Alkalni elektrolizator

Znižanje stroškov zelenega vodika, proizvedenega z elektrolizo vode, je zelo zaželeno za zmanjšanje stroškov energetskega prehoda. To ne zahteva samo poceni zelene električne energije, temveč tudi nižje kapitalske stroške. Slednje je še posebej pomembno, saj bodo bodoče elektrolize obratovale na (presežni) variabilni obnovljivi električni energiji, kar bo omejilo število obratovalnih ur in s tem povečalo relativni prispevek stroškov kapitala. Obstajajo trije načini za znižanje kapitalskih stroškov: ekonomija obsega, ekonomija številk in inovacija.
"Ekonomija obsega" pomeni, da so veliki obrati relativno cenejši. V kemični industriji je značilno, da je desetkrat večji obrat le petkrat dražji, kar pomeni, da so kapitalski stroški na enoto proizvedenega izdelka dvakrat nižji. Vprašanje je, ali bo to skaliranje veljalo tudi za obrate za elektrolizo, saj se elektrolizerji ne "razmerjajo dobro": zaradi omejitev pri upravljanju s toploto so trenutni alkalni skladi omejeni na velikost približno 10 MW in ni pričakovati, da bi se to število veliko povečalo v prihodnost. To pomeni, da bo treba elektrolizerje za večje obrate samo "oštevilčiti", kar pomeni, da so elektrolizerji v obsegu omejeni. Hkrati skladi prispevajo samo 10-20% skupnih stroškov obrata, preostalih 80-90% stroškov pa se dobro meri. Zato še vedno pričakujemo dobre ekonomije obsega za naprave za vodno elektrolizo, čeprav so lahko nekoliko manj ugodne kot za običajne kemične tovarne.
»Številčna ekonomija« pomeni, da ko se proizvede več enot istega izdelka, le-ti postanejo cenejši zaradi avtomatizirane proizvodnje in drugih optimizacij dobavne verige. Najbolj znan primer so solarni paneli, kjer so na ta način dosegli velika znižanja stroškov. Prav tako je na področju elektrolizatorjev ogromen potencial za »ekonomijo obsega«, saj je trenutno večina elektrolizatorjev še vedno izdelanih na zelo delovno intenziven način z ročnim sestavljanjem celic v sklade. Zaradi naraščajočega povpraševanja po elektrolizatorjih že vidimo, da so proizvajalci začeli razvijati avtomatizirane proizvodne linije, kar vodi do znatnega znižanja stroškov.
Tako "ekonomija obsega" kot "ekonomija številk" bosta prispevali k zmanjšanju stroškov, vendar obstaja tudi kompromis med njima: večji nizi in moduli (ki vključujejo črpalke, separatorje plina in tekočine ter izmenjevalnike toplote) pomenijo, da število enot bo manjše, s tem pa bodo tudi prednosti »ekonomije številk« manjše. Vendar pa bo trg vodnih elektrolizatorjev tako velik, da bo tudi z velikimi nizi in moduli še vedno obstajala znatna "ekonomija številk". Zaradi tega se pri elektrolizi vode lahko "ekonomija obsega" in "ekonomija številk" dopolnjujeta.
Drugo pomembno gonilo za zmanjšanje stroškov bodo inovacije. Čeprav alkalna tehnologija obstaja že več kot 100 let, je še vedno dovolj prostora za tehnične inovacije, zlasti glede gostote toka, pri kateri tehnologija deluje. V primerjavi s tradicionalno tehnologijo alkalne elektrolize je mogoče gostoto toka povečati za več kot faktor pet z inovacijami v diafragmi, prevlekah elektrod in oblikovanju celic. Slika 3 prikazuje shematski prikaz konceptualne skupine za alkalno elektrolizo, ki bi lahko bila na trgu leta 2030. Tabela 2 prikazuje ustrezne značilnosti delovanja takšnega elektrolizatorja, kar kaže, da je lahko izhod vodika v takem elektrolizatorju faktor deset višji od tradicionalnega alkalni elektrolizerji. To učinkovito zniža stroške proizvedenega vodika, saj sklad ni desetkrat dražji od tradicionalnega.

Obstaja veliko načinov, na katere lahko elektroliza za proizvodnjo vodika koristi tako posameznikom kot podjetjem. Morda je glavna prednost te tehnike proizvodnja zelenega vodika v nasprotju z zanašanjem na modri vodik (proizvod, pridobljen iz tradicionalnih virov fosilnih goriv, ​​kot je zemeljski plin). Z drugimi besedami, elektrolizer ponuja obnovljivo sredstvo za proizvodnjo energije.

Zato je jasno, zakaj se elektrolizer pogosto uporablja v industriji vodikovih gorivnih celic. Ta plin je mogoče zbrati in shraniti za ponovno polnjenje celic, ko se izpraznijo; drastično podaljšanje njihove življenjske dobe ob zagotavljanju zanesljivih virov energije.

Druga zanimiva aplikacija, ki vključuje shranjevanje vodika, vključuje, kako ga je mogoče vključiti v obstoječe zelene tehnologije. Na primer, lahko pride do trenutkov, ko vetrne turbine ne morejo proizvesti zadostne ravni moči zaradi vremenskih razmer. Kot redundantni sistem se lahko uporabi elektrolizator na kraju samem.

Drug primer vključuje situacije, ko se proizvede presežna količina omrežne električne energije. V nasprotju z omejevanjem proizvodnje je mogoče to moč preusmeriti v elektrolizer; kar ima za posledico ustreznejše zaloge vodika za prihodnjo uporabo.[9]

Alkalna elektroliza vode izstopa po svoji izjemni razširljivosti, saj se zlahka prilagaja različnim potrebam po proizvodnji vodika. Zaradi te vsestranskosti je uporaben v različnih scenarijih, od skromnih pobud do obsežnih industrijskih procesov. Poleg tega podaljšana življenjska doba alkalne elektrolize zagotavlja dosledno in trajnostno oskrbo z vodikom v daljšem časovnem obdobju.
Stroškovna učinkovitost alkalne elektrolize je še ena pomembna prednost, saj njena oprema zahteva cenejše materiale v primerjavi z alternativnimi metodami proizvodnje vodika. Ta cenovna dostopnost širi njegovo dostopnost in razširja njegovo privlačnost na raznoliko bazo uporabnikov, vključno z malimi podjetji in raziskovalnimi ustanovami.

Enostavnost opredeljuje vzdrževanje sistemov za alkalno elektrolizo. Njihova enostavna zasnova zahteva minimalno pozornost in servis, odpravlja potrebo po specializiranih veščinah ali dragih vzdrževalnih rutinah, zaradi česar je primerna izbira za proizvodnjo vodika.

Delovanje pri nižjih temperaturah je ključna prednost alkalne elektrolize, saj prispeva k zmanjšani porabi energije in večji splošni učinkovitosti. Rezultat tega energetsko učinkovitega postopka je prihranek stroškov in manjši okoljski odtis.
Proizvodnja vodika visoke čistosti je dodatna prednost alkalne elektrolize, še posebej ključnega pomena za aplikacije v industrijah, kot so gorivne celice in kemikalije. Zagotavljanje vrhunske zmogljivosti in zanesljivosti v teh sektorjih utrjuje alkalno elektrolizo kot prednostno metodo za proizvodnjo vodika.

Nenazadnje je omembe vreden okolju prijazen potencial alkalne elektrolize. Z vključevanjem obnovljivih virov energije, kot sta sončna ali vetrna energija, proces bistveno zmanjša emisije ogljika in zmanjša odvisnost od fosilnih goriv, ​​kar je v skladu s splošnim ciljem spodbujanja trajnostnega in okoljsko ozaveščenega energetskega sistema.

Če povzamemo, alkalna elektroliza vode ponuja večplastno paleto prednosti za proizvodnjo vodika. Njegova razširljivost, stroškovna učinkovitost, atributi, ki zahtevajo malo vzdrževanja, zmožnost delovanja pri nižjih temperaturah, izhod vodika visoke čistosti in okolju prijazne lastnosti, ga postavljajo kot prepričljivo rešitev za različne aplikacije. Ne glede na to, ali se uporablja v majhnih projektih ali velikih industrijskih okoljih, se alkalna elektroliza vode kaže kot zanesljiv in trajnosten vir vodika.

Alkalni elektrolizer je naprava, ki uporablja raztopino elektrolita, običajno kalijevega ali natrijevega hidroksida, za razdelitev molekul vode na vodik in kisik s postopkom, imenovanim elektroliza. Kemijsko načelo alkalnega elektrolizerja temelji na načelih elektrokemije. V elektrokemiji kemijske reakcije poganja prenos elektronov iz ene snovi v drugo. Ko na raztopino elektrolita deluje električni tok, povzroči, da raztopina elektrolita opravi postopek, imenovan elektroliza. Med tem procesom električni tok povzroči, da se molekule vode razdelijo na njihove sestavne atome vodika in kisika.
V alkalnem elektrolizerju je postopek mogoč zaradi prisotnosti raztopine elektrolita, ki vsebuje hidroksidne ione (OH-), ki olajšajo prenos elektronov med elektrodami in molekulami vode. Hidroksidne ione privlači pozitivno nabita anoda (elektroda, povezana s pozitivnim priključkom vira energije), vodikove ione (H+) pa privlači negativno nabita katoda (elektroda, povezana z negativnim priključkom vira energije). .
Na anodi se molekule vode oksidirajo, da nastanejo plin kisik in pozitivno nabiti vodikovi ioni: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e-
Na katodi se vodikovi ioni reducirajo v vodikov plin: 4H+ + 4e- → 2H2
Na splošno lahko reakcijo izrazimo kot: 2H2O → 2H2 + O2
Raztopina elektrolita igra pomembno vlogo v procesu, saj zagotavlja prevodni medij za pretok elektronov med elektrodami in molekulami vode. Hidroksidni ioni v raztopini elektrolita prav tako pomagajo vzdrževati stabilno raven pH, kar je pomembno za učinkovito delovanje elektrolizerja.
Če povzamemo, alkalni elektrolizator deluje tako, da uporablja raztopino elektrolita za olajšanje prenosa elektronov med elektrodami in molekulami vode, kar ima za posledico proizvodnjo plina vodika in kisika.

Alkalni elektrolizerji so običajno izdelani iz materialov, ki so odporni proti koroziji in lahko prenesejo težke pogoje procesa elektrolize. Glavni materiali, ki se uporabljajo v alkalnih elektrolizerjih, so:

elektrode:Elektrode v alkalnih elektrolizerjih so običajno izdelane iz niklja, ponikljanega jekla ali titana, prevlečenega z zlitino na osnovi niklja. Ti materiali so odporni proti koroziji in lahko prenesejo težke pogoje procesa elektrolize.

Membrana:Alkalni elektrolizerji uporabljajo tekoči elektrolit KOH, zato ne potrebujejo membrane.

Sestavine celice:Sestavni deli celic v alkalnih elektrolizerjih, kot so okvirji celic, separatorji in tlačne posode, so običajno izdelani iz materialov, kot so nerjavno jeklo, ogljikovo jeklo ali nikljeve zlitine. Ti materiali so odporni proti koroziji in lahko prenesejo težke pogoje procesa elektrolize.

Alkalni elektrolizerji so stroškovno učinkovita in učinkovita možnost za proizvodnjo vodika. Imajo številne prednosti pred drugimi vrstami elektrolizatorjev, vključno z večjo energetsko učinkovitostjo, nizkimi stroški, proizvodnjo vodika visoke čistosti in mehansko robustnostjo. Alkalni elektrolizerji so izdelani iz materialov, ki so odporni proti koroziji in lahko prenesejo težke pogoje procesa elektrolize, kot so nikelj, ponikljano jeklo, titan, prevlečen z zlitino na osnovi niklja, nerjavno jeklo, ogljikovo jeklo in nikljeve zlitine. Z uporabo alkalnih elektrolizatorjev lahko industrije učinkoviteje in po nižji ceni proizvajajo vodik visoke čistosti, kar prispeva k bolj trajnostni in čisti energetski prihodnosti.

Izdelki se prodajajo v vseh regijah Kitajske in izvažajo v države po vsem svetu. Prodane so bile v več kot 20 državah in regijah, vključno z Združenimi državami, Nemčijo, Marokom, Kenijo, Savdsko Arabijo, Vietnamom, Alžirijo, Indijo, Tanzanijo in Tajvanom. Uspešno je zagotovil dobro znana podjetja, kot so China Aerospace, PetroChina, China Nuclear Group, BYD, Jiuli Specialty, Tony Electronics, Zheng Energy Group in druga znana podjetja. Obstaja veliko postaj za hidrogeniranje zelenega vodika, kot so Wulanchabu, Haikou, Hainan, Hainan Haikou, Yunnan Kunming itd., ki zagotavljajo zelene projekte in projekte za proizvodnjo vodika.