La Universidad de Bayreuth desarrolla investigaciones sobre electrólisis de alta temperatura (high-temperature electrolysis, HTEL, por sus siglas en inglés) en el marco de los proyectos emblemáticos sobre hidrógeno financiados por el Ministerio Federal de Educación e Investigación de Alemania.
El proyecto H₂Giga se centra en la investigación, el desarrollo y la producción industrial de electrolizadores de alto rendimiento y bajo coste para satisfacer la demanda alemana de hidrógeno verde.
Uno de los siete “proyectos de ampliación” de H₂Giga es el proyecto H₂Giga “HTs: HTEL Stacks – Ready for Gigawatt” coordinado por la empresa Sunfire. La Cátedra de Ingeniería de Materiales Cerámicos recibe una financiación de más de 950.000 euros en este proyecto de colaboración durante casi cuatro años.
El hidrógeno verde almacena grandes cantidades de energía producida de forma sostenible y puede transportarse a largas distancias. Por ello, tendrá una importancia fundamental para nuestro futuro suministro de energía.
Ya es previsible que la futura demanda sólo en Alemania ascienda a varios cientos de millones de toneladas anuales. Para satisfacer esta demanda, se necesitan electrolizadores eficientes, robustos y rentables que dividan las moléculas de agua utilizando energía eléctrica de fuentes sostenibles para producir hidrógeno.
Los electrolizadores tienen que producirse en masa a escala industrial y ser capaces de cumplir el objetivo de la estrategia del hidrógeno de la Unión Europea de 40 gigavatios de capacidad de electrólisis para 2030.
La electrólisis de alta temperatura (HTEL) ha demostrado ser una tecnología especialmente prometedora para la producción de hidrógeno verde.
Las células HTEL conectadas en serie, conocidas como pilas HTEL, sirven como electrolizadores. Sin embargo, para que la industria energética tenga acceso a pilas y células HTEL a gran escala en un futuro próximo, todavía son necesarias medidas considerables en los esfuerzos de investigación y desarrollo. Estos esfuerzos abarcan la vida útil, los costes de los materiales, la eficiencia, las nuevas tecnologías para la fabricación de pilas, así como su uso para la producción de hidrógeno en las altas cantidades requeridas.
Aquí es precisamente donde el proyecto H₂Giga “HTs: HTEL Stacks – Ready for Gigawatt”. La Cátedra de Ingeniería de Materiales Cerámicos de la Universidad de Bayreuth se encarga de la investigación y el desarrollo decisivos en este proyecto de colaboración.
Tanto las nuevas pilas de electrolizadores como las que ya están en funcionamiento deben ser investigadas en cuanto a su microestructura y propiedades termomecánicas.
Es especialmente importante que la resistencia de las celdas se mantenga a altas temperaturas de hasta 850 grados Celsius. Sólo cuando se comprendan científicamente las relaciones entre la microestructura y las propiedades termomecánicas será posible predecir los procesos de envejecimiento de las células y desarrollar estrategias para una mayor longevidad.
“Con las competencias especiales y los muchos años de experiencia investigadora que hemos adquirido en proyectos anteriores sobre pilas de combustible y la caracterización de películas cerámicas muy finas, podremos hacer importantes contribuciones a un suministro energético sostenible basado en el hidrógeno”, afirma el Prof. Dr.-Ing. Stefan Schafföner, catedrático de Ingeniería de Materiales Cerámicos. El trabajo de investigación de su equipo se financiará con carácter retroactivo desde el 1 de mayo de 2021 hasta el 31 de marzo de 2025.
El próximo trabajo en Bayreuth utilizará métodos de investigación experimental como la microscopía electrónica de luz y de barrido, la difracción de rayos X y la tecnología de excitación de impulsos no destructiva.
Los parámetros mecánicos de las láminas finas de cerámica se determinarán hasta los 850 grados Celsius mediante pruebas de anillo sobre anillo y ensayos de tracción con un extensómetro láser.
Para ello se utilizará la nueva y única máquina de ensayos universales a alta temperatura del grupo de investigación, financiada por la Fundación Alemana de Investigación (DFG) y el TechnologieAllianzOberfranken a finales de 2020. Además del trabajo experimental, se realizarán simulaciones mediante el método de elementos finitos para analizar la vida útil de las células HTEL.
En lo que respecta a la aplicación industrial de las pilas HTEL, la Cátedra de Materiales Cerámicos colaborará con numerosos socios del mundo académico y de la industria en el proyecto conjunto “HTs: HTEL Stacks – Ready for Gigawatt”. La gestión organizativa general del proyecto de colaboración está en manos de Sunfire GmbH en Dresde.
Antecedentes:
Los proyectos emblemáticos sobre el hidrógeno son la mayor iniciativa de investigación del BMBF hasta la fecha sobre el tema de la transición energética. En los proyectos líderes liderados por la industria, ésta y la ciencia están desarrollando conjuntamente soluciones para la economía alemana del hidrógeno: producción en serie de electrolizadores para la producción de hidrógeno (H₂Giga), producción de hidrógeno en alta mar (H₂Mare), soluciones de transporte para el hidrógeno verde (TransHyDE).
Los proyectos emblemáticos de hidrógeno financiados por el BMBF son el resultado de un concurso de ideas: se invitó a la ciencia, la industria y la sociedad civil a presentar ideas para proyectos de hidrógeno a gran escala. Más de 240 socios se han reunido y recibirán una financiación total de unos 740 millones de euros. Los proyectos emblemáticos del hidrógeno se financiarán durante un periodo de cuatro años.
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