Rutas de fabricación escalable y diseños avanzados para electrolizadores de estado sólido (SOEC)
Nuestro compañero Íñigo Garbayo Senosiain, Responsable del Área de Hidrógeno de CENER ha intervenido en la Sesión Paralela de la European Hydrogen Energy Conference que tiene lugar en Bilbao los días 6, 7 y 8 de marzo en el Bilbao Exhibition Center. El título de la intervención ha sido “Rutas de fabricación escalable y diseños avanzados para electrolizadores de estado sólido (SOEC)”.
La tecnología SOEC en el campo de la generación de hidrógeno renovable se está abriendo camino como una solución especialmente atractiva para aquellos sectores de difícil descarbonización que generan una gran cantidad de calor que puede ser aprovechado para conseguir eficiencias más altas en el proceso de electrólisis.
Esta tecnología es la elegida por CENER para sus desarrollos y en la que trabaja el grupo del Dr. Garbayo, con el fin de construir un prototipo de electrolizador SOEC de 2 kW y un primer sistema de uso de hidrógeno renovable basado en una pila de combustible tipo SOFC de 10 kW. En este sentido, el Área de Hidrógeno de CENER tiene una visión integral del desarrollo de esta tecnología y pretende contribuir en los cuatro niveles fundamentales necesarios para consolidarla como una alternativa real a nivel industrial: (i.) fabricación escalable de celdas electrolíticas, (ii.) diseño de stacks avanzados, (iii.) montaje de sistemas eficientes e (iv.) integración final de los mismos en entornos reales.
Como en toda tecnología de electrólisis en el SOEC la unidad funcional es la celda electrolítica. En las instalaciones de CENER en Sangüesa se ha desarrollado ya una línea de fabricación de celdas, las cuales se encuentran ahora mismo en fase de testeo. Estas celdas están fabricadas con componentes que no incluyen materiales críticos con lo que el precio final de las mismas no aumenta el CAPEX de manera significativa. Se utilizan técnicas de impresión funcional y sinterizado para su fabricación.
Actualmente, las celdas electrolíticas tienen un tamaño aproximado de 5×5 cm2, aunque pueden fabricarse de otras dimensiones y la cantidad de hidrógeno que pueden generar es muy pequeña. Por eso, en cualquier proceso electrolítico estas celdas se apilan en stacks de varias decenas o más de unidades para llegar a producir cantidades apreciables de hidrógeno. Este apilamiento de celdas en la tecnología SOEC debe garantizar un sellado perfecto entre ellas y una distribución homogénea de los gases entre todas ellas. Dadas las altas temperaturas a las que se produce la reacción es importante también evitar la aparición de zonas sobrecalentadas que aceleraría la degradación de los dispositivos. Un componente crucial dentro del stack son los interconectores, donde CENER está ya trabajando y fabricando diseños optimizados que permitan. Estas piezas son las encargadas de conectar de manera homogénea unas celdas con otras.
En el diseño y la construcción de un sistema de electrólisis se conoce como BoP (Balance de Planta) toda la ingeniería que rodea a los stacks en el electrolizador y que hacen posible el funcionamiento del mismo (tuberías, valvulería, gestión de la temperatura y presión de los gases, electrónica de control, etc) En CENER disponemos de software de modelización que nos permite conocer los rendimientos y la eficacia de nuestros diseños en una fase previa a su construcción y por tanto modelizar cualquier parte del electrolizador y conocer su desempeño antes de la fase de construcción. Además, también trabajamos en la propia construcción de estos prototipos, así como su validación en entornos controlados, gracias en buena parte a nuestras instalaciones de ATENEA para el testeo de equipos de hasta 1 MW.
EL PNIEC plantea unas cifras muy ambiciosas de producción de hidrógeno para 2030 para España, lo que va a obligar a la industria a acortar los tiempos en los que los desarrollos tecnológicos van a llegar al mercado.
En los últimos meses hemos conocido casos de proyectos muy importantes que han sufrido retrasos e interrupciones debido a problemas inesperados surgidos durante su puesta en funcionamiento. Para minimizar los riesgos de cualquier tipo una vez se produzca la instalación en masa de este tipo de dispositivos es crucial que en la medida de lo posible se hayan probado estas tecnologías en entornos controlados lo más cercanos a sus futuras condiciones de funcionamiento. CENER pone a disposición de la industria su microrred Atenea para la realización de este tipo de pruebas que nos deben permitir conocer los problemas a los que nos enfrentaremos. Estos problemas pueden originarse por degradación a largo plazo de los materiales empleados, efectos indeseados sobre las instalaciones eléctricas y las redes de transporte y distribución, etc.