Electrolitzador alcalí

La reducció de costos de l'hidrogen verd produït per l'electròlisi de l'aigua és molt desitjable per reduir els costos de la transició energètica. Això no només requereix electricitat verda de baix cost, sinó també costos de capital més baixos. Això últim és especialment important, ja que les futures plantes d'electròlisi funcionaran a partir d'electricitat renovable (excés) variable limitant el nombre d'hores de funcionament i, per tant, augmentant la contribució relativa dels costos de capital. Hi ha tres maneres de reduir els costos de capital: economies d'escala, economies de nombres i innovació.
Les "economies d'escala" significa que les plantes grans són relativament més barates. A la indústria química és habitual que una planta deu vegades més gran sigui només cinc vegades més cara, la qual cosa implica que els costos de capital per unitat de producte produït són un factor dos inferiors. Una pregunta és si aquest escalat també s'aplicarà a les plantes d'electròlisi, ja que els electròlitzadors no "escalen bé": a causa de les limitacions en la gestió de la calor, les piles alcalines actuals es limiten a aproximadament 10 MW de mida i no s'espera que aquest nombre augmenti molt en el futur. Això vol dir que per a plantes més grans els electròlitzadors només hauran de ser "numerats", la qual cosa implica que hi ha avantatges a escala limitada per als electròlitzadors. Al mateix temps, les piles només aporten un 10-20% dels costos totals de la planta i l'altre 80-90% dels costos escala bé. Per tant, encara esperem bones economies d'escala per a les plantes d'electròlisi d'aigua, tot i que podrien ser lleugerament menys favorables que per a les plantes químiques normals.
"Economia de nombres" vol dir que quan es produeixen més unitats del mateix producte, s'abaratiran a causa de la fabricació automatitzada i altres optimitzacions de la cadena de subministrament. L'exemple més conegut són els panells solars on s'han aconseguit grans reduccions de costos d'aquesta manera. A més, en el camp dels electròlitzadors hi ha un gran potencial per a "economies d'escala", ja que actualment la majoria d'electrolitzadors encara es fabriquen d'una manera molt intensiva en mà d'obra amb el muntatge manual de cèl·lules en piles. A causa de la creixent demanda d'electrolitzadors, ja veiem que els fabricants comencen a desenvolupar línies de producció automatitzades que permeten una reducció de costos important.
Tant les "economies d'escala" com les "economies de nombres" contribuiran a la reducció de costos, però també hi ha una compensació entre elles: piles i mòduls més grans (que inclouen bombes, separadors gas-líquid i intercanviadors de calor) impliquen que el nombre d'unitats serà menor i, per tant, els avantatges de les "economies de nombres" seran menors. Tanmateix, el mercat d'ecrolitzadors d'aigua serà tan gran que fins i tot amb grans piles i mòduls encara hi haurà importants "economies de nombre". Això fa que per a l'electròlisi de l'aigua les "economies d'escala" i les "economies de nombres" puguin ser complementàries.
Un altre factor important per a la reducció de costos serà la innovació. Tot i que la tecnologia alcalina ja existeix des de fa més de 100 anys, encara hi ha ampli marge per a les innovacions tècniques, especialment pel que fa a la densitat actual en què s'utilitza la tecnologia. En comparació amb la tecnologia d'electròlisi alcalina tradicional, la densitat de corrent es pot augmentar en més d'un factor cinc mitjançant innovacions en el diafragma, els recobriments d'elèctrodes i el disseny de les cèl·lules. La figura 3 mostra una representació esquemàtica d'una pila conceptual d'electròlisi alcalina que podria estar al mercat l'any 2030. La taula 2 mostra les característiques de rendiment corresponents d'un electrolitzador d'aquest tipus, mostrant que la sortida d'hidrogen d'aquest electrolitzador pot ser un factor deu superior a la tradicional. electrolitzadors alcalins. Això redueix eficaçment els costos de l'hidrogen produït, ja que la pila no és deu vegades més cara que la tradicional.

Hi ha moltes maneres en què l'electròlisi de la producció d'hidrogen pot beneficiar les persones i les empreses. Potser el principal avantatge d'aquesta tècnica consisteix en la producció d'hidrogen verd en lloc de dependre de l'hidrogen blau (un producte derivat de fonts tradicionals de combustibles fòssils com el gas natural). És a dir, un electrolitzador ofereix un mitjà renovable per produir energia.

Per tant, és clar veure per què s'utilitza sovint un electrolitzador a la indústria de les piles de combustible d'hidrogen. Aquest gas es pot recollir i emmagatzemar per recarregar les cèl·lules un cop s'esgoten; allargant dràsticament la seva vida útil alhora que garanteixen fonts d'energia fiables.

Una altra aplicació interessant que implica l'emmagatzematge d'hidrogen és com es pot integrar a les tecnologies verdes existents. Per exemple, hi pot haver moments en què els aerogeneradors no poden produir nivells suficients de potència a causa de les condicions meteorològiques. Es pot utilitzar un electrolític in situ com a sistema redundant.

Un altre cas inclou situacions en què es produeix una quantitat excessiva d'electricitat de la xarxa. A diferència de reduir la producció, aquesta potència es pot redirigir a un electrolitzador; resultant en dipòsits més adequats d'hidrogen per a un ús futur.[9]

L'electròlisi alcalina de l'aigua destaca per la seva excepcional escalabilitat, adaptant-se sense esforç a les diverses necessitats de producció d'hidrogen. Aquesta versatilitat fa que sigui aplicable en un espectre d'escenaris, des d'iniciatives a escala modesta fins a processos industrials expansius. A més, la vida útil ampliada de l'electròlisi alcalina garanteix un subministrament d'hidrogen constant i sostenible durant una durada prolongada.
La rendibilitat de l'electròlisi alcalina és un altre avantatge notable, ja que els seus equips requereixen materials menys costosos en comparació amb els mètodes alternatius de producció d'hidrogen. Aquesta assequibilitat amplia la seva accessibilitat, ampliant el seu atractiu a una base d'usuaris diversa, incloses petites empreses i institucions de recerca.

La senzillesa defineix el manteniment dels sistemes d'electròlisi alcalina. El seu disseny senzill requereix una atenció i un servei mínims, eliminant la necessitat d'habilitats especialitzades o rutines de manteniment costoses, i el converteix en una opció convenient per a la producció d'hidrogen.

Funcionar a temperatures més baixes és un avantatge clau de l'electròlisi alcalina, que contribueix a reduir el consum d'energia i augmentar l'eficiència global. Aquest procés d'eficiència energètica suposa un estalvi de costos i una menor petjada ambiental.
La producció d'hidrogen d'alta puresa és un mèrit addicional de l'electròlisi alcalina, especialment crucial per a aplicacions en indústries com les piles de combustible i els productes químics. La garantia d'un rendiment i fiabilitat de primer nivell en aquests sectors solidifica l'electròlisi alcalina com a mètode preferit per a la producció d'hidrogen.

Finalment, cal destacar el potencial ecològic de l'electròlisi alcalina. En integrar fonts d'energia renovables com l'energia solar o eòlica, el procés redueix significativament les emissions de carboni i disminueix la dependència dels combustibles fòssils, alineant-se amb l'objectiu general de fomentar un sistema energètic sostenible i conscient del medi ambient.

En resum, l'electròlisi alcalina de l'aigua ofereix una gran varietat d'avantatges per a la producció d'hidrogen. La seva escalabilitat, rendibilitat, atributs de baix manteniment, capacitat d'operar a temperatures més baixes, sortida d'hidrogen d'alta puresa i característiques ecològiques el situen com una solució convincent per a diverses aplicacions. Tant si es desplega en projectes a petita escala com en entorns industrials a gran escala, l'electròlisi alcalina de l'aigua sorgeix com una font fiable i sostenible d'hidrogen.

Un electrolitzador alcalí és un dispositiu que utilitza una solució d'electròlits, normalment hidròxid de potassi o de sodi, per dividir les molècules d'aigua en hidrogen i oxigen mitjançant un procés anomenat electròlisi. El principi químic darrere d'un electrolitzador alcalí es basa en els principis de l'electroquímica. En electroquímica, les reaccions químiques són impulsades per la transferència d'electrons d'una substància a una altra. Quan s'aplica un corrent elèctric a una solució d'electròlit, fa que la solució d'electròlit se sotmeti a un procés anomenat electròlisi. Durant aquest procés, el corrent elèctric fa que les molècules d'aigua es divideixin en els seus àtoms constitutius d'hidrogen i oxigen.
En un electrolitzador alcalí, el procés és possible gràcies a la presència de la solució d'electròlit, que conté ions hidròxid (OH-) que faciliten la transferència d'electrons entre els elèctrodes i les molècules d'aigua. Els ions hidròxid són atrets per l'ànode carregat positivament (l'elèctrode connectat al terminal positiu de la font d'alimentació) i els ions d'hidrogen (H+) són atrets pel càtode carregat negativament (l'elèctrode connectat al terminal negatiu de la font d'alimentació) .
A l'ànode, les molècules d'aigua s'oxiden per formar gas oxigen i ions d'hidrogen carregats positivament: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e-
Al càtode, els ions d'hidrogen es redueixen per formar hidrogen gasós: 4H+ + 4e- → 2H2
En general, la reacció es pot expressar com: 2H2O → 2H2 + O2
La solució d'electròlit juga un paper important en el procés proporcionant un medi conductor per al flux d'electrons entre els elèctrodes i les molècules d'aigua. Els ions d'hidròxid de la solució d'electròlit també ajuden a mantenir un nivell de pH estable, que és important per al funcionament eficient de l'electròlit.
En resum, un electròlitzador alcalí funciona utilitzant una solució d'electròlit per facilitar la transferència d'electrons entre els elèctrodes i les molècules d'aigua, donant lloc a la producció d'hidrogen i oxigen gasós.

Els electrolitzadors alcalins es construeixen normalment amb materials resistents a la corrosió i poden suportar les dures condicions del procés d'electròlisi. Els principals materials utilitzats en els electrolitzadors alcalins inclouen:

Elèctrodes:Els elèctrodes dels electrolitzadors alcalins solen estar fets de níquel, acer niquelat o titani recobert amb un aliatge a base de níquel. Aquests materials són resistents a la corrosió i poden suportar les dures condicions del procés d'electròlisi.

Membrana:Els electrolitzadors alcalins utilitzen un electròlit KOH líquid, de manera que no requereixen una membrana.

Components cel·lulars:Els components de les cèl·lules dels electrolitzadors alcalins, com ara marcs de cel·les, separadors i recipients a pressió, solen estar fets de materials com ara acer inoxidable, acer al carboni o aliatges de níquel. Aquests materials són resistents a la corrosió i poden suportar les dures condicions del procés d'electròlisi.

Els electrolitzadors alcalins són una opció rendible i eficient per a la producció d'hidrogen. Tenen diversos avantatges respecte a altres tipus d'electrolitzadors, com ara una major eficiència energètica, baix cost, producció d'hidrogen d'alta puresa i robustesa mecànica. Els electrolitzadors alcalins es construeixen amb materials resistents a la corrosió i poden suportar les dures condicions del procés d'electròlisi, com ara níquel, acer niquelat, titani recobert amb un aliatge a base de níquel, acer inoxidable, acer al carboni i aliatges de níquel. Mitjançant la utilització d'electrolitzadors alcalins, les indústries poden produir hidrogen d'alta puresa de manera més eficient i a un cost més baix, contribuint a un futur d'energia més sostenible i neta.

Els productes es venen a totes les regions de la Xina i s'exporten a països de tot el món. S'han venut a més de 20 països i regions, inclosos els Estats Units, Alemanya, el Marroc, Kenya, l'Aràbia Saudita, Vietnam, Algèria, l'Índia, Tanzània i Taiwan. Va proporcionar amb èxit empreses conegudes com China Aerospace, PetroChina, China Nuclear Group, BYD, Jiuli Specialty, Tony Electronics, Zheng Energy Group i altres empreses conegudes. Hi ha moltes estacions d'hidrogenació d'hidrogen verd com Wulanchabu, Haikou, Hainan, Hainan Haikou, Yunnan Kunming, etc. ofereixen projectes verds i de fabricació d'hidrogen.