Электролиз для производства водорода
Электролиз - это процесс, в котором различные вещества могут быть разделены с помощью электричества. Например, можно извлечь высокоэнергетический водород из чистой воды. Для этого требуются два электрода (анод и катод), источник постоянного тока и электропроводящая жидкость (электролит).
Практическая реализация: аппарат разложения воды Hofmann
Принцип электролиза может быть продемонстрирован на аппарате разложения воды Hofmann. Простой электролизер был изобретен в середине 1860-х годов и теперь известен многим из классов химии. Проще говоря, он состоит из трех труб, которые соединены друг с другом в нижней части. В то время как анод (положительный полюс) находится в первом, катод (отрицательный полюс) находится в последнем. Все пробирки также заполнены смесью воды и разбавленной серной кислоты. Последнее необходимо для увеличения проводимости жидкости. Если постоянный ток протекает через электроды, вода распадается на водород и кислород. Газы накапливаются в верхней части труб и могут быть удалены с помощью крана.
Различные типы электролизеров для производства водорода
В дополнение к классическому устройству для разложения воды, сегодня существует ряд других устройств для электролиза воды. В следующей таблице представлен обзор типов и функций электролизеров.
| электролизер | функциональность |
|---|---|
| Щелочной электролизер | Электролиз с использованием раствора гидроксида калия в качестве электролита, в котором расположена диафрагма (газонепроницаемая, но проницаемая для ионов перегородка) для предотвращения смешивания реакционных газов. |
|
PEM электролизер (протонообменная мембранный электролизер) |
Электролизер PEM состоит из протонопроницаемой мембраны с электродами с обеих сторон. Анод состоит из благородного металла, который каталитически разделяет дистиллированную воду на составляющие. Кислород, свободные электроны и положительно заряженные ионы H + образуются. Последние мигрируют через мембрану к катоду, где водород образуется вместе с электронами. Особенность: Реверсивные топливные элементы PEM выполняют функцию топливных элементов или электролизеров для электролиза воды, в зависимости от требований. |
| Высокотемпературный электролизер | Электролиз воды происходит при температуре около 900 градусов по Цельсию. Дополнительная тепловая энергия снижает потребность в электроэнергии для реакции и обеспечивает очень высокую эффективность. |
Насколько эффективно электрическая энергия может быть преобразована в химическую энергию с помощью электролиза, в основном зависит от конструкции электролизера. В то время как щелочные системы достигают эффективности от 70 до 80 процентов, высокотемпературные электролизеры работают с эффективностью более 90 процентов. Системы PEM находятся между 80 и 90 процентами.
Аккумулирование с помощью электролиза: как это работает?
Если электролизер производит водород, его можно хранить в баллонах под давлением и использовать с задержкой по времени. Таким образом, топливные элементы могут преобразовывать богатое энергией вещество в электричество и тепло. В отличие от обычных систем накопления энергии, таким образом избыточное электричество от фотоэлектрических и ветряных электростанций может храниться в течение длительного времени. Потребители могут использовать избыточную энергию с лета до зимы, чтобы обеспечить себя электричеством и теплом.
Фотогальваника + электролиз + топливные элементы: самодостаточная энергетическая концепция
Оптимально спроектированные здания могут снабжаться электричеством и теплом независимо от электролизера. В следующей таблице показано, какие компоненты необходимы.
| Составные части | Функция в энергетической концепции |
|---|---|
| Фотоэлектрические | Фотоэлектрическая система преобразует свободную солнечную энергию в электричество. |
| Накопитель солнечной энергии | Обычное хранилище электроэнергии хранит ежедневную потребность в электроэнергии. |
| электролизер | Электролизер преобразует избыточную солнечную энергию в водород. |
| Хранение водорода | Хранение водорода поглощает сырье и сохраняет его в течение длительного времени. |
| Топливная ячейка | Нагрев топливного элемента использует водород из хранилища, чтобы обеспечить тепло и электричество для вашего собственного дома. |
Чтобы иметь возможность проектировать отдельные компоненты системы как можно меньше и экономить расходы, потребность в энергии в доме должна быть минимальной. Поэтому самодостаточная концепция особенно подходит для домов с низким энергопотреблением и пассивных домов. Уже построенные водородные дома с полностью автономным энергоснабжением доказывают, что теория также работает на практике.