La produzione di idrogeno tramite celle alcaline è una tecnologia relativamente matura per la produzione elettrolitica di idrogeno. Le celle alcaline sono sicure e affidabili, con una durata di 15 anni, e sono ampiamente utilizzate a livello commerciale. L'efficienza operativa delle celle alcaline è generalmente compresa tra il 42% e il 78%. Negli ultimi anni, le celle elettrolitiche alcaline hanno compiuto progressi in due aspetti principali. Da un lato, è stata migliorata l'efficienza delle celle e sono stati ridotti i costi operativi associati al consumo di energia elettrica. Dall'altro lato, è aumentata la densità di corrente operativa e sono diminuiti i costi di investimento.
Il principio di funzionamento di un elettrolizzatore alcalino è illustrato nella figura. La batteria è costituita da due elettrodi separati da un diaframma a tenuta d'aria. L'insieme della batteria è immerso in un elettrolita liquido alcalino ad alta concentrazione di KOH (dal 20% al 30%) per massimizzare la conduttività ionica. Anche le soluzioni di NaOH e NaCl possono essere utilizzate come elettroliti, ma non sono di uso comune. Il principale svantaggio degli elettroliti è la loro corrosività. La cella opera a una temperatura compresa tra 65 °C e 100 °C. Il catodo della cella produce idrogeno e gli ioni OH– risultanti fluiscono attraverso il diaframma verso l'anodo, dove si ricombinano per produrre ossigeno.
Le celle elettrolitiche alcaline avanzate sono adatte alla produzione di idrogeno su larga scala. Le celle elettrolitiche alcaline prodotte da alcuni produttori hanno una capacità di produzione di idrogeno molto elevata (500 ~ 760 Nm³/h), con un consumo energetico corrispondente di 2150 ~ 3534 kW. In pratica, per evitare la formazione di miscele di gas infiammabili, la resa di idrogeno è limitata al 25% - 100% del valore nominale, la densità di corrente massima consentita è di circa 0,4 A/cm², la temperatura di esercizio è compresa tra 5 e 100 °C e la pressione elettrolitica massima è vicina a 2,5 - 3,0 MPa. Quando la pressione elettrolitica è troppo elevata, i costi di investimento aumentano e il rischio di formazione di miscele di gas nocive aumenta significativamente. Senza alcun dispositivo di purificazione ausiliario, la purezza dell'idrogeno prodotto dall'elettrolisi in celle alcaline può raggiungere il 99%. L'acqua elettrolitica delle celle alcaline deve essere pura, per proteggere gli elettrodi e garantire un funzionamento sicuro, e la sua conduttività deve essere inferiore a 5 S/cm.
Data di pubblicazione: 2 febbraio 2023