それはどのように動作しますか？
燃料電池と同様に、電解槽は陽極と陰極からなり、電解質で分離されています。 異なる電解槽は、主に関与する異なるタイプの電解質材料のために、わずかに異なる方法で機能する。
高分子電解質膜電解槽
高分子電解質膜（PEM）電解槽において、電解質は固体特殊プラスチック材料である。
- 水は陽極で反応して酸素と正に荷電した水素イオン（陽子）を形成する。,
- 電子は外部回路を通って流れ、水素イオンは選択的にPEMを横切って陰極に移動します。
- 陰極では、水素イオンが外部回路からの電子と結合して水素ガスを形成する。 アノード反応：2H2O→O2+4H++4e-カソード反応：4H++4e-→2H2
アルカリ性電解槽
アルカリ性電解槽は、カソード側で水素が生成され、カソードからアノードに電解質を介して水酸化物イオン（OH-）を輸送することによって動作する。, 電解質としてナトリウムまたは水酸化カリウムの液体アルカリ溶液を用いた電解槽は、長年にわたって市販されてきた。 電解質として固体アルカリ交換膜を用いた新しいアプローチは、実験室スケールで約束を示している。
固体酸化物電解槽
固体酸化物電解槽は、高温で負に帯電した酸素イオン（O2-）を選択的に伝導する電解質として固体セラミック材料を用いて、若干異なる方法で水素を生成する。,
- 陰極の水は、外部回路からの電子と結合して水素ガスおよび負に帯電した酸素イオンを形成する。
- 酸素イオンは固体セラミック膜を通過し、陽極で反応して酸素ガスを形成し、外部回路のための電子を生成する。
固体酸化物電解槽は、固体酸化物膜が正常に機能するのに十分高い温度で動作しなければならない（約700°-800°C、70°-90°Cで動作するPEM電解槽、および100°-150°Cで動作する市販のアルカリ電解槽と比較して）。, 固体酸化物電解槽は、水から水素を生成するのに必要な電気エネルギーの量を減らすために、これらの高温（原子力エネルギーを含む様々な源から）で利用可能な熱を効果的に利用することができる。
なぜこの経路が考慮されているのですか？
電気分解によって生成される水素は、使用される電力源に応じて、温室効果ガスの排出をゼロにする可能性があります。, 電気分解による水素生産の利点と経済的実行可能性を評価する際には、コストと効率、発電による排出量など、必要な電力源を考慮する必要があり 国の多くの地域では、今日の電力網は、放出される温室効果ガスと発電プロセスの効率が低いために必要な燃料の量のために、電気分解に必要な電気を提供するのに理想的ではありません。, 電気分解による水素生産は、再生可能エネルギー（風力）と原子力エネルギーの選択肢のために追求されている。 これらの経路は、実質的にゼロの温室効果ガスと基準汚染物質排出をもたらします。
再生可能エネルギー発電とのシナジーの可能性
電気分解による水素製造は、再生可能エネルギー技術の特徴である可変発電とのシナジーの機会を提供する可能性がある。 例えば、風力発電のコストは引き続き低下しているが、風力の固有の変動は風力発電の有効利用の障害となっている。, 水素燃料と発電を風力発電所に統合することで、システム運用ニーズや市場要因に合わせてリソースの可用性に合わせて生産を柔軟にシフトできます。 また、風力発電所からの余剰電力生産の際には、一般的に行われているように電力を削減するのではなく、この余剰電力を電気分解によって水素
注意することが重要です。..,
- 今日のグリッド電力は、電気分解のための理想的な電力源ではありません。 電気分解による水素製造の限界を克服するためには、グリッドとは別に、またはグリッドミックスの成長部分として、再生可能エネルギーまたは原子力エネルギー技術を使用した発電が可能です。
- アメリカ, エネルギー省などは、再生可能エネルギーベースの電力生産のコストを削減し、炭素回収、利用、貯蔵によるより効率的な石炭ベースの電力生産を開発するための取り組みを続けている。 たとえば、風力による電力生産は、米国および世界的に急速に成長しています。
研究は、課題の克服に焦点を当てています
- 電解槽ユニットの資本コストとシステムのバランスを削減し、電気を水素に変換するためのエネルギー効率を向上させることに焦点を当てています。,
- 水素貯蔵のための圧力を増加させるために必要な別の水素圧縮機のコストを回避するために、電解槽に圧縮を統合する。
