Napredek tehnologije proizvodnje vodika in ekonomske analize - Proizvodnja vodika v alkalni elektrolitski celici

Proizvodnja vodika z alkalnimi celicami je razmeroma zrela tehnologija elektrolitske proizvodnje vodika. Alkalna celica je varna in zanesljiva z življenjsko dobo 15 let in se pogosto uporablja v komercialne namene.Delovna učinkovitost alkalne celice je na splošno 42% ~ 78%.V zadnjih nekaj letih so alkalne elektrolitske celice napredovale v dveh glavnih vidikih. Po eni strani se je izboljšala učinkovitost celic in zmanjšali obratovalni stroški, povezani s porabo električne energije.Po drugi strani pa se poveča gostota obratovalnega toka in zmanjšajo investicijski stroški.

Načelo delovanja alkalnega elektrolizerja je prikazano na sliki.Baterija je sestavljena iz dveh elektrod, ločenih z nepredušno membrano.Baterijski sklop je potopljen v visoko koncentracijo alkalnega tekočega elektrolita KOH (20 % do 30 %), da se poveča ionska prevodnost. Raztopini NaOH in NaCl se lahko uporabljata tudi kot elektrolita, vendar se običajno ne uporabljata. Glavna pomanjkljivost elektrolitov je, da so jedki.Celica deluje pri temperaturi od 65 °C do 100 °C. Katoda celice proizvaja vodik, nastali OH - pa teče skozi diafragmo do anode, kjer se rekombinira in tvori kisik.

Napredne alkalne elektrolitske celice so primerne za obsežno proizvodnjo vodika. Alkalne elektrolitske celice nekaterih proizvajalcev imajo zelo visoko zmogljivost proizvodnje vodika (500 ~ 760 Nm3/h), z ustrezno porabo energije 2150 ~ 3534 kW.V praksi je za preprečitev nastajanja vnetljivih plinskih mešanic izkoristek vodika omejen na 25 % do 100 % nazivnega območja, največja dovoljena gostota toka je približno 0,4 A/cm2, delovna temperatura je 5 do 100 °C, največji elektrolitski tlak pa je blizu 2,5 do 3,0 MPa.Ko je elektrolitski tlak previsok, se stroški naložbe povečajo in nevarnost nastanka škodljive mešanice plinov se znatno poveča.Brez kakršne koli pomožne čistilne naprave lahko čistost vodika, proizvedenega z elektrolizo alkalnih celic, doseže 99 %.Elektrolitska voda za alkalne elektrolitske celice mora biti čista, da se zaščiti elektroda in varno delovanje, prevodnost vode je manjša od 5S/cm.