يُعدّ إنتاج الهيدروجين باستخدام الخلايا القلوية تقنيةً ناضجةً نسبيًا لإنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي. تتميز هذه الخلايا بالأمان والموثوقية، ويبلغ عمرها الافتراضي 15 عامًا، وقد شاع استخدامها تجاريًا. تتراوح كفاءة تشغيلها عادةً بين 42% و78%. شهدت الخلايا الإلكتروليتية القلوية في السنوات الأخيرة تطورًا ملحوظًا في جانبين رئيسيين: أولهما، تحسين كفاءة الخلية وخفض تكاليف التشغيل المرتبطة باستهلاك الكهرباء؛ وثانيهما، زيادة كثافة التيار التشغيلي وانخفاض تكلفة الاستثمار.
يوضح الشكل مبدأ عمل المحلل الكهربائي القلوي. تتكون البطارية من قطبين كهربائيين يفصل بينهما غشاء محكم الإغلاق. يُغمر تركيب البطارية في محلول إلكتروليتي قلوي سائل عالي التركيز من هيدروكسيد البوتاسيوم (20% إلى 30%) لزيادة التوصيل الأيوني إلى أقصى حد. يمكن استخدام محاليل هيدروكسيد الصوديوم وكلوريد الصوديوم كإلكتروليتات، ولكنها ليست شائعة الاستخدام. العيب الرئيسي للإلكتروليتات هو أنها أكالة. تعمل الخلية عند درجة حرارة تتراوح بين 65 و100 درجة مئوية. ينتج الكاثود الهيدروجين، وتتدفق أيونات الهيدروكسيل الناتجة عبر الغشاء إلى الأنود، حيث تتحد لإنتاج الأكسجين.
تُعدّ خلايا التحليل الكهربائي القلوية المتقدمة مناسبة لإنتاج الهيدروجين على نطاق واسع. تتميز هذه الخلايا، التي تُصنّعها بعض الشركات، بقدرة إنتاجية عالية جدًا للهيدروجين تتراوح بين 500 و760 متر مكعب قياسي في الساعة، مع استهلاك طاقة يتراوح بين 2150 و3534 كيلوواط. عمليًا، ولتجنب تكوّن مخاليط غازية قابلة للاشتعال، يُحدّد إنتاج الهيدروجين بنسبة تتراوح بين 25% و100% من النطاق المُصنّف، ويبلغ الحد الأقصى المسموح به لكثافة التيار حوالي 0.4 أمبير/سم²، وتتراوح درجة حرارة التشغيل بين 5 و100 درجة مئوية، ويقارب الحد الأقصى لضغط التحليل الكهربائي 2.5 إلى 3.0 ميجا باسكال. عند ارتفاع ضغط التحليل الكهربائي بشكل كبير، ترتفع تكلفة الاستثمار ويزداد خطر تكوّن مخاليط غازية ضارة بشكل ملحوظ. وبدون أي جهاز تنقية إضافي، تصل نقاوة الهيدروجين المُنتج بواسطة التحليل الكهربائي للخلايا القلوية إلى 99%. يجب أن يكون الماء المستخدم في خلية التحليل الكهربائي القلوية نقيًا، وذلك لحماية القطب الكهربائي وضمان التشغيل الآمن، ويجب أن تكون موصلية الماء أقل من 5 سيمنز/سم.
تاريخ النشر: 2 فبراير 2023