Ūdeņraža ražošanas tehnoloģijas virzība un ekonomiskā analīze – Ūdeņraža ražošana sārmainās elektrolītiskajā šūnā

Sārmu šūnu ūdeņraža ražošana ir salīdzinoši nobriedusi elektrolītiskā ūdeņraža ražošanas tehnoloģija. Sārma šūna ir droša un uzticama, tās kalpošanas laiks ir 15 gadi, un tā ir plaši izmantota komerciāli. Sārma elementu darba efektivitāte parasti ir 42% ~ 78%. Dažu pēdējo gadu laikā sārmainās elektrolītiskās šūnas ir guvušas panākumus divos galvenajos aspektos. No vienas puses, uzlabota šūnu efektivitāte un samazinātas ar elektroenerģijas patēriņu saistītās darbības izmaksas. No otras puses, palielinās darbības strāvas blīvums un samazinās investīciju izmaksas.

Sārma elektrolīzera darbības princips ir parādīts attēlā. Akumulators sastāv no diviem elektrodiem, kas atdalīti ar gaisa necaurlaidīgu diafragmu. Lai palielinātu jonu vadītspēju, akumulators ir iegremdēts augstas koncentrācijas sārmainā šķidrā elektrolīta KOH (20% līdz 30%). NaOH un NaCl šķīdumus var izmantot arī kā elektrolītus, taču tos parasti neizmanto. Galvenais elektrolītu trūkums ir tas, ka tie ir kodīgi. Šūna darbojas temperatūrā no 65 °C līdz 100 °C. Šūnas katods ražo ūdeņradi, un iegūtais OH – caur diafragmu plūst uz anodu, kur tas rekombinējas, veidojot skābekli.

Uzlabotas sārmainās elektrolītiskās šūnas ir piemērotas liela mēroga ūdeņraža ražošanai. Dažu ražotāju ražotajām sārma elektrolītiskajām šūnām ir ļoti liela ūdeņraža ražošanas jauda (500 ~ 760 Nm3/h) ar atbilstošu enerģijas patēriņu 2150 ~ 3534 kW. Praksē, lai novērstu uzliesmojošu gāzu maisījumu veidošanos, ūdeņraža iznākums ir ierobežots līdz 25% līdz 100% no nominālā diapazona, maksimālais pieļaujamais strāvas blīvums ir aptuveni 0,4A/cm2, darba temperatūra ir no 5 līdz 100°C, un maksimālais elektrolītiskais spiediens ir tuvu 2,5 līdz 3,0 MPa. Ja elektrolītiskais spiediens ir pārāk augsts, palielinās investīciju izmaksas un ievērojami palielinās kaitīgu gāzu maisījuma veidošanās risks. Bez jebkādas papildu attīrīšanas ierīces ūdeņraža tīrība, kas iegūta ar sārmu elementu elektrolīzi, var sasniegt 99%. Sārma elektrolītisko elementu elektrolītiskajam ūdenim jābūt tīram, lai aizsargātu elektrodu un drošu darbību, ūdens vadītspēja ir mazāka par 5S/cm.