Šarminis elektrolizatorius

Labai pageidautina sumažinti vandens elektrolizės būdu pagaminto žaliojo vandenilio sąnaudas, siekiant sumažinti energijos perėjimo išlaidas. Tam reikia ne tik pigios žalios elektros energijos, bet ir mažesnių kapitalo sąnaudų. Pastarasis yra ypač svarbus, nes būsimos elektrolizės gamyklos bus eksploatuojamos remiantis (pertekliniu) kintamos elektros energijos kiekiu iš atsinaujinančių šaltinių, ribojant darbo valandų skaičių ir taip didinant santykinį kapitalo sąnaudų indėlį. Yra trys būdai, kaip sumažinti kapitalo sąnaudas: masto ekonomija, skaičių ekonomija ir naujovės.
„Masto ekonomija“ reiškia, kad didelės gamyklos yra santykinai pigesnės. Chemijos pramonėje įprasta, kad dešimt kartų didesnė gamykla yra tik penkis kartus brangesnė, o tai reiškia, kad kapitalo sąnaudos vienam pagaminto produkto vienetui yra du kartus mažesnės. Kyla klausimas, ar šis mastelio keitimas bus taikomas ir elektrolizės įrenginiams, nes elektrolizatoriai „nelabai keičia mastelį“: dėl šilumos valdymo apribojimų šarminių kaminų dydis yra apribotas iki maždaug 10 MW ir nesitikima, kad šis skaičius labai padidės. ateities. Tai reiškia, kad didesnėse gamyklose elektrolizatorius tiesiog reikės „sunumeruoti“, o tai reiškia, kad elektrolizatorių masto pranašumai yra riboti. Tuo pačiu metu kaminai sudaro tik 10-20 % visų gamyklos sąnaudų, o kiti 80-90 % sąnaudų didėja gerai. Todėl vandens elektrolizės gamykloms vis dar tikimės geros masto ekonomijos, nors ji gali būti šiek tiek mažiau palanki nei įprastoms chemijos gamykloms.
„Skaičių ekonomija“ reiškia, kad kai pagaminama daugiau to paties produkto vienetų, jie atpigs dėl automatizuotos gamybos ir kitų tiekimo grandinės optimizacijų. Žinomiausias pavyzdys yra saulės baterijos, kai tokiu būdu buvo pasiektas didžiulis išlaidų sumažinimas. Be to, elektrolizatorių srityje yra didžiulis „masto ekonomijos“ potencialas, nes šiuo metu dauguma elektrolizatorių vis dar gaminami labai daug darbo reikalaujančiu būdu, rankiniu būdu surenkant elementus į kaminus. Jau dabar matome, kad dėl didėjančios elektrolizatorių paklausos gamintojai pradeda kurti automatizuotas gamybos linijas, kurios leidžia žymiai sumažinti sąnaudas.
Tiek „masto ekonomija“, tiek „skaičių ekonomija“ prisidės prie išlaidų mažinimo, tačiau tarp jų taip pat yra kompromisas: didesni kaminai ir moduliai (įskaitant siurblius, dujų ir skysčių separatorius ir šilumokaičius) reiškia, kad vienetų skaičius bus mažesnis, taigi ir „skaičių ekonomijos“ pranašumai bus mažesni. Tačiau vandens elektrolizatorių rinka bus tokia didelė, kad net ir su dideliais kaminai ir moduliais išliks nemaža „skaičių ekonomija“. Dėl to vandens elektrolizės atveju „masto ekonomija“ ir „skaičių ekonomija“ gali papildyti vienas kitą.
Kitas svarbus kaštų mažinimo veiksnys bus naujovės. Nors šarminė technologija jau egzistuoja daugiau nei 100 metų, vis dar yra daug erdvės techninėms naujovėms, ypač atsižvelgiant į srovės tankį, kuriuo technologija naudojama. Palyginti su tradicine šarminės elektrolizės technologija, srovės tankis gali būti padidintas daugiau nei penkis kartus dėl naujovių diafragmos, elektrodų dangų ir elementų konstrukcijos srityse. 3 paveiksle pavaizduotas schematiškai pavaizduotas konceptualus šarminės elektrolizės kamino, kuris galėtų būti rinkoje 2030 m. šarminiai elektrolizatoriai. Tai efektyviai sumažina gaminamo vandenilio sąnaudas, nes kaminas nėra dešimt kartų brangesnis už tradicinį.

Yra daug būdų, kaip vandenilio gamybos elektrolizė gali būti naudinga asmenims ir įmonėms. Galbūt pagrindinis šios technikos pranašumas yra žaliojo vandenilio gamyba, o ne mėlynasis vandenilis (produktas, gaunamas iš tradicinių iškastinio kuro šaltinių, tokių kaip gamtinės dujos). Kitaip tariant, elektrolizatorius siūlo atsinaujinančią priemonę energijai gaminti.

Todėl aišku, kodėl vandenilio kuro elementų pramonėje dažnai naudojamas elektrolizatorius. Šios dujos gali būti renkamos ir saugomos, kad būtų galima įkrauti elementus, kai jie išsenka; žymiai prailgina jų tarnavimo laiką ir užtikrina patikimus energijos šaltinius.

Kitas įdomus taikymas, susijęs su vandenilio saugojimu, yra tai, kaip jį galima integruoti į esamas ekologiškas technologijas. Pavyzdžiui, kartais vėjo turbinos negali pagaminti pakankamai energijos dėl oro sąlygų. Vietoje esantis elektrolizatorius gali būti naudojamas kaip perteklinė sistema.

Kitas atvejis susijęs su situacijomis, kai pagaminamas perteklinis elektros energijos kiekis. Priešingai nei apriboti gamybą, ši galia gali būti nukreipta į elektrolizatorių; todėl ateityje bus galima naudoti tinkamesnes vandenilio atsargas[9].

Šarminė vandens elektrolizė išsiskiria išskirtiniu masteliu, nesunkiai prisitaikanti prie įvairių vandenilio gamybos poreikių. Šis universalumas leidžia jį pritaikyti įvairiuose scenarijuose – nuo ​​nedidelio masto iniciatyvų iki ekspansyvių pramoninių procesų. Be to, pailgėjusi šarminės elektrolizės eksploatavimo trukmė užtikrina nuoseklų ir tvarų vandenilio tiekimą ilgą laiką.
Šarminės elektrolizės ekonomiškumas yra dar vienas pastebimas pranašumas, nes jos įrangai reikia pigesnių medžiagų, palyginti su alternatyviais vandenilio gamybos būdais. Šis prieinamumas padidina jo prieinamumą, išplečiant jo patrauklumą įvairiai vartotojų bazei, įskaitant mažas įmones ir mokslinių tyrimų institucijas.

Paprastumas apibrėžia šarminės elektrolizės sistemų priežiūrą. Jų paprastas dizainas reikalauja minimalaus dėmesio ir aptarnavimo, todėl nereikia specialių įgūdžių ar brangių priežiūros darbų, todėl tai yra patogus pasirinkimas vandenilio gamybai.

Naudojimas žemesnėje temperatūroje yra pagrindinis šarminės elektrolizės pranašumas, dėl kurio sumažėja energijos sąnaudos ir padidėja bendras efektyvumas. Šis energiją taupantis procesas leidžia sutaupyti sąnaudų ir sumažinti aplinkos pėdsaką.
Didelio grynumo vandenilio gamyba yra papildomas šarminės elektrolizės privalumas, ypač svarbus tokiose pramonės šakose kaip kuro elementai ir chemikalai. Aukščiausio lygio našumo ir patikimumo užtikrinimas šiuose sektoriuose patvirtina, kad šarminė elektrolizė yra tinkamiausias vandenilio gamybos būdas.

Galiausiai verta atkreipti dėmesį į aplinkai nekenksmingą šarminės elektrolizės potencialą. Integruojant atsinaujinančius energijos šaltinius, tokius kaip saulės ar vėjo energija, šis procesas žymiai sumažina anglies dvideginio išmetimą ir priklausomybę nuo iškastinio kuro, o tai atitinka pagrindinį tikslą – skatinti tvarią ir aplinką tausojančią energetikos sistemą.

Apibendrinant galima pasakyti, kad šarminė vandens elektrolizė vandenilio gamyboje suteikia daug įvairių privalumų. Jo mastelio keitimas, ekonomiškumas, mažai priežiūros reikalaujančios savybės, gebėjimas veikti žemesnėje temperatūroje, didelio grynumo vandenilio išeiga ir aplinkai nekenksmingos charakteristikos daro jį patraukliu sprendimu įvairiose srityse. Nesvarbu, ar šarminė vandens elektrolizė naudojama nedidelio masto projektuose, ar didelio masto pramoninėse aplinkose, ji tampa patikimu ir tvariu vandenilio šaltiniu.

Šarminis elektrolizatorius yra prietaisas, kuriame naudojamas elektrolito tirpalas, paprastai kalio arba natrio hidroksidas, vandens molekulėms padalinti į vandenilį ir deguonį per procesą, vadinamą elektrolize. Šarminio elektrolizatoriaus cheminis principas yra pagrįstas elektrochemijos principais. Elektrochemijoje chemines reakcijas lemia elektronų perkėlimas iš vienos medžiagos į kitą. Kai į elektrolito tirpalą patenka elektros srovė, elektrolito tirpale vyksta procesas, vadinamas elektrolize. Šio proceso metu dėl elektros srovės vandens molekulės suskaidomos į vandenilio ir deguonies atomus.
Šarminiame elektrolizatoriuje procesas yra įmanomas dėl elektrolito tirpalo, kuriame yra hidroksido jonų (OH-), kurie palengvina elektronų perdavimą tarp elektrodų ir vandens molekulių. Hidroksido jonus traukia teigiamai įkrautas anodas (elektrodas, prijungtas prie teigiamo maitinimo šaltinio gnybto), o vandenilio jonai (H+) traukiami prie neigiamo krūvio katodo (elektrodo, prijungto prie neigiamo maitinimo šaltinio gnybto). .
Prie anodo vandens molekulės oksiduojamos, kad susidarytų deguonies dujos ir teigiamai įkrauti vandenilio jonai: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e-
Prie katodo vandenilio jonai redukuojami ir susidaro vandenilio dujos: 4H+ + 4e- → 2H2
Apskritai reakciją galima išreikšti taip: 2H2O → 2H2 + O2
Elektrolito tirpalas vaidina svarbų vaidmenį procese, sudarydamas laidžią terpę elektronų srautui tarp elektrodų ir vandens molekulių. Elektrolito tirpale esantys hidroksido jonai taip pat padeda palaikyti stabilų pH lygį, kuris yra svarbus efektyviam elektrolizatoriaus darbui.
Apibendrinant galima pasakyti, kad šarminis elektrolizatorius veikia naudodamas elektrolito tirpalą, kad palengvintų elektronų perdavimą tarp elektrodų ir vandens molekulių, todėl susidaro vandenilio ir deguonies dujos.

Šarminiai elektrolizatoriai paprastai gaminami naudojant medžiagas, kurios yra atsparios korozijai ir gali atlaikyti atšiaurias elektrolizės proceso sąlygas. Pagrindinės medžiagos, naudojamos šarminiuose elektrolizatoriuose:

Elektrodai:Šarminių elektrolizatorių elektrodai paprastai yra pagaminti iš nikelio, nikeliuoto plieno arba titano, padengto nikelio lydiniu. Šios medžiagos yra atsparios korozijai ir gali atlaikyti atšiaurias elektrolizės proceso sąlygas.

Membrana:Šarminiuose elektrolizatoriuose naudojamas skystas KOH elektrolitas, todėl jiems nereikia membranos.

Ląstelių komponentai:Šarminių elektrolizatorių elementų komponentai, tokie kaip elementų rėmai, separatoriai ir slėginiai indai, paprastai yra pagaminti iš tokių medžiagų kaip nerūdijantis plienas, anglinis plienas arba nikelio lydiniai. Šios medžiagos yra atsparios korozijai ir gali atlaikyti atšiaurias elektrolizės proceso sąlygas.

Šarminiai elektrolizatoriai yra ekonomiškas ir efektyvus vandenilio gamybos variantas. Jie turi keletą pranašumų, palyginti su kitų tipų elektrolizatoriais, įskaitant didesnį energijos vartojimo efektyvumą, mažą kainą, didelio grynumo vandenilio gamybą ir mechaninį tvirtumą. Šarminiai elektrolizatoriai gaminami naudojant medžiagas, kurios yra atsparios korozijai ir gali atlaikyti atšiaurias elektrolizės proceso sąlygas, tokias kaip nikelis, nikeliuotas plienas, titanas, padengtas nikelio lydiniu, nerūdijantis plienas, anglinis plienas ir nikelio lydiniai. Naudodamos šarminius elektrolizatorius, pramonės įmonės gali gaminti didelio grynumo vandenilį efektyviau ir mažesnėmis sąnaudomis, taip prisidedant prie tvaresnės ir švaresnės energijos ateities.

Produktai parduodami visuose Kinijos regionuose ir eksportuojami į viso pasaulio šalis. Jie parduodami daugiau nei 20 šalių ir regionų, įskaitant JAV, Vokietiją, Maroką, Keniją, Saudo Arabiją, Vietnamą, Alžyrą, Indiją, Tanzaniją ir Taivaną. Sėkmingai teikiamos gerai žinomos įmonės, tokios kaip „China Aerospace“, „PetroChina“, „China Nuclear Group“, BYD, „Jiuli Specialty“, „Tony Electronics“, „Zheng Energy Group“ ir kitos gerai žinomos įmonės. Yra daug žaliųjų vandenilio ir vandenilio hidrinimo stočių, tokių kaip Wulanchabu, Haikou, Hainan, Hainan Haikou, Yunnan Kunming ir kt., teikia ekologiškus ir vandenilio gamybos projektus.