Napredak tehnologije proizvodnje vodonika i ekonomska analiza – Proizvodnja vodonika u alkalnoj elektrolitičkoj ćeliji

Proizvodnja vodonika u alkalnoj ćeliji je relativno zrela elektrolitička tehnologija proizvodnje vodonika. Alkalna ćelija je sigurna i pouzdana, sa životnim vekom od 15 godina i široko se koristi u komercijalnoj upotrebi. Radna efikasnost alkalne ćelije je generalno 42% ~ 78%. U posljednjih nekoliko godina, alkalne elektrolitičke ćelije su napredovale u dva glavna aspekta. S jedne strane, poboljšana je efikasnost ćelije i smanjeni su operativni troškovi povezani s potrošnjom električne energije. S druge strane, povećava se gustina radne struje i smanjuje se investicijski trošak.

Princip rada alkalnog elektrolizera prikazan je na slici. Baterija se sastoji od dvije elektrode razdvojene nepropusnom membranom. Sklop baterije je uronjen u visoku koncentraciju alkalnog tečnog elektrolita KOH (20% do 30%) kako bi se maksimizirala jonska provodljivost. Otopine NaOH i NaCl također se mogu koristiti kao elektroliti, ali se ne koriste uobičajeno. Glavni nedostatak elektrolita je da su korozivni. Ćelija radi na temperaturi od 65°C do 100°C. Katoda ćelije proizvodi vodonik, a rezultirajući OH – teče kroz dijafragmu do anode, gdje se rekombinuje i proizvodi kisik.

Napredne alkalne elektrolitičke ćelije su pogodne za proizvodnju vodonika velikih razmjera. Alkalne elektrolitičke ćelije nekih proizvođača imaju vrlo visok kapacitet proizvodnje vodonika (500 ~ 760 Nm3/h), sa odgovarajućom potrošnjom energije od 2150 ~ 3534 kW. U praksi, da bi se sprečilo stvaranje zapaljivih gasnih mešavina, prinos vodonika je ograničen na 25% do 100% nominalnog opsega, maksimalna dozvoljena gustina struje je oko 0,4A/cm2, radna temperatura je 5 do 100°C, a maksimalni elektrolitički pritisak je blizu 2,5 do 3,0 MPa. Kada je elektrolitički pritisak previsok, trošak ulaganja se povećava i rizik od stvaranja štetne gasne mešavine značajno raste. Bez ikakvog pomoćnog uređaja za pročišćavanje, čistoća vodonika proizvedenog elektrolizom alkalne ćelije može doseći 99%. Elektrolitička voda alkalne elektrolitičke ćelije mora biti čista, kako bi se zaštitila elektroda i siguran rad, vodljivost vode je manja od 5S/cm.