Vývoj technológie výroby vodíka a ekonomická analýza – Výroba vodíka v alkalickom elektrolytickom článku

Výroba vodíka v alkalických článkoch je relatívne vyspelá technológia výroby elektrolytického vodíka. Alkalický článok je bezpečný a spoľahlivý, má životnosť 15 rokov a je široko komerčne využívaný. Pracovná účinnosť alkalického článku je vo všeobecnosti 42% ~ 78%. V posledných rokoch dosiahli alkalické elektrolytické články pokrok v dvoch hlavných aspektoch. Na jednej strane sa zlepšila vylepšená účinnosť článkov a znížili sa prevádzkové náklady spojené so spotrebou elektrickej energie. Na druhej strane sa zvyšuje prevádzková prúdová hustota a znižujú sa investičné náklady.

Princíp činnosti alkalického elektrolyzéra je znázornený na obrázku. Batéria pozostáva z dvoch elektród oddelených vzduchotesnou membránou. Zostava batérie je ponorená do vysokej koncentrácie alkalického tekutého elektrolytu KOH (20% až 30%), aby sa maximalizovala iónová vodivosť. Ako elektrolyty možno použiť aj roztoky NaOH a NaCl, ale bežne sa nepoužívajú. Hlavnou nevýhodou elektrolytov je, že sú žieravé. Bunka pracuje pri teplote 65 °C až 100 °C. Katóda článku produkuje vodík a vzniknutý OH – prúdi cez membránu na anódu, kde sa rekombinuje za vzniku kyslíka.

Pokročilé alkalické elektrolytické články sú vhodné na výrobu vodíka vo veľkom meradle. Alkalické elektrolytické články niektorých výrobcov majú veľmi vysokú kapacitu výroby vodíka (500 ~ 760 Nm3/h), so zodpovedajúcou spotrebou energie 2150 ~ 3534 kW. V praxi, aby sa zabránilo vytváraniu horľavých zmesí plynov, je výťažok vodíka obmedzený na 25 % až 100 % menovitého rozsahu, maximálna povolená prúdová hustota je asi 0,4 A/cm2, prevádzková teplota je 5 až 100 °C, a maximálny elektrolytický tlak je blízky 2,5 až 3,0 MPa. Pri príliš vysokom elektrolytickom tlaku sa zvyšujú investičné náklady a výrazne sa zvyšuje riziko tvorby škodlivej zmesi plynov. Bez akéhokoľvek pomocného čistiaceho zariadenia môže čistota vodíka produkovaného elektrolýzou alkalických článkov dosiahnuť 99 %. Elektrolytická voda v alkalickom elektrolytickom článku musí byť čistá, aby sa chránila elektróda a aby bola bezpečná prevádzka, vodivosť vody je menšia ako 5S/cm.