O âmbito da manutenção dos eletrolisadores é determinado por duas dimensões. A primeira dimensão é a profundidade da manutenção, que varia da menos extensa à mais abrangente: Revisão Geral do Eletrolisador, Revisão Geral do Eletrolisador, Desmontagem do Eletrolisador e, finalmente, Reconstrução do Eletrolisador. A segunda dimensão é o nível de substituição, que varia da unidade inteira à pilha de eletrólitos ou às células individuais, e é categorizada como Substituição do Eletrolisador, Substituição da Pilha de Eletrolitos e Substituição de Células/MEA. A combinação destas duas dimensões determina o tempo de inatividade, a lista de peças de substituição, os riscos técnicos e a condição final do ativo. Os litígios surgem frequentemente durante a fase de concurso de muitos projetos, e a causa principal é que estas duas dimensões não foram claramente definidas no contrato; o entendimento do fornecedor sobre a "revisão geral" e o entendimento do proprietário sobre a "revisão geral" diferem completamente em termos do âmbito da desmontagem, da proporção de componentes a substituir e dos critérios de aceitação do desempenho. Um orçamento para uma "Revisão Geral do Eletrolisador" pode incluir apenas a substituição de vedantes, enquanto um orçamento para uma "Revisão Geral Completa do Eletrolisador" pode envolver a substituição da maioria dos conjuntos de elétrodos de membrana (MEAs), resultando em diferenças significativas tanto no custo como no tempo de inatividade.
A revisão geral de um eletrolisador é um procedimento de manutenção abrangente realizado durante uma paragem programada, com o objetivo de restaurar o equipamento às condições de funcionamento. As condições típicas que desencadeiam a revisão geral em eletrolisadores alcalinos incluem: aumento do consumo de energia CC superior a 5% em relação ao valor de projeto; dispersão da distribuição de tensões da célula superior a ±3%; descascamento do revestimento de níquel cobrindo mais de 20% da superfície da placa; ou tempo de funcionamento acumulado atingindo as 30.000 horas. Os dados industriais indicam que a vida útil típica de um conjunto de eletrolisadores alcalinos é de aproximadamente 90.000 horas (cerca de 10 anos), enquanto os equipamentos auxiliares são normalmente concebidos para durar 20 a 30 anos. Isto significa que, ao longo do ciclo de vida do sistema, o conjunto exigirá, pelo menos, uma revisão geral completa. O procedimento padrão para uma “Revisão Geral do Eletrolisador” segue os princípios de desmontagem inversa e remontagem ordenada, começando com a desconexão da energia e limpeza das células, seguida pela purga com nitrogénio, desmontagem e etiquetagem, limpeza e inspeção, reparação e substituição e, finalmente, remontagem e aperto. Cada vez que um conjunto de elétrodos ou estruturas é removido, deve ser imediatamente numerado e fotografado para documentar a distribuição da corrosão e dos depósitos. Os produtos de corrosão suspeitos devem ser amostrados e enviados para análise por microscopia eletrónica de varrimento (MEV) e espectroscopia de dispersão de energia (EDS) para determinar a origem das impurezas.
O âmbito de uma Revisão Geral de Eletrolisador é mais vasto do que o de uma revisão padrão. Quando uma inspeção revela que mais de um terço das células do eletrolisador apresentam corrosão uniforme, ou quando a perda do revestimento do elétrodo excede 20% da espessura original, torna-se economicamente viável realizar uma intervenção mais extensa. Uma Revisão Geral de Eletrolisador inclui normalmente a desmontagem completa da pilha, a substituição da maioria dos conjuntos de elétrodos de membrana (MEAs), a inspeção e reparação das placas bipolares e, potencialmente, a substituição das placas terminais e dos componentes de compressão. Uma equipa de investigação do Centro Aeroespacial Alemão (DLR) conduziu uma análise de substituição de componentes célula a célula numa pilha de eletrolisador PEM comercial e descobriu que as membranas revestidas com catalisador contribuíram significativamente para a degradação do desempenho devido à contaminação e ao rearranjo do polímero. Foram também detetados vestígios de cálcio, provavelmente resultantes da purificação inadequada da água durante a operação. Esta descoberta impacta diretamente a estratégia de peças de substituição para uma Revisão Geral de Eletrolisador: se o sistema de tratamento de água não for atualizado simultaneamente, os conjuntos de elétrodos de membrana substituídos podem enfrentar as mesmas vias de contaminação.
A desmontagem de um eletrolisador é um procedimento de diagnóstico, não uma reparação propriamente dita. A bateria é aberta, cada célula é inspecionada, a compressão da junta é medida, a condição da membrana é registada, a espessura do revestimento do elétrodo é verificada e a planicidade da placa bipolar é confirmada. O procedimento operacional padrão publicado na revista *Frontiers in Energy Research* enfatiza a realização de uma inspeção visual preliminar dos componentes da bateria antes de qualquer limpeza ou tratamento, seguida de inspeções avançadas específicas para cada componente quando as constatações iniciais suscitam preocupações — incluindo a identificação de sinais de degradação, tais como alterações de cor, diferenças na textura, delaminação do elétrodo, furos ou fissuras. O resultado da desmontagem de um eletrolisador não é uma bateria reparada, mas sim um relatório de estado componente a componente que distingue as peças reutilizáveis daquelas que precisam de ser substituídas ou reparadas. Sem este relatório, as empresas de manutenção trabalham às cegas e os proprietários pagam por peças que podem não precisar de ser substituídas, além de correrem o risco de falha de componentes devido a uma avaliação inadequada. Nos contratos comerciais, a desmontagem do eletrolisador é normalmente a primeira fase de qualquer atividade de manutenção importante e serve de base de diagnóstico para todas as decisões de investimento subsequentes.
A reconstrução de um eletrolisador vai além de uma revisão geral, com o objetivo de repor o desempenho para níveis próximos dos originais. Durante a reconstrução, a pilha é completamente desmontada; todas as membranas e elétrodos são substituídos; as placas bipolares são substituídas ou revestidas; a camada de transporte porosa é renovada; e a pilha é remontada com novos componentes de compressão e vedantes. A INEOS Electrochemical Solutions conta com mais de 35 anos de experiência no desenvolvimento de revestimentos de elétrodos, e os seus serviços de renovação abrangem reparações e revestimentos de módulos para diversos projetos de eletrolisadores, demonstrando que a reconstrução de eletrolisadores já estabeleceu uma cadeia de serviços comerciais consolidada no setor. A Denora também oferece serviços de manutenção e renovação para diversas tecnologias de eletrolisadores, incluindo a reativação de elétrodos. O princípio fundamental da reconstrução de eletrolisadores é identificar com precisão a origem da degradação e substituir apenas os componentes afetados, em vez de substituir toda a unidade indiscriminadamente. Se a degradação se restringir apenas à camada catalítica do ânodo, enquanto o cátodo e as placas bipolares se mantiverem em condições aceitáveis, uma estratégia de substituição completa resultaria num desperdício desnecessário de material e num aumento dos custos.
A substituição de uma pilha de eletrólise situa-se entre uma revisão geral e uma substituição completa. A pilha é removida e uma nova pilha, ou uma pilha reconstruída, é instalada, mas a infraestrutura do sistema permanece em utilização. Esta é a abordagem preferida quando a pilha atingiu o fim da sua vida útil, mas o equipamento auxiliar ainda está dentro da sua vida útil prevista. O projeto de substituição da pilha do eletrolisador alcalino na BTU Cottbus fornece um exemplo prático: as pilhas antigas foram desmontadas passo a passo, com cada ligação documentada; os desenhos técnicos foram partilhados com o fornecedor da pilha de substituição para garantir que as novas pilhas pudessem ser instaladas nos vasos de pressão existentes sem modificações. A causa mais comum de falha nos projetos de substituição de pilhas não são os defeitos nas pilhas novas, mas sim a documentação incompleta da interface das pilhas antigas. Antes da remoção das pilhas antigas do local, devem ser tiradas fotografias de cada ligação, cada face do flange deve ser medida e as dimensões de cada junta devem ser registadas. Se o modelo original da pilha já não estiver em produção e não houver um substituto equivalente disponível, o novo projeto pode exigir modificações e trabalhos de integração, o que aumenta significativamente a complexidade e a duração do projeto. A análise de falhas do projeto Eurowind feita pela Force Technology indica também que a complexidade das decisões de substituição aumenta drasticamente quando não estão disponíveis substitutos equivalentes.
A substituição do eletrolisador refere-se à decisão de desativar as unidades existentes e instalar novas; não se trata de uma revisão geral, reconstrução ou substituição completa da pilha. Os fatores que justificam a substituição incluem uma relação entre reparação e substituição superior a 50% do valor de substituição, indisponibilidade de peças de substituição para arquiteturas de pilha obsoletas ou avanços tecnológicos que tornam a manutenção contínua antieconómica. Quando é realizada uma substituição do eletrolisador, a unidade removida torna-se um ativo reciclado. O processo de desativação envolve requisitos procedimentais rigorosos. Antes da desmontagem física, todas as ligações elétricas, de gás e de refrigeração devem ser submetidas a procedimentos de bloqueio e etiquetagem, e a unidade deve ser purgada e isolada com flanges cegas. As melhores práticas da H2Tools recomendam que a equipa de manutenção verifique se a pilha está descarregada, medindo a tensão da pilha antes de remover as proteções de segurança e as ligações elétricas. A documentação de desativação para uma substituição de eletrolisador deve incluir atualizações no registo de ativos, encerramento dos registos de manutenção e uma conciliação do inventário de peças sobressalentes. A falha em encerrar adequadamente estes registos é a razão pela qual os "ativos fantasmas" continuam a aparecer nos planos de manutenção anos após o desmantelamento físico.
As placas bipolares e as camadas de transporte porosas nas células eletrolíticas PEM contêm matérias-primas estrategicamente importantes, principalmente titânio e metais do grupo da platina. O projeto ReCycle da Universidade de Leoben estabeleceu uma estratégia de recuperação passo a passo que começa com a desmontagem manual para preservar a integridade dos componentes e minimizar a contaminação, seguida pela aplicação da tecnologia de lixiviação hidrometalúrgica para extrair seletivamente o titânio e os metais do grupo da platina. A desmontagem manual foi concluída com sucesso, conseguindo uma separação limpa das placas bipolares e das camadas de transporte porosas. A realidade comercial é que a desmontagem manual é trabalhosa, limitando a escalabilidade, e o processo de lixiviação química ainda não foi otimizado para a produção industrial. Para os operadores que planeiam uma revisão ou reconstrução de eletrolisadores, a abordagem prática consiste em separar os componentes de titânio por tipo e encaminhá-los para recicladores de titânio especializados com experiência comprovada no manuseamento de materiais revestidos. A taxa média de recuperação para o processamento de reciclagem de titânio é de aproximadamente 40%, com emissões de carbono incorporadas de cerca de 12.500 quilogramas de CO₂ equivalente por pilha de eletrolisador. O titânio que entrou em contacto com revestimentos de óxido de irídio ou ruténio requer a remoção do revestimento antes de entrar no fluxo de reciclagem. A eletrólise com ácido sulfúrico demonstrou ser eficaz na remoção de revestimentos contendo ruténio de ânodos de titânio, resultando numa menor corrosão do substrato de titânio e em maiores taxas de recuperação de metais preciosos. O projeto CircuPEM, do Fraunhofer UMSICHT, está a explorar um caminho circular completo para a recuperação de titânio, irídio e platina de conjuntos de elétrodos de membrana, com o objetivo de atingir taxas de recuperação próximas dos 100%.
O irídio é um fator limitante que restringe a viabilidade económica dos eletrolisadores PEM. O irídio não é extraído como matéria-prima primária, sendo recuperado exclusivamente como subproduto da mineração de platina. Para os operadores que planeiam uma revisão geral ou substituição de eletrolisadores, o teor de irídio nas membranas revestidas com catalisador representa um ativo recuperável que deve ser avaliado antes da eliminação da antiga unidade. O projecto IRION, financiado pela UE, está a desenvolver processos para recuperar irídio e materiais despolimerizados de membranas revestidas com catalisador em fim de vida. Estes processos utilizam líquidos iónicos, solventes eutéticos e outros solventes verdes, juntamente com métodos de eletrodeposição, para evitar as emissões nocivas associadas aos métodos tradicionais de calcinação. O irídio e os materiais despolimerizados recuperados são purificados e utilizados no fabrico de novas membranas revestidas com catalisador. O método patenteado da Johnson & Marsie descreve um processo que envolve lixiviação ácida oxidativa para recuperar platina, paládio e/ou ruténio, seguida de lixiviação ácida redutiva para recuperar irídio, com taxas de recuperação de metais do grupo da platina a atingirem 90% a 95%. A recuperação hidrometalúrgica de irídio a partir de resíduos de eletrolisadores enfrenta desafios impostos por concentrações extremamente baixas, formas de óxido estáveis e a procura de recuperação de elevada pureza; no entanto, a hidrometalurgia otimizada dirigida ao irídio pode atingir taxas de recuperação superiores a 90%. As membranas representam 20% a 30% do custo do conjunto; portanto, a retenção das membranas durante o processo de recuperação do catalisador tem valor económico direto.
A sequência para minimizar o custo total de propriedade segue uma hierarquia clara. Começa com uma avaliação das condições. Se a degradação for localizada, realize uma Revisão Planeada do Eletrolisador, que implica a substituição de componentes específicos. Se a degradação for generalizada, mas a arquitetura da pilha se mantiver intacta, realize uma Reconstrução do Eletrolisador, que envolve a substituição completa da membrana e dos elétrodos. Se a própria pilha tiver chegado ao fim da sua vida útil, mas a infraestrutura do sistema se mantiver viável, efetue uma Substituição da Pilha. Se toda a unidade estiver para além do âmbito de uma reparação economicamente viável, realize uma Substituição do Eletrolisador e recupere o valor do titânio e dos metais preciosos da unidade desativada. Uma Desmontagem do Eletrolisador precede cada etapa acima do nível de revisão mencionado e serve de base diagnóstica para cada decisão de investimento subsequente. Uma Revisão Geral do Eletrolisador só se justifica quando o relatório de condição gerado pela Desmontagem do Eletrolisador confirmar o âmbito da substituição.
Antes de solicitar um orçamento, é fundamental especificar claramente: se o âmbito abrange o eletrolisador, a pilha, a célula ou o conjunto de elétrodos de membrana; se o âmbito inclui uma revisão geral, uma revisão completa, a desmontagem, a reconstrução ou a substituição do eletrolisador; e quais os componentes que serão substituídos, incluindo membranas, elétrodos, placas bipolares, vedantes, placas terminais e fixadores; os critérios de aceitação devem incluir a taxa de fuga, a produção de hidrogénio, o consumo de energia, a pureza e a densidade de corrente; para a recuperação de peças usadas, especifique claramente os métodos de ensaio, as fórmulas de liquidação e a propriedade para a recuperação de titânio e metais preciosos ; os termos comerciais devem incluir os números de registo, a garantia, a propriedade das peças usadas e os períodos de inatividade.
Uma "Revisão Geral do Eletrolisador" restaura a funcionalidade. Uma "Revisão Geral Completa do Eletrolisador" substitui a maioria dos componentes ativos. A Desmontagem do Eletrolisador gera dados precisos sobre o estado de todo o equipamento. A Reconstrução do Eletrolisador restabelece o desempenho da pilha para níveis próximos dos de um equipamento novo. A Substituição da Pilha mantém o sistema em funcionamento, atualizando os seus componentes principais. A Substituição do Eletrolisador desativa o ativo e inicia o processo de recuperação de titânio e metais preciosos. As peças usadas não são consideradas resíduos; os componentes de titânio devem ser separados para reciclagem, os metais preciosos devem ser testados e refinados, e a receita da reciclagem de metais preciosos deve ser especificada no contrato.
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