Ūdeņraža ražošanas tehnoloģijas attīstība un ekonomiskā analīze – ūdeņraža ražošana sārmainā elektrolīzes šūnā

Sārmaino elementu ūdeņraža ražošana ir relatīvi nobriedusi elektrolītiskā ūdeņraža ražošanas tehnoloģija. Sārmainās šūnas ir drošas un uzticamas, to kalpošanas laiks ir 15 gadi, un tās tiek plaši izmantotas komerciāli. Sārmaino elementu darba efektivitāte parasti ir 42% ~ 78%. Pēdējos gados sārmainās elektrolītiskās šūnas ir guvušas panākumus divos galvenajos aspektos. No vienas puses, ir uzlabojusies elementu efektivitāte un samazinājušās ar elektroenerģijas patēriņu saistītās ekspluatācijas izmaksas. No otras puses, palielinās darba strāvas blīvums un samazinās investīciju izmaksas.

Sārmainā elektrolizatora darbības princips ir parādīts attēlā. Baterija sastāv no diviem elektrodiem, ko atdala hermētiska diafragma. Baterijas mezgls ir iegremdēts augstas koncentrācijas sārmainā šķidrā elektrolītā KOH (20% līdz 30%), lai maksimāli palielinātu jonu vadītspēju. Kā elektrolītus var izmantot arī NaOH un NaCl šķīdumus, taču tie netiek plaši izmantoti. Elektrolītu galvenais trūkums ir to korozivitāte. Šūna darbojas temperatūrā no 65 °C līdz 100 °C. Šūnas katods ražo ūdeņradi, un iegūtais OH⁻ plūst caur diafragmu uz anodu, kur tas atkalapvienojas, veidojot skābekli.

Modernās sārmainās elektrolītiskās šūnas ir piemērotas liela mēroga ūdeņraža ražošanai. Dažu ražotāju ražotajām sārmainās elektrolītiskajām šūnām ir ļoti augsta ūdeņraža ražošanas jauda (500–760 Nm3/h) ar atbilstošu enerģijas patēriņu 2150–3534 kW. Praksē, lai novērstu viegli uzliesmojošu gāzu maisījumu veidošanos, ūdeņraža raža ir ierobežota līdz 25–100 % no nominālā diapazona, maksimāli pieļaujamais strāvas blīvums ir aptuveni 0,4 A/cm2, darba temperatūra ir no 5 līdz 100 °C, un maksimālais elektrolītiskais spiediens ir tuvu 2,5–3,0 MPa. Ja elektrolītiskais spiediens ir pārāk augsts, palielinās investīciju izmaksas un ievērojami palielinās kaitīgu gāzu maisījumu veidošanās risks. Bez papildu attīrīšanas ierīcēm sārmainās elektrolīzes procesā iegūtā ūdeņraža tīrība var sasniegt 99 %. Sārmainās elektrolīzes šūnas elektrolītiskajā ūdenī jābūt tīram, lai aizsargātu elektrodu un nodrošinātu drošu darbību, ūdens vadītspējai jābūt mazākai par 5 S/cm.