Hvordan Fungerer det?
Som brenselceller, electrolyzers består av en anode og en katode atskilt med en elektrolytt. Ulike electrolyzers funksjon i litt forskjellige måter, i hovedsak på grunn av ulike type elektrolytt materiale som er involvert.
Polymer Elektrolytt Membran Electrolyzers
I en polymer elektrolytt-membran (PEM) electrolyzer, elektrolytten er en solid spesialitet plast materiale.
- Vann reagerer på anoden å danne oksygen og positivt ladet hydrogen ioner (protoner).,
- elektronene strømmer gjennom en ekstern krets og hydrogen ioner selektivt bevege seg over PEM til katoden.
- Ved katoden, hydrogen ioner kombinere med elektroner fra den ytre kretsen for å danne hydrogen gass. Anode Reaksjon: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e – Katode Reaksjon: 4H+ + 4e- → 2H2
Alkaliske Electrolyzers
Alkaliske electrolyzers opererer via transport av hydroksidioner (OH-) gjennom elektrolytten fra katoden til anoden med hydrogen blir generert på katoden side., Electrolyzers ved hjelp av en flytende alkalisk løsning av natrium-eller kaliumhydroksid som elektrolytt har vært kommersielt tilgjengelig i mange år. Nyere tilnærminger ved hjelp av solid alkaliske exchange membraner som elektrolytt viser lovende på lab-skala.
Solid Oxide Electrolyzers
Solid oxide electrolyzers, som bruker en solid keramisk materiale som elektrolytt som selektivt gjennomfører negativt ladet oksygen ioner (O2-) ved forhøyet temperaturer, generere hydrogen i en litt annen måte.,
- Vann på katoden kombinerer med elektroner fra den ytre kretsen for å danne hydrogen gass og negativt ladet oksygen ioner.
- oksygen ioner passerer gjennom solid keramisk membran og reagere ved anoden å danne oksygen gass og generere elektroner til den ytre kretsen.
Solid oxide electrolyzers må operere i temperaturer høy nok for solid oxide membraner for å fungere riktig (ca 700°-800°C, sammenlignet med PEM electrolyzers, som opererer på 70°-90°C, og kommersielle alkaliske electrolyzers, som opererer på 100°-150°C)., Solid oxide electrolyzers effektivt kan bruke varme tilgjengelig på disse høye temperaturer (fra ulike kilder, inkludert kjernekraft) for å redusere mengden av elektrisk energi som trengs for å produsere hydrogen fra vann.
Hvorfor Er Denne Veien Blir Vurdert?
Hydrogen produsert via elektrolyse kan resultere i null utslipp av klimagasser, avhengig av kilden til den elektrisiteten som brukes., Kilden av nødvendig elektrisitet—inkludert kost og effektivitet, samt utslipp som følge av kraftproduksjon—må vurderes når du vurderer fordeler og økonomisk levedyktighet av hydrogen produksjon via elektrolyse. I mange områder av landet, i dag er power grid er ikke ideelt for å gi strøm kreves for elektrolyse grunn av drivhusgasser utgitt, og hvor mye drivstoff som er nødvendige på grunn av den lave effektiviteten av elektrisitetsproduksjonen prosessen., Hydrogen produksjon via elektrolyse blir forfulgt for fornybar (vind) og kjernekraft valg. Disse veier resultere i praktisk talt null klimagasser og kriterier forurensende utslipp.
Potensial for synergi med fornybar energi kraftproduksjon
Hydrogen produksjon via elektrolyse kan tilby muligheter for synergi med variabel kraftproduksjon, som er karakteristisk for noen av fornybar energiteknologi. For eksempel, selv om kostnaden for vindkraft har fortsatt å falle, den iboende variabilitet av vind er et hinder for effektiv bruk av vindkraft., Hydrogen drivstoff og elektrisk kraftproduksjon kan være integrert i en vindpark, slik at fleksibilitet til å dreie produksjonen slik at de best passer resource tilgjengelighet med systemet operative behov og marked faktorer. Også i tider med overflødig produksjon av elektrisitet fra vindkraft, i stedet for å begrense elektrisitet som er vanligvis gjort, det er mulig å bruke denne overskytende elektrisitet til å produsere hydrogen gjennom elektrolyse.
Det er viktig å merke…,
- Dagens rutenett elektrisitet er ikke ideell kilde til elektrisitet for elektrolyse fordi de fleste av elektrisitet som er generert ved hjelp av teknologier som resulterer i utslipp av klimagasser og er energiintensive. Elektrisitetsproduksjon ved hjelp av fornybar eller kjernekraft teknologier, enten separat fra nettet, eller som en voksende del av nettet blanding, er en mulig alternativ til å omgå disse begrensningene for hydrogen produksjon via elektrolyse.
- USA, Institutt for Energi-og andre fortsette arbeidet for å få ned kostnadene for fornybar-basert produksjon av elektrisitet og å utvikle en mer effektiv kull-basert kraftproduksjon med fangst, bruk og lagring. Vind-basert produksjon av elektrisitet, for eksempel, er i sterk vekst i Usa og globalt.
Forskning Fokuserer På å Overvinne Utfordringene
- for å Redusere kapitalkostnad av electrolyzer enhet og balanse i systemet, og forbedre energieffektivitet for konvertering av elektrisitet og hydrogen.,
- å Integrere komprimering i electrolyzer å unngå kostnadene ved en egen hydrogen kompressor nødvendig for å øke trykket for hydrogen storage.
