Jak to działa?
podobnie jak ogniwa paliwowe, elektrolizery składają się z anody i katody oddzielonych elektrolitem. Różne elektrolizery działają w nieco inny sposób, głównie ze względu na inny rodzaj materiału elektrolitowego.
elektrolizery membranowe elektrolitu polimerowego
w elektrolizerze membrany elektrolitu polimerowego (PEM) elektrolit jest solidnym specjalnym tworzywem sztucznym.
- woda reaguje na anodzie, tworząc tlen i dodatnio naładowane jony wodorowe (protony).,
- elektrony przepływają przez obwód zewnętrzny, a jony wodoru selektywnie przemieszczają się przez PEM do katody.
- na katodzie jony wodorowe łączą się z elektronami z obwodu zewnętrznego, tworząc Gaz wodorowy. Reakcja anodowa: 2H2O → O2 + 4h+ + 4e – katoda reakcja: 4H+ + 4e – → 2H2
elektrolizery alkaliczne
elektrolizery alkaliczne działają poprzez transport jonów wodorotlenkowych (OH-) przez elektrolit z katody do anody z wytworzonym Wodorem po stronie katody., Elektrolizery wykorzystujące ciekły, alkaliczny roztwór wodorotlenku sodu lub potasu jako elektrolit są dostępne na rynku od wielu lat. Nowsze podejścia wykorzystujące stałe alkaliczne membrany wymienne jako elektrolit są obiecujące w skali laboratoryjnej.
Solid Oxide Electrolyzers
Solid oxide electrolyzers, które wykorzystują stały materiał ceramiczny jako elektrolit, który selektywnie przewodzi ujemnie naładowane jony tlenu (O2-) w podwyższonych temperaturach, generują wodór w nieco inny sposób.,
- woda na katodzie łączy się z elektronami z obwodu zewnętrznego, tworząc Gaz wodorowy i ujemnie naładowane jony tlenu.
- jony tlenu przechodzą przez stałą membranę ceramiczną i reagują na anodzie, tworząc Gaz tlenowy i generując elektrony dla obwodu zewnętrznego.
SOLID oxide electrolyzers musi działać w temperaturach wystarczająco wysokich, aby membrany stałe tlenku funkcjonować prawidłowo (około 700°-800°C, w porównaniu do elektrolizerów PEM, które działają w temperaturze 70°-90°C, i komercyjnych elektrolizerów alkalicznych, które działają w temperaturze 100°-150°C)., Stałe elektrolizery tlenkowe mogą skutecznie wykorzystywać ciepło Dostępne w tych podwyższonych temperaturach (z różnych źródeł, w tym energii jądrowej) w celu zmniejszenia ilości energii elektrycznej potrzebnej do produkcji wodoru z wody.
dlaczego rozważa się tę ścieżkę?
Wodór wytwarzany w drodze elektrolizy może skutkować zerową emisją gazów cieplarnianych, w zależności od źródła wykorzystywanej energii elektrycznej., Przy ocenie korzyści i opłacalności ekonomicznej produkcji wodoru w drodze elektrolizy należy wziąć pod uwagę źródło wymaganej energii elektrycznej—w tym jej koszt i wydajność, a także emisje wynikające z wytwarzania energii elektrycznej. W wielu regionach kraju dzisiejsza sieć energetyczna nie jest idealna do dostarczania energii elektrycznej wymaganej do elektrolizy ze względu na uwalniane gazy cieplarniane i ilość paliwa wymaganą ze względu na niską wydajność procesu wytwarzania energii elektrycznej., Produkcja wodoru w drodze elektrolizy jest kontynuowana w przypadku energii odnawialnej (wiatrowej) i jądrowej. Te drogi prowadzą do praktycznie zerowej emisji gazów cieplarnianych i kryteriów emisji zanieczyszczeń.
potencjał synergii z wytwarzaniem energii odnawialnej
produkcja wodoru poprzez elektrolizę może stwarzać możliwości synergii z wytwarzaniem energii zmiennej, co jest charakterystyczne dla niektórych technologii energii odnawialnej. Na przykład, chociaż koszt energii wiatrowej nadal spada, nieodłączna zmienność wiatru jest przeszkodą w skutecznym wykorzystaniu energii wiatrowej., Produkcja paliwa wodorowego i energii elektrycznej mogłaby być zintegrowana w farmie wiatrowej, co umożliwiłoby elastyczność w zakresie zmiany produkcji, tak aby jak najlepiej dopasować dostępność zasobów do potrzeb operacyjnych systemu i czynników rynkowych. Ponadto, w czasach nadprodukcji energii elektrycznej z farm wiatrowych, zamiast ograniczać energię elektryczną, jak to się powszechnie robi, możliwe jest wykorzystanie tej nadwyżki do produkcji wodoru poprzez elektrolizę.
warto zwrócić uwagę…,
- dzisiejsza energia elektryczna z sieci nie jest idealnym źródłem energii elektrycznej do elektrolizy, ponieważ większość energii elektrycznej jest wytwarzana przy użyciu technologii, które powodują emisję gazów cieplarnianych i są energochłonne. Wytwarzanie energii elektrycznej z wykorzystaniem technologii energii odnawialnej lub jądrowej, niezależnie od sieci lub jako rosnąca część mieszanki sieciowej, jest możliwym rozwiązaniem pozwalającym przezwyciężyć te ograniczenia produkcji wodoru w drodze elektrolizy.
- USA, Departament Energii i inni kontynuują wysiłki na rzecz obniżenia kosztów produkcji energii elektrycznej opartej na odnawialnych źródłach energii i rozwoju bardziej wydajnej produkcji energii elektrycznej opartej na węglu z wychwytywaniem, utylizacją i magazynowaniem dwutlenku węgla. Na przykład produkcja energii elektrycznej z wiatru szybko rośnie w Stanach Zjednoczonych i na całym świecie.
badania koncentrują się na pokonywaniu wyzwań
- obniżaniu kosztów kapitałowych jednostki elektrolizera i równowagi systemu oraz poprawie efektywności energetycznej konwersji energii elektrycznej na wodór.,
- włączenie sprężania do elektrolizera, aby uniknąć kosztów oddzielnej sprężarki wodoru potrzebnej do zwiększenia ciśnienia do magazynowania wodoru.
