Por qué los electrolizadores alcalinos destacan con agua de baja pureza

La ciencia detrás de la tolerancia alcalina: papel de los iones hidroxilo (OH–)

Los electrolizadores alcalinos funcionan utilizando iones hidróxido OH⁻ en sus electrolitos líquidos, generalmente una solución de hidróxido de potasio o hidróxido de sodio del 20 al 30 por ciento. Estos crean un entorno de alto pH que ayuda a neutralizar contaminantes ácidos molestos, como cloruros y sulfatos, presentes en muchas fuentes de agua. Esta composición química otorga a estos sistemas una resistencia natural frente a impurezas, por lo que no requieren el agua extremadamente pura que necesitan los sistemas PEM. Y todos sabemos que los sistemas PEM tienen problemas de envenenamiento del catalizador debido a diversos contaminantes. Un informe reciente del Hydrogen Council de 2024 mostró además algo interesante: los iones OH⁻ mejoran la conductividad iónica aproximadamente 1,7 veces más que en condiciones normales. Esto significa que el sistema puede funcionar sin problemas incluso cuando hay sólidos disueltos presentes a niveles tan altos como 500 partes por millón, lo que los hace bastante versátiles para diferentes entornos operativos.

Cómo los electrolitos líquidos amortiguan frente a impurezas comunes

El electrolito alcalino circulante funciona como un tampón dinámico de impurezas:

• Los iones de metales pesados precipitan como hidróxidos insolubles, minimizando el ensuciamiento de los electrodos
• Las partículas en suspensión se retienen dentro de la matriz del electrolito en lugar de obstruir componentes críticos
• Los iones bicarbonato se descomponen en CO₂ y agua bajo condiciones alcalinas, evitando problemas de cruce de gases

Las pruebas muestran que los sistemas alcalinos mantienen una eficiencia del 92 % con agua de alimentación que contiene 100 ppm de sílice, mientras que el rendimiento de las PEM disminuye un 18 % en las mismas condiciones. Esta robustez ha llevado al Consorcio Global de Electrolizadores a recomendar la tecnología alcalina para fuentes de agua salobre o de baja calidad.

Ejemplo del mundo real: Producción de hidrógeno utilizando agua de río en proyectos piloto

Un proyecto piloto en el sudeste asiático de 2023 operó con éxito electrolizadores alcalinos usando agua de río sin tratar (pH 6,8, turbidez 25 NTU), requiriendo únicamente sedimentación básica. Tras 8.000 horas de funcionamiento continuo, no se observó degradación de voltaje, demostrando:

• Una reducción del 3,3 % en el costo nivelado del hidrógeno en comparación con los sistemas PEM que dependen de desionización
• 45 % menos demanda de energía para el pretratamiento
• Viabilidad para la implementación a gran escala en regiones que carecen de infraestructura de agua ultrapura

Estos resultados destacan la ventaja práctica de los sistemas alcalinos en entornos descentralizados o con recursos limitados.

Sistemas alcalinos frente a electrolizadores PEM: requisitos de pureza del agua comparados

Exigencias estrictas de pureza del agua en electrolizadores PEM y AEM

Para los electrolizadores PEM (membrana de intercambio protónico) y AEM (membrana de intercambio aniónico), es absolutamente necesario utilizar agua desionizada con una resistividad superior a 1 MΩ·cm si se desea evitar problemas futuros como el ensuciamiento de la membrana o la degradación del catalizador. Cuando estos sistemas entran en contacto con agua que contiene más de 50 partes por mil millones de iones metálicos, su rendimiento disminuye significativamente, con una pérdida de eficiencia entre el 15 % y el 20 %, según informó recientemente Hyfindr. Los sistemas alcalinos presentan una situación diferente. Soportan impurezas en niveles de 10 a incluso 100 veces superiores a los que pueden manejar los PEM, ya que su electrolito líquido de KOH actúa como una barrera contra los contaminantes. Esto los hace mucho más tolerantes respecto a los requisitos de calidad del agua.

Compromiso de eficiencia: ¿Justifica el rendimiento del PEM sus exigencias de pureza?

Los electrolizadores PEM funcionan con eficiencias mejores, del orden del 75 al 80 por ciento, en comparación con el aproximado 60 al 70 por ciento que observamos en las unidades alcalinas. Pero aquí hay un inconveniente, ya que hacerlos funcionar tiene un costo bastante elevado en lo que respecta a mantener el agua lo suficientemente pura para su operación. Para producir solo un kilogramo de hidrógeno, los sistemas PEM necesitan entre nueve y doce litros de agua desionizada, según la investigación de ACS Industries de 2025. Eso es significativamente más que los cinco a ocho litros requeridos por los métodos alcalinos tradicionales. Y si además consideramos que la tecnología PEM depende fuertemente de esos costosos catalizadores del grupo del platino, el costo total termina siendo entre un 25 % y hasta un 40 % mayor que el de los sistemas alcalinos a lo largo del tiempo. Por tanto, aunque técnicamente sean más eficientes, los gastos adicionales reducen considerablemente cualquier ventaja económica que pudieran ofrecer.

Diferencias clave en sensibilidad a contaminantes y durabilidad del sistema

Los electrolizadores alcalinos pueden manejar todo tipo de impurezas sin descomponerse, incluyendo cloruros, sulfatos e incluso sílice, que tienden a destruir las membranas PEM con el tiempo. ¿El resultado? Estos sistemas duran mucho más en condiciones reales. Estamos hablando de vidas operativas que van desde aproximadamente 60.000 hasta casi 90.000 horas para los modelos alcalinos, lo que equivale a casi el doble de lo que logran la mayoría de los equipos PEM en su mejor momento (típicamente entre 30.000 y 45.000 horas). Otra gran ventaja de la tecnología alcalina proviene de su diseño sencillo del stack. Esta simplicidad significa menos problemas en el mantenimiento y reduce significativamente los costos de reparación, reduciéndolos a menudo entre un 35 % y la mitad en comparación con otras opciones disponibles actualmente en el mercado.

Despliegue creciente en regiones con escasez de agua y zonas remotas

Análisis de tendencias: Adopción en áreas con purificación limitada de agua dulce

En lugares donde las instalaciones de tratamiento de agua potable no existen o simplemente no son prácticas de operar, las personas están recurriendo cada vez más a electrolizadores alcalinos. Estos sistemas pueden funcionar con prácticamente cualquier fuente de agua local que encuentren, ya sea de ríos o incluso agua ligeramente salada, sin necesidad de pasos sofisticados de preprocesamiento. Eso los hace muy útiles para instalar estaciones de generación de hidrógeno lejos de los centros poblacionales principales. Tomemos como ejemplo un caso de prueba reciente de 2023. Lograron mantenerse operando con una eficiencia del 92 % incluso utilizando agua de río cruda que contenía bastante sedimento y más de 15 partes por millón de sustancias disueltas. En la región de Asia-Pacífico esta tendencia ha cobrado impulso recientemente. Los sistemas alcalinos ofrecen a las personas comunes una alternativa frente a los filtros de agua militares extremadamente costosos. Y no olvidemos que estas instalaciones reducen en aproximadamente un tercio la cantidad de energía necesaria para la preparación del agua en comparación con los métodos tradicionales.

Beneficios de sostenibilidad: Reducción de la dependencia de la infraestructura de agua desionizada

Al tolerar calcio (hasta 50 mg/L) y sílice (hasta 20 mg/L), los electrolizadores alcalinos eliminan la necesidad de sistemas de ósmosis inversa o intercambio iónico, que consumen entre 2 y 4 kWh/m³ de agua tratada. Esto reduce significativamente:

• Emisiones de carbono entre un 18% y un 22% por kilogramo de hidrógeno producido
• Gastos de capital para infraestructura de tratamiento de agua entre 400.000 y 740.000 dólares (Ponemon 2023)
• Tiempo de inactividad por mantenimiento causado por el ensuciamiento de membranas en unidades de purificación

Esta eficiencia se alinea con el Objetivo de Desarrollo Sostenible 6 de las Naciones Unidas, especialmente en regiones áridas donde menos del 5 % del agua disponible cumple naturalmente con los estándares de pureza industrial, lo que convierte a la electrólisis alcalina en una vía sostenible para la expansión del hidrógeno verde.

Preguntas frecuentes

• ¿Qué hace que los electrolizadores alcalinos sean mejores para el agua de baja pureza? Los electrolizadores alcalinos utilizan iones hidróxido que crean un entorno de pH elevado, neutralizando los contaminantes ácidos. Esta estructura resiste naturalmente las impurezas, a diferencia de los electrolizadores PEM que requieren agua ultra pura para evitar el envenenamiento del catalizador y otros problemas.
• ¿Cómo manejan los electrolizadores alcalinos las impurezas? Su electrolito líquido actúa como un tampón, precipitando los metales pesados como hidróxidos insolubles y capturando partículas en suspensión para prevenir obstrucciones y ensuciamiento de los electrodos.
• ¿Por qué se prefieren los sistemas alcalinos en áreas remotas y con escasez de agua? Pueden operar eficientemente con una variedad de fuentes de agua sin el procesamiento previo extenso requerido por otros sistemas, lo que los hace ideales para la producción descentralizada de hidrógeno en zonas con acceso limitado a agua purificada.
• ¿Cuáles son las implicaciones de eficiencia y costo de los electrolizadores alcalinos en comparación con los PEM? Aunque los sistemas PEM son ligeramente más eficientes, los sistemas alcalinos son más rentables porque requieren menos agua pura, utilizan catalizadores menos costosos y tienen una mayor durabilidad, lo que reduce los costos operativos generales.