hogyan működik?
az üzemanyagcellákhoz hasonlóan az elektrolizátorok egy anódból és egy elektrolittal elválasztott katódból állnak. A különböző elektrolizátorok kissé eltérő módon működnek, elsősorban a különböző típusú elektrolitanyagok miatt.
polimer elektrolit membrán Elektrolizátorok
egy polimer elektrolit membránban (PEM) elektrolizerben az elektrolit szilárd speciális műanyag.
- az anódnál a víz oxigén és pozitív töltésű hidrogénionok (protonok) képződésére reagál.,
- az elektronok egy külső áramkörön keresztül áramlanak, a hidrogénionok szelektíven mozognak a PEM-en a katód felé.
- a katódnál a hidrogénionok a külső áramkör elektronjaival együtt hidrogéngázt képeznek. Anódreakció: 2H2O → O2 + 4H + + 4e-Katódreakció: 4h + + 4e- → 2H2
Alkáli Elektrolizátorok
az alkáli elektrolizátorok hidroxidionok (Oh-) szállítása révén működnek a katódból az anódba, a katód oldalán hidrogén keletkezik., Elektrolizátorok folyékony Lúgos nátrium-vagy kálium-hidroxid-oldattal, mivel az elektrolit már évek óta kereskedelmi forgalomban kapható. Újabb megközelítések segítségével szilárd alkáli csere membránok, mint az elektrolit mutatja ígéret a laboratóriumi skála.
szilárd-oxid Elektrolizátorok
szilárd-oxid elektrolizátorok, amelyek szilárd kerámia anyagot használnak elektrolitként, amely szelektíven negatív töltésű oxigénionokat (O2-) vezet magas hőmérsékleten, hidrogént termel kissé eltérő módon.,
- a katódon lévő víz a külső áramkör elektronjaival együtt hidrogéngázt és negatív töltésű oxigénionokat képez.
- az oxigénionok áthaladnak a szilárd kerámia membránon, és az anódon reakcióba lépnek, hogy oxigéngázt képezzenek, és elektronokat generálnak a külső áramkör számára.
a szilárd-oxid elektrolizátoroknak elég magas hőmérsékleten kell működniük ahhoz, hogy a szilárd-oxid membránok megfelelően működjenek (körülbelül 700°-800°C, összehasonlítva a 70°-90°C-on működő PEM elektrolizerekkel, valamint a kereskedelmi alkáli elektrolizátorokkal, amelyek 100°-150°C-on működnek)., A szilárd-oxid elektrolizátorok hatékonyan használhatják az ilyen magas hőmérsékleten rendelkezésre álló hőt (különböző forrásokból, beleértve az atomenergiát is), hogy csökkentsék a vízből származó hidrogén előállításához szükséges elektromos energia mennyiségét.
miért veszik figyelembe ezt az utat?
az elektrolízissel előállított hidrogén a felhasznált villamos energia forrásától függően nulla üvegházhatású gázkibocsátást eredményezhet., A szükséges villamos energia forrását—beleértve annak költségeit és hatékonyságát, valamint a villamosenergia—termelésből származó kibocsátásokat-figyelembe kell venni az elektrolízissel történő hidrogéntermelés előnyeinek és gazdasági életképességének értékelésekor. Az ország számos régiójában a mai villamosenergia-hálózat nem ideális az elektrolízishez szükséges villamos energia biztosításához a felszabaduló üvegházhatású gázok és a villamosenergia-előállítási folyamat alacsony hatékonysága miatt szükséges üzemanyag mennyisége miatt., Az elektrolízissel történő hidrogéntermelést megújuló (szél) és nukleáris energia lehetőségek érdekében folytatják. Ezek az utak gyakorlatilag nulla üvegházhatású gázt és kritériumokat eredményeznek.
a megújuló energiatermeléssel való szinergia lehetősége
az elektrolízissel történő Hidrogéntermelés lehetőséget kínálhat a változó energiatermeléssel való szinergiára, amely egyes megújuló energiatermelési technológiákra jellemző. Például, bár a szélenergia költsége továbbra is csökken, a szél inherens változékonysága akadályozza a szélenergia hatékony felhasználását., A hidrogénüzemanyagot és a villamos energiát egy szélerőműparkba lehetne integrálni, lehetővé téve a rugalmasságot, hogy a termelés a lehető legjobban megfeleljen az erőforrások rendelkezésre állásának a rendszer működési igényeivel és a piaci tényezőkkel. Továbbá, a szélerőművekből származó túlzott villamosenergia-termelés idején, ahelyett, hogy a villamos energiát a szokásos módon csökkentenék, ezt a felesleges villamos energiát elektrolízis útján hidrogén előállítására lehet felhasználni.
fontos megjegyezni…,
- A mai hálózati villamos energia nem ideális áramforrás az elektrolízishez, mivel a villamos energia nagy részét olyan technológiák felhasználásával állítják elő, amelyek üvegházhatású gázok kibocsátását eredményezik, és energiaigényesek. A megújuló vagy atomenergia-technológiákat alkalmazó villamosenergia-termelés, akár a hálózattól elkülönítve, akár a hálózatkeverék növekvő részeként, lehetséges lehetőség a hidrogéntermelés ezen korlátozásainak elektrolízis útján történő leküzdésére.
- az Egyesült Államok., Az Energiaügyi és egyéb minisztérium továbbra is törekszik a megújuló alapú villamosenergia-termelés költségeinek csökkentésére, valamint a szénalapú villamosenergia-termelés hatékonyabb fejlesztésére szén-dioxid-leválasztással, – hasznosítással és-tárolással. A szélalapú villamosenergia-termelés például gyorsan növekszik az Egyesült Államokban és világszerte.
A kutatás a kihívások leküzdésére összpontosít
- az elektrolízisegység tőkeköltségének és a rendszer egyensúlyának csökkentésére, valamint a villamos energia hidrogénné történő átalakításának energiahatékonyságának javítására.,
- a kompresszió integrálása az elektrolízisbe, hogy elkerülje a hidrogén tárolására szolgáló nyomás növeléséhez szükséges külön hidrogénkompresszor költségeit.
