuran:
- Temperaturas y presiones más bajas (entre 50 y 100 °C)
- Membrana electrolítica de polímero sólido
- Electrodos de carbono poroso que contienen un catalizador de platino
¿Cuáles son los beneficios de las celdas de combustible PEM?
Las PEM ofrecen las siguientes ventajas:
- Menor peso que otras celdas de combustible
- Menor volumen que otras celdas de combustible
¿Existen alternativas al Nafion™ para las PEM destinadas a celdas de combustible?
Es importante destacar que no se conocen alternativas que puedan sustituir al Nafion™ para las membranas de intercambio de protones en celdas de combustible. Es más, las membranas de intercambio iónico Nafion™ fueron las primeras de su clase y son todavía el material PEM más comercializado en el mundo.3 Nafion™ es líder del mercado en este sector y utiliza tecnología y soluciones de vanguardia.3
