Investigadores del CNH2 diseñan modelos de celdas electrolíticas para producción de hidrógeno

El Centro Nacional del Hidrógeno, (CNH2), ha publicado el artículo Influence of operation parameters in the modeling of alkaline water electrolyzers for hydrogen production dentro de la revista International Journal of Hydrogen Energy, donde se presenta un modelo matemático que describe el comportamiento de una celda de electrólisis alcalina ante cambios estructurales y de las variables de operación (Int J Hydrogen Energy 2014; 39[25]:13063-13078).

Este artículo, presentado por Ernesto Amores, Jesús Rodríguez y Christian Carreras, forma parte de los resultados obtenidos dentro del proyecto interno estratégico EXSIVA (Experimentación, Simulación y Validación de Celdas de Electrolisis Alcalina), destinado al modelado y caracterización de celdas electrolíticas para producción de hidrógeno y desarrollado en las instalaciones del CNH2 cuyas entidades financiadoras son Ministerio de Economía y Competitividad (MINECO), Junta de Comunidades de Castilla-La Mancha (JCCM) y Fondos Europeos de Desarrollo Regional (FEDER).

La elaboración de modelos matemáticos constituye una poderosa herramienta de diseño que nos permite predecir la curva de polarización de un electrolizador sin tener que construirlo, evitando costes y reduciendo tiempo en la fase experimental. Este hecho es especialmente importante cuando se trabaja con energías renovables, con el fin de predecir el comportamiento de una celda de electrólisis ante las fluctuaciones características de un parque eólico o fotovoltaico.

Cambios en la tensión del electrolizador respecto al tiempo ante variaciones de la corriente proporcionada por una instalación FV

Sin embargo, la mayoría de los modelos existentes en la literatura sólo contemplan la temperatura como variable de operación. Con el fin de lograr una descripción más detallada, el modelo propuesto en este artículo simula además de la temperatura, la influencia que tiene la distancia entre electrodos y las variaciones en la concentración de electrolito.

El papel de estos aspectos es fundamental en el diseño de un electrolizador, ya que la eficiencia del proceso es muy sensible a estos efectos. Los cálculos realizados con el modelo han sido validados experimentalmente en el proyecto EXSIVA, mostrando una gran precisión: el error máximo fue del 1% para todas las curvas de polarización estudiadas. La producción de hidrógeno mediante energías renovables también se estudió mediante la introducción de un perfil solar fotovoltaico, obteniendo un error entre el modelo y los datos experimentales siempre inferior al 3%.

Por último, la influencia de las diferentes variables consideradas fue cuantificada utilizando un análisis de sensibilidad, donde se determinó cuanto influye la variación de cada una de las variables estudiadas en la curva de polarización.

Más información del artículo