Un elektrolizer Jest to urządzenie lub sprzęt używany do przeprowadzania procesu zwanego elektrolizą, który jest reakcją chemiczną zachodzącą, gdy prąd elektryczny przepływa przez ciecz lub substancję rozpuszczoną w wodzie, znaną jako elektrolit. Elektrolizer jest kluczem do transformacji energetycznej, którą musimy przeprowadzić, aby zagwarantować planecie przyszłość energetyczną.
W tym artykule powiemy Ci, czym jest elektrolizer, jakie są jego cechy, rodzaje i wiele więcej.
Co to jest elektrolizer
Elektrolizer zazwyczaj składa się z dwie elektrody zanurzone w elektrolicie, jedna zwana anodą, a druga katodą. Elektrody te są podłączone do źródła energii elektrycznej, takiego jak bateria lub generator. Poprzez zastosowanie ciągłego prądu elektrycznego do elektrolitu przez elektrody zachodzi elektroliza.
Podczas procesu elektrolizy jony obecne w elektrolicie są rozkładane na pierwiastki składowe w wyniku reakcji chemicznych. Na anodzie jony ujemne, znane jako aniony, tracą elektrony i tworzą substancje gazowe, podczas gdy na katodzie jony dodatnie, zwane kationami, zyskują elektrony i również tworzą substancje gazowe. Te wytwarzane gazy to zazwyczaj wodór i tlen.
Elektrolizer jest używany głównie do produkcji wodoru, który jest czystym i wszechstronnym gazem wykorzystywanym w różnych zastosowaniach. Wodór wytwarzany przez elektrolizer może być wykorzystywany jako paliwo w ogniwach paliwowych do wytwarzania energii elektrycznej, jako surowiec do produkcji amoniaku i innych chemikaliów, a nawet jako środek magazynowania energii odnawialnej.
Proces elektrolizy w elektrolizerze wymaga zewnętrznego źródła energii do napędzania reakcji. Tym źródłem energii może być energia elektryczna, ale może to być również energia słoneczna, wiatrowa lub inna forma energii odnawialnej, co pozwala na produkcję wodoru za pomocą elektrolizera jako zrównoważoną alternatywę dla paliw kopalnych, stąd znaczenie elektrolizera. transformacja energetyczna.
Zaleta
Niektóre zalety stosowania elektrolizerów to:
- Wytwarzany wodór jest bardzo czysty.
- Może być produkowany tam, gdzie i kiedy trzeba go użyć, i niekoniecznie musi być przechowywany.
- Jest to znacznie tańsza metoda niż zasilanie gazem z butli wysokociśnieniowych.
Na całym świecie jest wystarczająco dużo naturalnych zasobów energii słonecznej i wiatrowej, aby wyprodukować cały wodór potrzebny do zastosowań stacjonarnych, przenośnych i transportowych. Elektroliza ma potencjał, aby spełnić wymagania wielu rządów na całym świecie.
Typ elektrolizerów
Istnieje wiele sposobów budowy i konfiguracji elektrolizera i podobnie jak w przypadku ogniwa paliwowego można stosować różne elektrolity. Istnieje wiele rodzajów elektrolizerów, które możemy znaleźć:
elektrolizer alkaliczny
Elektrolizer alkaliczny jest obecnie najbardziej dojrzałą technologią. Ich główną cechą jest to, że posiadają ciekły elektrolit i za pomocą separatora (najczęściej wodorotlenku potasu (KOH) lub wodorotlenku sodu (NaOH)) tworzymy separację gazów pomiędzy stroną katodową a anodową.
Elektrolizery zużywają około 5 kW na nominalny metr sześcienny wyprodukowanego wodoru. Działają przy gęstościach ok stosunkowo niskie prądy od 200 do 600 mikroamperów na centymetr kwadratowy. Elektrolizery alkaliczne działają dobrze w temperaturach roboczych od 25 do 100°C i ciśnieniach od 1 do 30 barów.
Jest to obecnie najbardziej dojrzałe rozwiązanie komercyjne i najtańsze w produkcji. Zwykle wynosi około 1.000 euro za zużyty kilowat. Główną zaletą jest to, że technologia jest już opracowywana i jest dobrze znana. Główną wadą jest to, że elektrolit, którego używają, jest elektrolitem płynnym, więc konstrukcja nie jest zwarta i nie reagują szybko na zmiany mocy, więc nie są uważane za najlepszą opcję łączenia z energią odnawialną.
Polimerowy elektrolizer membranowy
Elektrolizery oparte na polimerowych membranach elektrolitycznych (PEM) są bardzo popularne i wiele nowoczesnych elektrolizerów jest budowanych w technologii PEM. Elektrolizery PEM wykorzystują ten sam rodzaj elektrolitu co ogniwa paliwowe PEM.
Elektrolity to cienkie, stałe membrany przewodzące jony, które są stosowane zamiast roztworów wodnych. Te elektrolizery mają konstrukcję bipolarną i mogą pracować przy dużej różnicy ciśnień na membranie.
Elektrolizery PEM są popularne, ponieważ wiele typowych problemów z ogniwami paliwowymi PEM nie ma zastosowania. Woda dostarczana do katody może być również łatwo wykorzystana do chłodzenia akumulatora, a zarządzanie wodą jest łatwiejsze, ponieważ katoda musi być wypełniona wodą. Wodór wytwarzany przez ten elektrolizer ma wysoką czystość. Jedynym problemem jest obecność pary wodnej w układzie. Podobnie jak w ogniwie paliwowym, woda dyfunduje przez elektrolit, dlatego projektanci elektrolitów stosują różne techniki, aby temu zjawisku zapobiec.
Powszechnym podejściem jest stosowanie gęstszego elektrolitu niż w ogniwach paliwowych. Te elektrolizery są teraz bardziej czułe na zmiany mocy, co czyni je doskonałym wyborem do integracji z odnawialnymi źródłami energii.
Oprócz kosztów produkcji, główną wadą jest to, że obie reakcje wykorzystują metale szlachetne jako katalizatory.
Elektrolizer ciała stałego
Są w stanie mniej rozwiniętym i bardziej na poziomie laboratoryjnym. Główną cechą tych elektrolizerów jest to, że pracują w wysokich temperaturach. Ich skuteczność sięga 95%. Ponieważ pracują w wysokich temperaturach, zużywają mniej energii, około trzech kilowatogodzin. Wymagają jednak dodatkowej energii, aby osiągnąć temperaturę niezbędną do zajścia reakcji. Działają również przy dość dużych gęstościach prądu.
Jedną z jego wad jest to, że nie może pracować pod wysokim ciśnieniem, maksymalne ciśnienie robocze wynosi około 5000 bar. Jeśli chodzi o pracę w wysokich temperaturach, istnieje bardzo niewiele materiałów, które mogą to zrobić, a zarówno elektrolit, jak i elektrody są wykonane wyłącznie ze złożonej ceramiki.
Elektrolizer z membraną anionowymienną
Najmniej rozwinięty jest elektrolizer błony owodniowej. Pomimo bardzo obiecujących właściwości, które prezentuje, wydajność prądowa jest niska, około 50%. Mogą pracować tylko przy maksymalnym ciśnieniu 30 barów.
Ich główną zaletą jest to, że nie wymagają katalizatorów na bazie metali szlachetnych. Mogą pracować z tradycyjnymi metalami, co czyni je bardzo obiecującymi w dłuższej perspektywie.
Mam nadzieję, że dzięki tym informacjom dowiesz się więcej o tym, czym jest elektrolizer i jakie ma właściwości.