Электролиз воды в промышленных генераторах водорода
Электролиз
это окислительно-восстановительная реакция, которая протекает только под действием электричества. В промышленных генераторах водорода для получения водорода и кислорода проводят электролиз воды. Для протекания реакции необходимо поместить в электролит два электрода, подключенных к источнику питания постоянного тока:
- Анод — электрод к которому подключен положительный проводник;
- Катод — электрод к которому подключен отрицательный проводник.
Ниже представлена принципиальная схема промышленного щелочного электролизера.
Электролиз воды
Под действием электрического тока вода разделяется на составляющие ее молекулы: водород и кислород. Отрицательно заряженный катод притягивает катионы водорода а положительно заряженный анод — анионы ОН—.
Деминерализованная вода, используемая в промышленных электролизных установках сама по себе является слабым электролитом, поэтому в нее добавляют сильные электролиты для увеличения проводимости электрического тока. Зачастую выбирают электролиты с меньшим катионным потенциалом, чтобы исключить конкуренцию с катионами водорода : KOH или NaOH. Электрохимическая реакция протекающая на электродах выглядит следующим образом:
- Реакция на аноде: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e− — выделение кислорода;
- Реакция на катоде: 2H2O + 2e− → H2 + 2OH− — выделение водорода.
Промышленный электролизер собран по биполярной схеме, где между основными электродом и катодом помещены биполярные «промежуточные» электроды имеющие разные заряды по сторонам. Со стороны основного анода, промежуточный электрод имеет катодную сторону, со стороны катода — анодную (см.
Далее, чтобы получить чистый водород и кислород, требуется разделить газы образующиеся на электродах, и для этого применяют разделительные ионно-обменные мембраны (см. рисунок). Количество получаемого водорода в два раза больше получаемого кислорода и поэтому давление в водородной полости поднимается в два раза быстрее. Для уравнивания давления в полостях применяют уравнивающую давление мембрану на выходе из электролизера, которая предотвращает передавливание водорода в полость кислорода через каналы предназначенные для циркуляции электролита.
Данный метод является наиболее применяемым методом в промышленности и позволяет получать газообразный водород с КПД от 50 до 70% производительностью до 500 м3/час при удельных энергозатратах 4,5-5,5 Н2м3/кВт-ч.
ЭЛЕКТРОЛИЗ НА ТПЭ
Данный тип электролизеров позволяет получать водород с КПД до 90% и является наиболее экологичным. Электролизеры с ТПЭ дороже щелочных в 6-7 раз и поэтому пока не получили свое распространение в промышленности.
3DNews Технологии и рынок IT. Новости окружающая среда Японцы создали эффективный катализатор д… Самое интересное в обзорах 22.07.2021 [10:35], Геннадий Детинич Добыча «зелёного» водорода с помощью солнечной энергии — это очень неэффективное занятие. Сначала электричество добывается панелями с низким КПД, а затем производится электролиз воды, что ещё сильнее снижает эффективность добычи. Учёные стремятся пропустить этап получения энергии и мечтают сразу превратить воду в водород и кислород, для чего нужны правильные катализаторы. Источник изображения: MASASHI KATO/NAYOGA INSTITUTE OF TECHNOLOGY Для расщепления воды на водород и кислород группа японских исследователей создала двухэлектродный фотоэлектрический катализатор с очень большой продолжительностью срока службы. Создаваемые сегодня в лабораториях фотоэлектрохимические катализаторы остаются работоспособными не больше одной недели. Японская разработка расщепляет воду на водород и кислород непрерывно в течение 100 дней, что может считаться рекордом по эффективности. Для автономных необслуживаемых систем в отдалённых районах — это важнейшее свойство. Впрочем, КПД катализаторов остаётся очень низким — на уровне 0,74 %. Большинство технологий по преобразованию солнечной энергии в «зелёный» водород работают с эффективностью 1–2 %. В Министерстве энергетики США считают, что солнечные установки по добыче «зелёного» водорода выйдут на коммерческий уровень при достижении КПД 5–10 %. Поэтому учёным и промышленности есть к чему стремиться. Идея разработки японцев заключается в том, что анод делается полупрозрачным и лежащий ниже катод также использует свет для фотоэлектрохимической реакции. Анод изготавливается из диоксида титана (TiO2) — популярного сырья для производства белой краски, а катод делают из карбида кремния (SiC). Анод реагирует на ультрафиолетовый свет, а катод — на видимый. При этом на электроды подаётся определённое напряжение, чтобы запустить и поддерживать реакцию расщепления. Электроды опускаются в воду (очевидно, они должны быть едва покрыты водой), к ним подводится ток, а всё остальное делает падающий на катализаторы солнечный свет — очень простая схема. Разработчики говорят, что проблема с низким КПД лежит в плоскости низкой эффективности диоксида титана. На следующем этапе учёные планируют найти замену этому материалу, чтобы к долговечности катализаторов добавить повышенный КПД. Добавим, это не единственная перспективная разработка для добычи водорода с помощью солнечного света. Совместная работа итальянских и израильских учёных, например, привела к созданию катализаторов из полупроводниковых наностержней с покрытием из платиновых наносфер. КПД нанокатализаторов приблизился к 4 %. В 2019 году бельгийская исследовательская группа из KU Leuven сообщила о прототипе солнечной панели, которая поглощает влагу из воздуха и расщепляет её на водород и кислород с 15-процентной эффективностью. Есть и другие интересные разработки, что в итоге приведёт к желаемому результату — миру, где дышать станет чуточку легче. Источник: Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER. Материалы по теме Постоянный URL: https://3dnews.ru/1044872/yapontsi-sozdali-effektivniy-katalizator-dlya-dobichi-vodoroda-iz-vodi-s-pomoshchyu-solnechnogo-sveta Рубрики: Новости Hardware, блоки питания, адаптеры, источники питания, на острие науки, окружающая среда, Теги: возобновляемая энергия, водород, учёные ← В прошлое В будущее → |
Но японские катализаторы даже при таком низком КПД остаются рекордсменами по эффективности, поскольку могут работать довольно долго при более простой реализации процесса.
Водород, полученный путем электролиза воды, теперь является конкурентоспособным по стоимости и дает нам еще один строительный блок для низкоуглеродной экономики.
Одним из следствий роста возобновляемых источников энергии является то, что цены на электроэнергию на открытом рынке будут иметь тенденцию к падению. Как говорят экономисты, цены имеют тенденцию приближаться к предельным издержкам производства. Мы наблюдаем это сегодня на рынках электроэнергии. Это имеет глубокие последствия. В этой заметке я рассматриваю влияние вероятного продолжающегося падения цен на электроэнергию на открытом рынке на один важный источник выбросов парниковых газов. Я пытаюсь показать, что производство водорода, которое в настоящее время осуществляется почти исключительно с помощью процесса с использованием метана и пара, будет в значительной степени основываться на электролизе воды. Большая часть комментариев по поводу энергетического перехода оптимистична в отношении перехода к электрификации транспорта и отопления зданий, но глубоко пессимистична в отношении сокращения использования ископаемого топлива в промышленных процессах. В случае производства водорода этот пессимизм ошибочен.
В более общем плане я предполагаю, что водород станет основным способом долговременного хранения энергии, но не в виде самого газа, а в форме метана и жидкого топлива.
Для ясности: я думаю, что у автомобилей на водородных топливных элементах очень мало шансов конкурировать с автомобилями на аккумуляторных батареях. Однако я считаю, что использование электролиза воды для получения водорода, который затем соединяется с молекулами на основе углерода (такими как CO2) для создания синтетического природного газа и заменителей бензина и авиационного топлива, вероятно, станет центральной чертой следующего этапа. мировая декарбонизация. Для компаний, работающих на ископаемом топливе, пытающихся избавиться от зависимости от нефти и газа, синтетические заменители существующих видов топлива должны стать ключевым направлением их долгосрочного планирования. Производство водорода и создание возобновляемых видов топлива, использующих этот водород, является деятельностью, более похожей на основной бизнес нефтегазовых компаний, чем фотоэлектрическая или ветровая.
Я не утверждаю, что нормативные акты или международные соглашения приведут к переходу на возобновляемый водород, а скорее простая экономика заставит крупных нефтяных компаний, производителей химической продукции и других производить топливо из электролизированного водорода, а не из природного газа или сырой нефти.
Падение оптовых цен на электроэнергию продолжится
6 и 7 июня 2017 г. в северной Европе были ветреные дни. В течение долгих дней солнце также светило большую часть времени. В Германии две трети общего объема производства электроэнергии в полдень 7-го числа приходилось на энергию ветра и фотоэлектрические системы. В Великобритании доля газовых электростанций сократилась до не более 20% производства электроэнергии. Угольные генераторы большую часть периода простаивали без дела.
Влияние на рынки электроэнергии было поразительным. Средняя спотовая цена на электроэнергию с почти немедленной поставкой упала до очень низкого уровня.
В Германии ночью наблюдались отрицательные цифры, а большую часть дня — почти нулевые цифры. Средняя цена в Великобритании между 15:00 вторника 6-го и 15:00 среды 7-го составляла чуть более 13 фунтов стерлингов за мегаватт-час, или 1,3 пенса за киловатт-час. Краткосрочные цены в Великобритании были ниже нуля большую часть ночи. До недавнего времени это были действительно очень редкие события, и до сих пор они происходят всего несколько раз в неделю.
Но по мере того, как установленная мощность возобновляемых источников энергии продолжает расти, эта закономерность будет встречаться все чаще. И Великобритания, и Германия продолжают расширять использование оффшорной ветроэнергетики и, в меньшей степени, фотоэлектрической энергетики. У Великобритании есть амбиции к 2030 году иметь 30 гигаватт оффшорной ветроэнергетики. Вклад PV будет означать, что возобновляемые источники энергии покроют общую потребность в электроэнергии. Очень трудно увидеть оптовые цены, не отражающие этот избыток предложения в долгосрочной перспективе.
Тем не менее, правительство Великобритании продолжает прогнозировать резкий рост оптовых розничных цен на электроэнергию. Ожидается, что в среднем с 37 фунтов стерлингов за мегаватт-час в 2016 году цена вырастет более чем на 50% до 56 фунтов стерлингов в 2030 году. По прогнозам, к той же дате домохозяйствам придется столкнуться с розничными счетами , эквивалентными 180 фунтам стерлингов за мегаватт-час. Давайте сравним это число с сегодняшней средней оптовой ценой: 13 фунтов стерлингов — это чуть более 7% от 180 фунтов стерлингов, невероятно большой разрыв. Прогнозы правительства откровенно бредовые: оптовые цены на электроэнергию снижаются и останутся низкими. В отсутствие значительного повышения налогов они никогда не достигнут 180 фунтов стерлингов для внутренних клиентов.
Важно отметить, что эта постоянная дефляция цен на электроэнергию неизбежно повлияет на цены на ископаемое топливо. На протяжении поколения мы привыкли рассматривать затраты на электроэнергию в значительной степени как производную от цен на ископаемое топливо.
Например, более высокая стоимость газа раньше автоматически приводила к более высоким оптовым и розничным тарифам на электроэнергию. Эта связь теперь начинает работать в другую сторону; Падение цен на электроэнергию ведет к снижению стоимости природного газа. Если в результате роста использования возобновляемых источников энергии в производстве электроэнергии используется меньше природного газа, общий спрос на товар снижается, и цена падает. По мере того, как электромобили становятся все более распространенными, такая же связь устанавливается и с нефтью. Более низкие цены на электроэнергию делают электромобили более привлекательными, снижая потребность в бензине и дизельном топливе. Таким образом, с течением времени цена на электроэнергию станет важным фактором, определяющим цену на нефть.
Роль электричества как фактора, определяющего цены на ископаемое топливо, можно наиболее ясно увидеть, сравнив оптовую цену в Великобритании 6-7 июня со стоимостью газа. Краткосрочная рыночная цена на уровне 13 фунтов стерлингов была лишь немногим выше эквивалентной цены оптового газа в размере около 12,50 фунтов стерлингов за мегаватт-час.
Другими словами, в течение одних 24 часов электричество, которое обычно считается лучшим источником энергии, было всего на несколько процентов дороже, чем топливо, которое обычно используется для его производства. (Кстати, нефть за 50 долларов в энергетическом выражении эквивалентна примерно 25 фунтам стерлингов за мегаватт-час, что вдвое превышает цену газа. В долгосрочной перспективе возобновляемые источники энергии также будут сдерживать рост цен на нефть).
Большая часть электроэнергии покупается и продается по контрактам на несколько дней или месяцев вперед, и эти цены будут значительно выше, чем на спотовом рынке 7 июня. Но, тем не менее, краткосрочные индикаторы дают мощный сигнал инвесторам, думающим об инвестировании в производство электроэнергии на ископаемом топливе. Поскольку ветер и солнечная энергия становятся преобладающими источниками электроэнергии, финансы использования газа или угля для выработки электроэнергии становятся все более и более рискованными. Например, новая газовая генерация потребует крупных субсидий по всей Европе, если будут построены электростанции.
Тесная связь между ценами на ископаемое топливо и затратами на возобновляемые источники энергии будет усиливаться по мере того, как электричество будет занимать все большую долю всего энергопотребления. Во-первых, я хочу проиллюстрировать один пример, которому, как мне кажется, не уделяется достаточного внимания: вероятный переход от использования метана к электролизу воды как основному пути к получению водорода.
Водород из электролиза
В мире производится около 50 миллионов тонн водорода в год. (Некоторые источники предполагают, что это больше). Газ используется в качестве добавки на нефтеперерабатывающих заводах, в качестве сырья для производства аммиака и во многих различных промышленных процессах, включая, например, производство маргарина.
Сегодня почти весь водород производится путем так называемого «парового риформинга», обычно из метана (основного компонента природного газа). Поток газа смешивают с высокотемпературным паром в присутствии катализатора.
Конечным продуктом процесса является смесь CO2 и водорода. Ценный водород собирается, а CO2 выбрасывается в атмосферу. Если мои расчеты верны, водород, производимый сегодня в процессе парового риформинга, приводит к примерно 500 миллионам тонн выбросов в год, или значительно более 1% глобальных парниковых газов. [1]
Водород также можно получить с помощью электролиза воды. Электричество используется для расщепления молекулы на водород и кислород. Если бы он производился с помощью электролиза воды, глобальное производство водорода сегодня потребляло бы около 15% мирового производства электроэнергии. Когда производство h3 переключится с использования метана на использование избыточной электроэнергии, водород станет важным методом балансировки мировых энергосистем. Когда энергии будет достаточно, электролизеры будут включены. Их работа прекратится, когда электричество станет дефицитным.
В прошлом электролиз применялся очень редко, поскольку источник энергии, электричество, стоил дороже, чем газ, используемый для паровой конверсии.
Это все еще правда? Нам необходимо исследовать энергетическую эффективность парового риформинга и его эксплуатационные и капитальные затраты, а также относительные цены на газ и электроэнергию.
· Грубо говоря, новая электролизная установка сегодня обеспечивает энергоэффективность около 80%. То есть энергетическая ценность произведенного водорода составляет около 80% электричества, используемого для расщепления молекулы воды. Эффективность парового риформинга составляет около 65%.
· Однако капитальные затраты на систему парового риформинга в настоящее время ниже стоимости нового электролизера аналогичной мощности. В отчете о проекте перевода района Лидс в Северной Англии с природного газа на водород для коммерческого и бытового использования предполагалась стоимость установки парового риформинга около 600 000 фунтов стерлингов за мегаватт мощности. Как и многое другое в низкоуглеродной экономике, затраты на электролизеры быстро падают. Некоторые производители предполагают, что стоимость электролизеров составит около 700 000 фунтов стерлингов за мегаватт в течение следующего года или около того.
ITM Power, производитель электролиза из Шеффилда, говорит, что его затраты уже ниже 1 миллиона евро (около 870 000 фунтов стерлингов) на каждый мегаватт мощности. По мере того, как размеры электролизеров будут резко увеличиваться — скоро мы можем увидеть 10-мегаваттные устройства — стоимость единицы мощности будет падать. В конечном итоге электролизеры будут значительно дешевле оборудования для парового риформинга.
· Электролизеры требуют минимального обслуживания или больших административных усилий. Паровой риформинг имеет более высокие эксплуатационные расходы, но мне не удалось получить четких оценок. (Если у вас есть хороший источник, я был бы очень благодарен услышать об этом). Поэтому я проигнорировал этот номер.
· Независимо от того, производится ли водород путем парового риформинга или электролиза, потребуется хранение как при низком, так и при высоком давлении. Затраты будут эквивалентны, если, например, электролизер не будет работать только при низких ценах на электроэнергию.
В этом случае маршрут электролиза неизбежно потребует большего объема хранения.
Мы можем приблизительно оценить относительную стоимость производства водорода с помощью электролиза при различных ценах на электроэнергию и сравнить ее со средней ценой на водород в Европе сегодня. Насколько я могу судить, водород от парового риформинга в настоящее время стоит около 5 пенсов за киловатт-час стоимости энергии, поставляемой пользователю на месте.[2] Это число не применяется к CO2, выбрасываемому в атмосферу, без каких-либо затрат или налогов. Даже при сегодняшних низких ценах на углерод это увеличит полностью рассчитанную стоимость h3.
Когда падение цен на электроэнергию сделает производство водорода путем электролиза более экономичным? Давайте посмотрим на элементы, которые составляют стоимость водорода от электролиза
· Капитальные затраты на электролизер. Я предполагаю цену покупки (включая установку) в размере 700 000 евро за МВт мощности, необходимой для получения электроэнергии для производства водорода.
Это ниже цены, которая может быть достигнута сегодня, но должна быть достигнута к 2019/2020 гг. Я предполагаю, что электролизер будет работать примерно 4000 часов в год, в основном, когда энергия дешева из-за обилия ветра или солнца. При ставке дисконтирования 7% владельцу нужно будет зарабатывать 65 000 евро в год, чтобы покрыть расходы в течение 20 лет. За МВтч использования электроэнергии более 4000 часов стоимость составляет 16,25 евро. Для простоты я конвертирую это в 14,15 фунтов стерлингов за МВтч по сегодняшнему обменному курсу фунтов стерлингов за евро 9.0003
· Эксплуатационные расходы. Оценки для этого скудны, но число невелико. Я оцениваю 5 евро за МВтч или 4,35 фунта стерлингов. Я думаю, что это консервативно.
· Стоимость электроэнергии. Это критический элемент. До недавнего резкого падения оптовых цен на электроэнергию цена на электроэнергию делала электролиз дорогим. Для анализа я взял достаточно типичный день — вчера, 4 июля 2017 года. В отличие от дней в начале июня, упомянутых в начале этой статьи, было не особенно солнечно или ветрено.
Я думаю, что будет справедливо использовать этот день как образец летних цен на электроэнергию. Средняя цена на краткосрочном балансирующем рынке за 24 часа составила 35,87 фунтов стерлингов. Однако за самые дешевые 11 часов (22 получасовых периода) это стоило 23,9 фунта стерлингов.2. Поскольку я предполагаю, что электролизер работает 11 часов в день (около 4000 часов в год), я использую эту среднюю цену.
Цены на электроэнергию на балансирующем рынке Великобритании на 4 июля 2017 г.
· Сложите эти три элемента вместе, и мы получим общую стоимость электролизера мощностью 1 МВт, работающего 11 часов в день, в размере 42,42 фунтов стерлингов за МВтч электроэнергии, используемой для производства водорода. .
· Это количество электроэнергии в электролизере с КПД 80% будет генерировать около 800 кВт·ч энергетической ценности водорода. (Эта эффективность немного лучше, чем сегодня могут быть достигнуты электролизеры ITM PEM, но ненамного).
· 800 кВт·ч водорода, произведенного по цене 42,42 фунта стерлингов, означает стоимость 5,3 пенса за кВт·ч энергии. Это примерно на 5% больше, чем затраты, оцененные в рамках проекта h31 по преобразованию метана в водород для электроснабжения домов и предприятий в районе Лидса на севере Англии.
· Другими словами, при сегодняшних ценах на электроэнергию и электролизеры стоимость водорода, получаемого из электричества, почти равна стоимости водорода, полученного путем парового риформинга (с использованием допущений в проекте h31, в котором используется несколько более высокая стоимость метана, чем текущая цена в Великобритании). ).
· Поскольку цены на электроэнергию продолжают падать, особенно в периоды сильного ветра и солнца, а электролизеры становятся дешевле и эффективнее, относительные преимущества использования электролиза будут улучшаться. И почти нет сомнений, что это произойдет. Водород для химических заводов, удобрений и других целей будет производиться с использованием дешевой электроэнергии, а не метана.
Air Liquide, один из трех крупнейших производителей водорода в мире, уже взяла на себя обязательство к 2020 году производить 50% своего водорода для «энергетического использования» (например, для автомобилей на топливных элементах) из низкоуглеродных источников, включая электролиз9.0003
Подводя итог: водород может или не может широко использоваться в автомобилях. Лично я сомневаюсь. Однако водород станет критическим вектором в более широком низкоуглеродном переходе. Это будет сделано с помощью электролиза воды, когда электричество станет достаточно дешевым. Это будет происходить все чаще и чаще, особенно в районах с высокой солнечной активностью, но там, где природный газ, как правило, дорог. (например, Австралия и Чили). Это первый этап. Затем мир перейдет к использованию водорода в качестве пути, позволяющего косвенно превращать дешевую электроэнергию в возобновляемые газы и жидкое топливо.
Как только у нас появится недорогой возобновляемый водород, станет возможным преобразовать этот водород, используя стандартную химическую технологию, в возобновляемое топливо.
Это все вопрос цены; нет ничего сложного в том, чтобы сделать авиационное топливо, например, из водорода и отработанного СО2. Нам просто нужно, чтобы электричество было достаточно дешевым. И быстрый взгляд на графики цен на электрические сети с высоким уровнем проникновения возобновляемых источников энергии покажет, насколько быстро этот день наступает.
Электролиз похож на фотоэлектрическую энергию пятнадцать лет назад: многообещающая технология, которая до сих пор считается более дорогой, чем альтернативы на ископаемом топливе. Но, как и в случае с PV, он находится на резко снижающейся кривой затрат. Производство водорода из воды является центральной частью следующей фазы энергетического перехода.
[1] Одна молекула Ch5 в сочетании с h3O в реакции паровой конверсии дает 4h3 и одну молекулу CO2. Молекулярная масса одной молекулы СО2 более чем в пять раз превышает четыре молекулы СО2. И полные выбросы ПГ в результате парового риформинга должны включать нагрев пара и другие процессы.
[2] http://www.northerngasnetworks.co.uk/wp-content/uploads/2016/07/h31-Report-Interactive-PDF-July-2016.pdf См. цифру 0,0505 фунтов стерлингов внизу стр. 260.
Рекордный водородный электролизер утверждает, что его эффективность составляет 95 %.
Килограмм водорода содержит 39,4 кВтч энергии, но обычно его производство с помощью существующих коммерческих электролизеров требует около 52,5 кВтч энергии. Австралийская компания Hysata заявляет, что ее новый электролизер с капиллярным питанием снижает стоимость энергии до 41,5 кВтч, бьет рекорды эффективности, а также дешевле в установке и эксплуатации. Компания обещает зеленый водород по цене около 1,50 доллара США за килограмм всего через несколько лет.
Эффективность — одно из главных препятствий водороду на пути к чистой энергии будущего. Он может хранить гораздо больше энергии по весу или объему, чем аккумуляторы, и поддерживает быструю дозаправку, что делает его полезным в приложениях, где у аккумуляторов просто нет плотности энергии, чтобы конкурировать.
Если новая технология электролизера Hysata сделает то, что написано на жестяной банке, эффективность стадии электролиза резко возрастет, что позволит гораздо лучше использовать драгоценную чистую энергию. И, генерируя больше водорода из данного источника энергии, сокращая при этом капитальные и эксплуатационные расходы для операторов, это оборудование действительно может снизить цену на зеленый h3, возможно, до такой степени, что он станет конкурентоспособным с грязным водородом или даже с ископаемым топливом.
Так как же это работает? По словам Хисаты, все дело в пузырьках. Пузырьки в жидкости-электролите не проводят ток, и они могут прилипать к электродам и маскировать их от контакта с жидкостями, с которыми они должны соприкасаться, чтобы выполнять свою работу.
Как рассказывает Хайсата, в первых электролизёрах оба электрода были погружены в электролит, так что вокруг них образовывались пузырьки. В 70-х годах электролиз с нулевым зазором приводил к непосредственному контакту анода и катода с мембраной сепаратора, повышая эффективность за счет образования пузырьков только на одной стороне каждого электрода. Совсем недавно технология мембран с полимерным электролитом позволила катодной стороне работать без электролита, снова повысив эффективность за счет производства газообразного водорода без барботирования его через жидкость.
Характеристика Hysata эволюции электролизеров, которая привела к чрезвычайно эффективной новой конструкции компании Электролизер Hysata с капиллярным питанием выводит вещи на новый и, возможно, высший уровень. Резервуар в нижней части ячейки удерживает электролит от контакта как с анодом, так и с катодом до тех пор, пока он не будет втянут через пористый гидрофильный межэлектродный сепаратор с использованием капиллярного действия.
Таким образом, электролит имеет непосредственный контакт с электродами, но только с одной стороны, и газообразные водород и кислород вырабатываются напрямую, без каких-либо мешающих пузырьков.
Сопротивление дополнительно снижается благодаря тому факту, что вода не подсасывается к той стороне электрода, которая выделяет газ, поэтому они не мешают друг другу, а поскольку вода электролизуется из сепаратора, капилляра действие вытягивает больше из резервуара, чтобы заменить его.
В рецензируемой статье, опубликованной в журнале Nature Communications , команда Hysata утверждает, что их электролизер капиллярного действия продемонстрировал рекордную эффективность 98 процентов, что намного лучше, чем у «современного коммерческого электролизера воды [предположительно с асимметричной мембраной из полимерного электролита]», который показал эффективность элемента 83 процента. Переход газа чрезвычайно низок — это очень важно, так как при правильных температурах и концентрациях водородно-воздушная смесь может быть взрывоопасной.
В компании говорят, что эта технология также сокращает внешние расходы вне клетки. Нет необходимости в циркуляции жидкости, резервуарах газожидкостного сепаратора, трубопроводах, насосах и арматуре. Этот редуктор может иметь воздушное охлаждение или радиационное самоохлаждение, что снижает дальнейшие капитальные и эксплуатационные расходы, и если ограниченная гравитацией максимальная высота капиллярного действия окажется ограничивающим фактором, что ж, Хизата говорит, что вы можете просто щелкнуть резервуар сверху, а электролит стекает в сепаратор.
Все эти факторы помогают сократить потребление энергии «балансом установки» за пределами электролизера, увеличивая разрыв между этой технологией и другими с точки зрения общей эффективности системы.
«Общая система электролизера Hysata была разработана для простоты производства, масштабирования и установки, обеспечивая 95-процентную общую эффективность системы, что эквивалентно 41,5 кВтч/кг, по сравнению с 75 процентами или менее для существующих электролизерных технологий», — сказал технический директор компании Джерри Свигерс.
в пресс-релизе. «Для производителей водорода это значительно снизит как капитальные, так и эксплуатационные затраты на производство зеленого водорода».
Свигерс продолжает называть это устройство «совершенно новой категорией электролизеров, столь же монументальной, как переход от двигателя внутреннего сгорания к электродвигателям».
Генеральный директор Hysata Пол Барретт (Paul Barrett) говорит, что компания планирует коммерциализировать технологию и увеличить мощность производства водорода до «гигаваттного масштаба к 2025 году». Разрабатываются планы по строительству пилотного завода по производству электролизеров, и в 2022 году компания нанимает «десятки» людей в рамках этого процесса.
Ожидается, что производство водорода резко возрастет в ближайшие годы, так как зеленый h3 находит свое место в более сложных секторах новой экономики зеленой энергии. Таким образом, определенно идет золотая лихорадка, и многие ожидают сокращения производства электролизеров, поскольку производители спешат запустить свои предприятия.