GENERACIÓN HIDRÓGENO MEDIANTE ELECTRÓLISIS

La energía libre de Gibbs (∆G), es la que determina si una reacción química puede suceder o no puede suceder (de forma espontánea). Un valor negativo (∆G<0) establece que la reacción será espontánea.

Una celda electrolítica permite transformar energía eléctrica a partir de la energía química de una reacción, en nuestro caso a partir de la descomposición del agua, en hidrógeno y oxígeno, y viceversa.

El flujo de electrones se desplaza del ánodo al cátodo, debido a la diferencia de potencial que existe entre los dos electrodos conectados por un circuito externo. La diferencia de potencial se expresa matemáticamente mediante la ecuación de Nersnt.

Donde, E es el potencial corregido, E0 el potencial en condiciones estándar, R la constante de los gases 8,314 J/K·mol, T la temperatura en Kelvin, F la constante de Faraday 96500 C/mol, n la cantidad de electrones que participan en la reacción y Q el cociente de la reacción

Idealmente:

Evitar el Crossover de gases, con un separador pero que al mismo tiempo permita el la transferencia de iones, para cerrar el circuito.

Los electrodos que permitan, para no ir perdiendo su propia superficie, los gases que se van generando, y electrodos que maximicen la superficie.

Dependencia con el PH

Si bien el potencial que necesitas es siempre el mismo para que se produzca la reacción, con independencia del PH (Eº=1.229 eV, 25ºC, 1 atm), los catalizadores no trabajan igual. En ph ácido (PH=0, extremadamente ácido) el potencial que necesitas en ánodo para oxidar el agua, es mayor que el que con un PH básico, de igual forma el potencial negativo, que necesita desarrollar el catalizado en el cátodo para reducir el hidrógeno es mayor(en valor absoluto) en medio básico que en medio ácido.

Dependencia del la pureza del agua

La tecnología de intercambio iónico será la que determine los requerimientos de calidad pureza del agua. Así por ejemplo en la celdas Alcalinas es necesario mantener PH básicos, la carbonatación del agua, reduciría la concentración de OH, acidificando el medio, y perjudicando el proceso, entro otro dañando los materiales, con los que estas celdas se fabrican, por su estabilidad para ph bajos. Por otro lado las tecnologías con membranas, e intercambio protones, pueden bloquearse, con los cationes que pueden llegar a portar las sales disueltas en el agua, por esta razón, por lo que estas tecnologías requieren de aguas con un alto grado de pureza.

Efecto de temperatura de trabajo

En todo el intervalo T,P de interés, la reacción de disociación del agua es no espontánea. El requerimiento de energía total ΔH(T,P) es casi constante: la discontinuidad a (100°C; 1 bar) se debe a la vaporización del agua.

El cambio de entropía también es casi constante (la discontinuidad a 100 C; 1 bar también se debe a la vaporización del agua y al calor necesario para la entropía cambio es una función lineal de la temperatura). Como resultado de tales tendencias, ΔG(T,P) disminuye con la temperatura.

ΔG(T, P) = ΔH( T, P) – T ΔS(T, P)

Un análisis superficial llevaría a la conclusión de que es más ventajoso dividir el agua a Temperaturas elevadas (600–900°C) que en condiciones de temperatura ambiente cercana porque aproximadamente 1/3 de la demanda total de energía se puede suministrar como calor.

El kWh de electricidad es aproximadamente 4-5 veces más caro que el kWh de calor cuando la electricidad se produce utilizando una máquina térmica. Pero este no es el caso cuando las fuentes de energía renovables (paneles solares o turbina de viento).