Hidrojen Üretimi – Elektroliz

0
14
elektroliz hidrojen
elektroliz hidrojen

Elektroliz, yenilenebilir ve nükleer kaynaklardan karbonsuz hidrojen üretimi için umut verici bir seçenektir. Elektroliz, suyu hidrojen ve oksijene ayırmak için elektrik kullanma işlemidir. Bu reaksiyon, elektrolizör adı verilen bir birimde gerçekleşir. Elektrolizörlerin boyutları, küçük ölçekli dağıtılmış hidrojen üretimi için çok uygun olan küçük, cihaz boyutundaki ekipmanlardan yenilenebilir veya diğer sera gazı yayan diğer formlara doğrudan bağlanabilen büyük ölçekli, merkezi üretim tesislerine kadar değişebilir. elektrik üretimi.

elektroliz
elektroliz

Nasıl Çalışır

Yakıt hücreleri gibi, elektrolizörler bir elektrolit ile ayrılmış bir anot ve bir katottan oluşur. Farklı elektrolizörler, esas olarak ilgili elektrolit malzemesinin farklı türü ve ilettiği iyonik türler nedeniyle farklı şekillerde çalışır.

Polimer Elektrolit Membran Elektrolizörleri

Bir polimer elektrolit membran (PEM) elektrolizöründe elektrolit, katı bir özel plastik malzemedir.

  • Su, oksijen ve pozitif yüklü hidrojen iyonları (protonlar) oluşturmak için anotta reaksiyona girer.
  • Elektronlar harici bir devre boyunca akar ve hidrojen iyonları seçici olarak PEM boyunca katoda doğru hareket eder.
  • Katotta, hidrojen iyonları, hidrojen gazı oluşturmak için dış devredeki elektronlarla birleşir. Anot Reaksiyonu: 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e  Katot Reaksiyonu: 4H + + 4e  → 2H 2

Alkali Elektrolizörler

Alkali elektrolizörler , katot tarafında üretilen hidrojen ile katottan anoda elektrolit yoluyla hidroksit iyonlarının (OH  ) taşınması yoluyla çalışır . Elektrolit olarak sıvı alkali bir sodyum veya potasyum hidroksit çözeltisi kullanan elektrolizörler, uzun yıllardır ticari olarak mevcuttur. Elektrolit olarak katı alkali değişim membranlarını (AEM) kullanan daha yeni yaklaşımlar, laboratuvar ölçeğinde umut vaat ediyor.

Katı Oksit Elektrolizörler

Yüksek sıcaklıklarda negatif yüklü oksijen iyonlarını (O 2 ) seçici olarak ileten elektrolit olarak katı bir seramik malzeme kullanan katı oksit elektrolizörleri, hidrojeni biraz farklı bir şekilde üretir.

  • Katottaki buhar, hidrojen gazı ve negatif yüklü oksijen iyonları oluşturmak için dış devreden elektronlarla birleşir.
  • Oksijen iyonları katı seramik membrandan geçer ve anotta reaksiyona girerek oksijen gazı oluşturur ve dış devre için elektronlar üretir.

Katı oksit elektrolizörleri, katı oksit membranların düzgün çalışması için yeterince yüksek sıcaklıklarda (yaklaşık 700°-800°C, 70°–90°C’de çalışan PEM elektrolizörlere ve tipik olarak 100°C’den az). Proton ileten seramik elektrolitlere dayalı gelişmiş laboratuvar ölçekli katı oksit elektrolizörleri, çalışma sıcaklığını 500°–600°C’ye düşürme konusunda umut vaat ediyor. Katı oksit elektrolizörleri, sudan hidrojen üretmek için gereken elektrik enerjisi miktarını azaltmak için bu yüksek sıcaklıklarda (nükleer enerji dahil çeşitli kaynaklardan gelen) mevcut ısıyı etkili bir şekilde kullanabilir.

Bu Yol Neden Düşünülüyor?

Elektroliz, Hidrojen Enerjisi Earthshot’ı elde etmek için önde gelen bir hidrojen üretim yoludurtemiz hidrojenin maliyetini 1 on yılda (“11 1”) %80 oranında 1 kilogram başına 1 dolara düşürme hedefi. Elektroliz yoluyla üretilen hidrojen, kullanılan elektriğin kaynağına bağlı olarak sıfır sera gazı emisyonu ile sonuçlanabilir. Elektroliz yoluyla hidrojen üretiminin faydaları ve ekonomik uygulanabilirliği değerlendirilirken, maliyeti ve verimliliği ile elektrik üretiminden kaynaklanan emisyonlar dahil olmak üzere gerekli elektriğin kaynağı dikkate alınmalıdır. 

Ülkenin birçok bölgesinde, elektrik üretim sürecinin düşük verimliliği nedeniyle açığa çıkan sera gazları ve gereken yakıt miktarı nedeniyle günümüz elektrik şebekesi elektroliz için gereken elektriği sağlamak için ideal değildir. Elektroliz yoluyla hidrojen üretimi, yenilenebilir (rüzgar, güneş, hidro, jeotermal) ve nükleer enerji seçenekleri. Bu hidrojen üretim yolları, neredeyse sıfır sera gazı ve kriter kirletici emisyonu ile sonuçlanır; bununla birlikte, doğal gaz reformasyonu gibi daha olgun karbon bazlı yollarla rekabet edebilmek için üretim maliyetinin önemli ölçüde düşürülmesi gerekmektedir.

Yenilenebilir enerji üretimi ile sinerji potansiyeli
Elektroliz yoluyla hidrojen üretimi, bazı yenilenebilir enerji teknolojilerinin özelliği olan dinamik ve kesintili güç üretimi ile sinerji fırsatları sunabilir. Örneğin, rüzgar enerjisinin maliyeti düşmeye devam etse de, rüzgarın doğal değişkenliği rüzgar gücünün etkin kullanımına bir engeldir. Hidrojen yakıtı ve elektrik enerjisi üretimi, bir rüzgar çiftliğine entegre edilerek, üretimin sistem operasyonel ihtiyaçları ve piyasa faktörleri ile en iyi şekilde eşleşen kaynak mevcudiyetine kaydırılması için esneklik sağlanabiliyor. Ayrıca, rüzgar çiftliklerinden elektrik üretiminin fazla olduğu zamanlarda, yaygın olarak yapıldığı gibi elektriği azaltmak yerine, bu fazla elektriği elektroliz yoluyla hidrojen üretmek için kullanmak mümkündür.

Not etmek önemlidir…

  • Günümüzün şebeke elektriği, elektroliz için ideal bir elektrik kaynağı değildir, çünkü elektriğin çoğu, sera gazı emisyonlarına neden olan ve enerji yoğun teknolojiler kullanılarak üretilir. Şebekeden ayrı olarak veya şebeke karışımının büyüyen bir parçası olarak yenilenebilir veya nükleer enerji teknolojileri kullanılarak elektrik üretimi, elektroliz yoluyla hidrojen üretimi için bu sınırlamaların üstesinden gelmek için olası bir seçenektir.
  • ABD Enerji Bakanlığı ve diğerleri, yenilenebilir bazlı elektrik üretiminin maliyetini düşürme ve karbon yakalama, kullanma ve depolama ile daha verimli fosil yakıt bazlı elektrik üretimi geliştirme çabalarını sürdürüyor. Örneğin rüzgara dayalı elektrik üretimi, Amerika Birleşik Devletleri’nde ve küresel olarak hızla büyüyor.
  • Hidrojen Üretim Makinası
elektroliz hidrojen
elektroliz hidrojen

Araştırma Zorlukların Üstesinden Gelmeye Odaklanıyor

  • / Kg H $ 1 Hidrojen Shot temiz hidrojen maliyeti hedefini Toplantı 2 2030 yılında (ve / kg H 2 $ geçici hedef 2 öngörülen gelecekteki dinamik işletme altında elektrolizör sistemlerinin ödünleşimleri 2025 yılına) performans, maliyet ve dayanıklılık daha iyi anlaşılması yoluyla CO kullanarak modları 2 -ücretsiz elektriği.
  • Elektrolizör ünitesinin sermaye maliyetini ve sistemin dengesini azaltır.
  • Çok çeşitli çalışma koşullarında elektriği hidrojene dönüştürmek için enerji verimliliğinin iyileştirilmesi.
  • Elektrolizör hücresi ve yığın bozunma süreçlerinin anlaşılmasını artırmak ve operasyonel ömrü artırmak için azaltma stratejileri geliştirmek.

CEVAP VER

Lütfen yorumunuzu giriniz
Lütfen isminizi yazınız