Perkembangan teknologi produksi hidrogen dan analisis ekonomi – Produksi hidrogen dalam sel elektrolit alkali

Produksi hidrogen sel alkali merupakan teknologi produksi hidrogen elektrolit yang relatif matang. Sel alkali aman dan andal, dengan masa pakai 15 tahun, dan telah digunakan secara luas secara komersial. Efisiensi kerja sel alkali umumnya 42% ~ 78%. Dalam beberapa tahun terakhir, sel elektrolit alkali telah mengalami kemajuan dalam dua aspek utama. Di satu sisi, efisiensi sel yang ditingkatkan telah ditingkatkan dan biaya pengoperasian yang terkait dengan konsumsi listrik telah berkurang. Di sisi lain, kerapatan arus pengoperasian meningkat dan biaya investasi menurun.

Prinsip kerja elektroliser alkali ditunjukkan pada gambar. Baterai terdiri dari dua elektroda yang dipisahkan oleh diafragma kedap udara. Rakitan baterai direndam dalam elektrolit cair alkali KOH berkonsentrasi tinggi (20% hingga 30%) untuk memaksimalkan konduktivitas ionik. Larutan NaOH dan NaCl juga dapat digunakan sebagai elektrolit, tetapi tidak umum digunakan. Kerugian utama elektrolit adalah sifatnya yang korosif. Sel beroperasi pada suhu 65 °C hingga 100 °C. Katoda sel menghasilkan hidrogen, dan OH – yang dihasilkan mengalir melalui diafragma ke anoda, tempat ia bergabung kembali untuk menghasilkan oksigen.

Sel elektrolit alkali canggih cocok untuk produksi hidrogen skala besar. Sel elektrolit alkali yang dibuat oleh beberapa produsen memiliki kapasitas produksi hidrogen yang sangat tinggi pada (500 ~ 760Nm3/jam), dengan konsumsi daya yang sesuai sebesar 2150 ~ 3534kW. Dalam praktiknya, untuk mencegah terciptanya campuran gas yang mudah terbakar, hasil hidrogen dibatasi hingga 25% hingga 100% dari kisaran terukur, kerapatan arus maksimum yang diizinkan sekitar 0,4A/cm2, suhu pengoperasian 5 hingga 100°C, dan tekanan elektrolit maksimum mendekati 2,5 hingga 3,0 MPa. Ketika tekanan elektrolit terlalu tinggi, biaya investasi meningkat dan risiko pembentukan campuran gas berbahaya meningkat secara signifikan. Tanpa perangkat pemurnian tambahan apa pun, kemurnian hidrogen yang dihasilkan oleh elektrolisis sel alkali dapat mencapai 99%. Air elektrolit sel elektrolit alkali harus murni, untuk melindungi elektroda dan pengoperasian yang aman, konduktivitas air kurang dari 5S/cm.