Produção de água ultrapura para água de alimentação de eletrolisador para hidrogénio verde

Água ultrapura (UPW) para hidrogénio verde

Um quilograma de hidrogénio contém 33 kWh de energia utilizável, cerca de três vezes a energia contida num quilograma de gasolina e gasóleo. Assim, é utilizado para uma vasta gama de aplicações, desde a geração e armazenamento de energia até às células de combustível para transporte. Faz também parte de processos industriais críticos, como o processo Haber-Bosch para a produção de amoníaco.

Aplicações de Hidrogénio

Figura 1 – A vasta gama de aplicações do hidrogénio

O hidrogénio pode ser sintetizado através de uma vasta gama de processos utilizando um hidrocarboneto, água ou ambos como base para a sua produção. No caso do hidrogénio verde, a eletrólise da água, alimentada por energia renovável, é utilizada para produzir este gás essencial de acordo com a seguinte equação:

O hidrogénio é produzido a partir de água ultrapura na proporção de 9:1, ou seja, são necessários nove quilogramas de água ultrapura para produzir um quilograma de hidrogénio. Ao contabilizar a cadeia de tratamento de água, a relação entre o consumo de água de alimentação e a produção de hidrogénio pode variar entre 15:1 e 30:1 aproximadamente, dependendo da fonte de alimentação.

Figura 2 - Água necessária para produzir um quilograma de hidrogénio dependendo da fonte de alimentação

Para garantir a máxima eficiência e proteger os eletrolisadores altamente sensíveis, a qualidade da água de alimentação deve cumprir os mais elevados padrões de qualidade. Para atingir estes requisitos, é geralmente necessário um sistema de desmineralização completo, incluindo osmose inversa de dupla passagem e eletrodeionização.

Como a água é recirculada continuamente dentro da unidade do electrolisador, quaisquer impurezas que passem pelo sistema de desmineralização ou contaminação proveniente do equipamento da unidade do electrolisador podem rapidamente acumular-se a níveis importantes. Para evitar a acumulação de contaminantes dentro do circuito do eletrolisador, pode ser aplicado um polidor no ponto de utilização para tratar uma fração ou a totalidade da água recirculada.

Figura 3 - Detalhamento dos preços de CAPEX e OPEX para centrais de hidrogénio verde

Enquanto o sistema de tratamento de água representa geralmente 1 a 5% do total das despesas de capital da central, as pilhas de electrolisadores representam 50 a 60% do total. É ainda mais importante ter um sistema adequadamente concebido a montante e que o circuito do eletrolisador esteja ligado. proteja as pilhas e aumente a sua vida útil.

Além disso, os custos de electricidade representam geralmente 60-80% de todas as despesas operacionais e são um dos principais factores de custos durante a existência de uma central. Uma unidade de tratamento adequada é novamente fundamental para garantir que não há acumulação de impurezas na superfície do eletrolisador que levaria a um maior consumo de eletricidade.

Produção UPW  ~ 2-5 kWh/m³     Eletrólise UPW ~ 5.000 kWh/m³

Figura 4 - Eletricidade aproximada necessária por m³ para a produção de UPW e eletrólise de UPW

Embora seja marginal tanto em CAPEX como em OPEX à escala da fábrica, um sistema de tratamento de água ineficaz ou inadequado pode levar a consequências graves:

• Dano na pilha do electrolisador
• Maior tempo de inatividade devido a paragens de manutenção mais frequentes
• Maior custo de propriedade devido ao maior consumo de eletricidade e água