Hoe werkt het?
net als brandstofcellen bestaan elektrolyzers uit een anode en een kathode gescheiden door een elektrolyt. Verschillende elektrolyzers functioneren op iets verschillende manieren, voornamelijk vanwege het verschillende type elektrolyt materiaal.
membraan van Polymeerelektrolyten Elektrolyzers
in een elektrolytmembraan van POLYMEERELEKTROLYTEN (PEM) is de elektrolyt een vaste speciale kunststof.
- Water reageert op de anode om zuurstof en positief geladen waterstofionen (protonen) te vormen.,
- de elektronen stromen door een extern circuit en de waterstofionen bewegen selectief over de PEM naar de kathode.
- aan de kathode combineren waterstofionen met elektronen uit het externe circuit om waterstofgas te vormen. Anodereactie: 2H2O → O2 + 4H + + 4e-Kathodereactie: 4H + + 4e- → 2H2
alkalische Elektrolyzers
alkalische elektrolyzers werken via transport van hydroxide-ionen (OH-) door de elektrolyt van de kathode naar de anode, waarbij aan de kathodezijde waterstof wordt gegenereerd., Elektrolyzers met een vloeibare alkalische oplossing van natrium – of kaliumhydroxide als elektrolyt zijn al vele jaren in de handel verkrijgbaar. Nieuwere benaderingen met behulp van vaste alkalische uitwisseling membranen als de elektrolyt zijn veelbelovend op de lab schaal.
Elektrolyzers in vaste Oxide
Elektrolyzers in vaste oxide die een vast keramisch materiaal gebruiken als elektrolyt dat bij verhoogde temperaturen selectief negatief geladen zuurstofionen (O2-) geleidt, genereren waterstof op een iets andere manier.,
- Water aan de kathode combineert met elektronen uit het externe circuit tot waterstofgas en negatief geladen zuurstofionen.
- de zuurstofionen gaan door het vaste keramische membraan en reageren op de anode om zuurstofgas te vormen en elektronen te genereren voor het externe circuit.
Elektrolyzers in vaste oxide moeten werken bij temperaturen die hoog genoeg zijn om de vaste oxidemembranen goed te laten functioneren (ongeveer 700° – 800°C, vergeleken met PEM-elektrolyzers, die werken bij 70°-90°C, en alkalische elektrolyzers in de handel, die werken bij 100°-150°C)., De vaste oxide elektrolyzers kunnen effectief gebruik maken van de warmte die beschikbaar is bij deze verhoogde temperaturen (uit verschillende bronnen, waaronder kernenergie) om de hoeveelheid elektrische energie die nodig is om waterstof te produceren uit water te verminderen.
Waarom wordt dit traject overwogen?
waterstof geproduceerd via elektrolyse kan leiden tot nul broeikasgassen, afhankelijk van de bron van de gebruikte elektriciteit., Bij de beoordeling van de voordelen en de economische haalbaarheid van de waterstofproductie via elektrolyse moet rekening worden gehouden met de bron van de benodigde elektriciteit, met inbegrip van de kosten en efficiëntie ervan, alsook met de emissies die het gevolg zijn van de elektriciteitsopwekking. In veel regio ‘ s van het land is het huidige elektriciteitsnet niet ideaal voor het leveren van de elektriciteit die nodig is voor elektrolyse vanwege de broeikasgassen die vrijkomen en de hoeveelheid brandstof die nodig is vanwege de lage efficiëntie van het elektriciteitsproductieproces., De productie van waterstof via elektrolyse wordt voortgezet voor opties op het gebied van hernieuwbare (wind) en kernenergie. Deze routes leiden tot vrijwel nul broeikasgassen en criteria verontreinigende emissies.
potentieel voor synergie met hernieuwbare energie energieopwekking
waterstofproductie via elektrolyse kan mogelijkheden bieden voor synergie met variabele energieopwekking, wat kenmerkend is voor sommige hernieuwbare energietechnologieën. Hoewel bijvoorbeeld de kosten van windenergie zijn blijven dalen, vormt de inherente variabiliteit van wind een belemmering voor het effectieve gebruik van windenergie., De opwekking van waterstofbrandstof en elektriciteit zou in een windmolenpark kunnen worden geïntegreerd, zodat de productie flexibel kan worden aangepast om de beschikbaarheid van hulpbronnen zo goed mogelijk af te stemmen op de operationele behoeften en marktfactoren van het systeem. Ook in tijden van overtollige elektriciteitsproductie van windparken, in plaats van het beperken van de elektriciteit, zoals gewoonlijk wordt gedaan, is het mogelijk om deze overtollige elektriciteit te gebruiken om waterstof te produceren door middel van elektrolyse.
Het is belangrijk om op te merken…,
- het huidige elektriciteitsnet is niet de ideale elektriciteitsbron voor elektrolyse, omdat het grootste deel van de elektriciteit wordt opgewekt met behulp van technologieën die resulteren in broeikasgasemissies en energie-intensief zijn. Elektriciteitsopwekking met behulp van hernieuwbare of nucleaire technologieën, los van het net of als een groeiend deel van de netmix, is een mogelijke optie om deze beperkingen voor waterstofproductie via elektrolyse te overwinnen.
- de VS, Ministerie van energie en anderen blijven inspanningen om de kosten van hernieuwbare-gebaseerde elektriciteitsproductie te brengen en de ontwikkeling van een efficiëntere steenkool-gebaseerde elektriciteitsproductie met koolstofafvang, gebruik en opslag. De productie van windenergie bijvoorbeeld groeit snel in de Verenigde Staten en wereldwijd.
het onderzoek richt zich op het overwinnen van uitdagingen
- het verminderen van de kapitaalkosten van de elektrolyzereenheid en het evenwicht van het systeem, en het verbeteren van de energie-efficiëntie voor de omzetting van elektriciteit in waterstof.,
- integratie van compressie in de elektrolyzer om de kosten te vermijden van een afzonderlijke waterstofcompressor die nodig is om de druk voor waterstofopslag te verhogen.
