Такие термины, как «зеленый водород», «электролиз» и «водородный электролизер», становятся все более популярными. Как мы описывали в нашем недавнем блоге о водородном транспорте, системы электролиза появляются по всему миру, и многие правительства делают большие ставки на внедрение «зеленого» водорода как части перехода к возобновляемым источникам энергии.
Но как именно производится зеленый водород? Что такое электролиз, и что делает эту технологию устойчивой?
В этом блоге мы подробно ответим на эти вопросы.
Серый, синий и зеленый водород
Хотя мы уже подробно обсуждали разницу между зеленым, голубым и серым водородом в нашем блоге о жидком водороде, мы хотели бы еще раз кратко упомянуть эти три производственных процесса.
Серый водород
Серый водород производится путем
паровой риформинг метана
. Метод использует горячий пар для получения водорода из источника метана, такого как уголь или природный газ. Под давлением 3-25 бар два материала вступают в реакцию при добавлении катализатора, и в результате этой реакции образуются CO, CO
2
и водород.
Для получения чистого водорода происходит «реакция сдвига воды и газа», в результате которой образуются тепло, CO и водород. Производство серого водорода является эффективным, но, к сожалению, довольно вредным для окружающей среды из-за большого количества CO
2
которое при этом выделяется.
Голубой водород
Более экологичной альтернативой серому водороду является голубой водород. Производство голубого водорода происходит так же, как и производство серого водорода, но при этом методе большая часть CO
2
улавливается, хранится или повторно используется. Это делает процесс значительно более устойчивым, но и более дорогим, поскольку инфраструктура для улавливания высвобожденного CO
2
требует материалов и энергии.
Зеленый водород
В то время как серый и синий водород производится путем парового риформинга метана, зеленый водород производится путем электролиза. Этот производственный процесс не выделяет CO
2
благодаря чему «зеленый водород» является экологически чистым топливом и энергоносителем будущего.
Что такое электролизер для водорода?
Электролиз — это просто химическая реакция, в которой используется электричество для разложения сложных веществ на сингулярные или другие сложные вещества.
Этот метод может быть применен к широкому спектру веществ, но в настоящее время наиболее известен для расщепления воды с получением водорода. Электролиз воды был открыт еще в 1807 году Хамфри Дэви, который в том же году представил свои результаты Лондонскому королевскому обществу.
При электролизе воды электрическая энергия используется для разделения воды на водород и кислород. Кислород либо выделяется в процессе, либо улавливается и используется; водород может быть или не быть преобразован в жидкий водород с помощью сжижителя.
Электролизер представляет собой обратный топливный элемент. Топливный элемент вырабатывает электричество путем соединения водорода с кислородом, в то время как при электролизе электричество используется для получения водорода и кислорода.
Как это работает? Система электролиза состоит из емкости с водой, содержащей электролит, и двух электродов: катода (отрицательный полюс) и анода (положительный полюс). Химическая реакция происходит по обе стороны электролита, если направить электрический ток на оба электрода. Водород выделяется на стороне катода, а кислород — на стороне анода.
Очевидно, что процесс электролиза должен использовать устойчиво производимую энергию; это может быть солнечная энергия, энергия ветра, гидроэнергия или биомасса. Электролиз все еще возможен, если это не так, но тогда он не может считаться зеленым водородом.
Два типа электролизера
Принцип электролиза хорошо известен, но существуют различные типы электролизеров. Два наиболее известных электролизера для получения водорода — это щелочной электролизер и ПЭМ-электролизер.
Щелочной электролизер
В щелочном электролизере используется жидкий щелочной электролит. Вода в этом электролите расщепляется на водород и гидроксид-ионы на катодном полюсе. Затем эти ионы вступают в контакт с мембраной, после чего они окисляются до воды и кислорода на анодном полюсе.
Химическая реакция происходит как на катоде, так и на аноде:
Катод: 2 H
2
O + 2e → H
2
+ 2 OH-
Анод: 2 OH- → ½ O
2
+ 2e- + H
2
O
Общая реакция: H
2
O → H
2
+ ½ O
2
.
Для запуска этой реакции требуется около 285 кДж/моль возобновляемой энергии (примерно 50 КДж/моль тепла и 235 кДж/моль возобновляемой электроэнергии на моль воды). Температура, при которой происходит электролиз, составляет от 40 до 90 градусов Цельсия.
Электролизеры, использующие в качестве электролита жидкий щелочной раствор гидроксида натрия или калия, доступны уже давно и успешно зарекомендовали себя для производства водорода. Однако к недостаткам этого метода можно отнести относительно низкую плотность тока в ячейках и тот факт, что ячейки не могут работать под высоким давлением и, следовательно, имеют довольно большие размеры.
Электролизер ПЭМ
В электролизере PEM используется полимерная мембрана, которая пропускает только ионы водорода. На аноде вода расщепляется на кислород, ионы водорода и два электрона. Затем ионы водорода и два электрона проходят через мембрану и преобразуются в водород на катоде.
Химическая реакция происходит как на катоде, так и на аноде:
Анод: H
2
O → H
2
+ ½ O
2
+ 2e
Катод: 2H+ + 2e → H
2
Преимуществом электролизера PEM перед щелочным электролизером является то, что он также работает под давлением и, следовательно, может иметь меньшие размеры. Однако у этого метода есть и недостатки. Например, электролизер PEM работает в сильно кислых условиях, что предъявляет особые требования к системе.
Хочешь узнать больше?
Компания Demaco на протяжении десятилетий работает над созданием лучших инфраструктур жидкого водорода, мы разрабатываем и производим вакуумные изолированные линии передачи и различные вспомогательные продукты. Компания Demaco также осуществляет проекты по транспортировке, хранению и применению жидкого водорода.
Если у вас есть какие-либо вопросы о нашей отрасли, пожалуйста, обращайтесь к нам. или ознакомьтесь с нашими продуктами и проектами для получения дополнительной информации.
Вы хотели бы узнать больше о жидком водороде? Тогда загляните на эту страницу или прочитайте наш недавний блог «Для чего используется водород?». Здесь вы можете прочитать все об этой универсальной криогенной жидкости и о многолетнем опыте, накопленном компанией Demaco в рамках различных современных водородных проектов.
