Водороден електролизатор: какво е, как работи и неговите видове
Un електролизатор Това е устройство, използвано в основен процес, наречен електролиза, при който течност или разтворено вещество в електролит се разлага чрез прилагане на електрическа енергия. Този процес е ключът към производство на водород от вода.
Електролизерът играе основна роля в енергийния преход, който планетата изисква, тъй като позволява генериране зелен водород когато се захранва от възобновяема енергия. След това ще опишем подробно какво представлява електролизаторът, как работи, предимствата му, различните видове и ролята му за генериране на по-устойчиво бъдеще.
Какво е електролизатор?
Електролизаторът е устройство, което използва източник на енергия, като електричество, генерирано от възобновяеми източници, за да задейства процеса на електролиза. Този процес включва прилагане на електрически ток към електролит за разграждане на компонентите на водата: водород (H2) y кислород (О2). В този случай генерираният водород е основният продукт, който може да се използва в различни жизненоважни приложения.
Устройството има два електрода: анодът и катодът, потопени в електролит, който може да бъде киселина, основа или сол. Чрез електролиза йоните във водата се дисоциират: на катода се получава водород и кислород на анода. Генерираният водород се съхранява и използва като чисто гориво, докато кислородът може да бъде освободен или използван повторно в промишлени приложения. Производството на водород е един от най-обещаващите отговори за декарбонизиране на сектори като химическата промишленост, транспорта и производството на енергия.
Предимства на използването на електролизатори
Електролизери, особено при захранване с чиста енергия, предлагат серия от предимства, които ги позиционират като ключова технология в прехода към нисковъглеродна икономика. Някои от основните предимства са:
- Способността за производство водород с висока чистота, от съществено значение за използване в превозни средства с горивни клетки и промишлени процеси.
- Разпределено производство: Водородът може да се произвежда на място, като се избягват скъпите и опасни процеси на транспортиране и съхранение, обичайни за други горива.
- Този метод е по-икономичен от подаването на сгъстен газ в бутилки под високо налягане.
Освен това има почти неограничен потенциал за производство на водород, благодарение на изобилието от възобновяеми енергийни източници като напр. слънце и вятър. Тъй като разходите за тези технологии намаляват, производството на зелен водород става все по-конкурентноспособно.
Видове електролизери
Съществуват различни видове електролизери, които се различават главно по вида на електролита и начина, по който генерират реакцията. Най-подходящите са:
Алкален електролизатор
Това е най-използваната и развита технология. Основава се на течен електролит, като напр калиев хидроксид (KOH) о ел натриев хидроксид (NaOH). Работата му е доста ефективна и може да произвежда големи количества водород с относително ниски разходи в сравнение с други технологии.
Те работят при температури между 25 до 100ºC и произвеждат водород при умерена плътност на тока между 200 и 600 микроампера на квадратен сантиметър. Те могат да достигнат налягане до 30 бара.
Едно от ограниченията на тези електролизатори е тяхното некомпактен дизайн, което може да затрудни интегрирането му с възобновяеми енергийни източници. Освен това неговата чувствителност към промени в мощността е по-ниска, което ограничава използването му в динамични приложения.
Полимерен мембранен електролизатор (PEM)
Електролизери на базата на протонообменни мембрани (PEM) Те са по-нови и ефективни. Те използват твърд електролит (мембрана), което позволява по-голяма гъвкавост и по-компактен дизайн. Освен това, те реагират много по-добре на промените в търсенето на енергия, което ги прави много привлекателна опция за използване с възобновяеми енергийни източници.
Този тип електролизери произвеждат водород с висока чистота но основният му недостатък е използването на благородни метали като катализатори, което значително увеличава разходите. Въпреки това те са идеални за работа с непостоянни източници като вятър или слънце.
Електролизатор за твърд оксид (SOEC)
SOECs, или твърди оксидни електролизатори, работят при много високи температури, които варират между 500 и 850 °C. Това им позволява да бъдат изключително ефективни (до 95%) в сравнение с други технологии.
В този тип електролизари кислородът не се генерира като газ, а по-скоро остава като твърдо вещество поради високата температура. Въпреки че тази технология има голям потенциал, тя все още е в процес на развитие и нейните високи производствени разходи, заедно с необходимостта от материали, устойчиви на високи температури, представляват предизвикателство.
Анионобменен мембранен електролизатор (AEM)
Електролизаторът AEM е друга обещаваща, макар и понастоящем по-слабо развита технология. Не изисква благородни метали като катализатори, които биха могли значително да намалят разходите в дългосрочен план.
Ефективността му обаче е ниска (около 50%) и може да работи само при налягане до 30 бара. Ако тази технологична бариера бъде преодоляна, AEM могат да бъдат конкурентно решение в близко бъдеще.
Приложения на водород, произведен от електролизери
Водородът, произведен чрез електролиза, има приложения в ключови сектори на икономиката, тъй като може да се използва за:
- Продуцирайте амоняк в химическата промишленост.
- фураж горивни клетки в електрически превозни средства, намалявайки емисиите на CO2.
- Съхранявайте енергия излишък от възобновяеми източници.
Водородът също е отлична възможност за постепенно заместване на използването на изкопаеми горива при производството на електрическа енергия и транспорта. Може лесно да се компресира и съхранява, а след това да се освобождава, когато е необходимо, което го прави полезно средство за балансиране на търсенето и предлагането в електрическата мрежа.
Тъй като все повече държави приемат политики към чисти икономики, инсталирането на електролизатори ще бъде ключов инструмент за постигане на целите за декарбонизация.
Бъдещето на електролизерите изглежда обещаващо. С напредването на технологиите и намаляването на разходите, използването им ще стане по-често, тласкайки енергийната индустрия към икономика, базирана на зелен водород.