Progresso da tecnologia de produção de hidrogênio e análise econômica – Produção de hidrogênio em célula eletrolítica alcalina

A produção de hidrogênio por células alcalinas é uma tecnologia de produção de hidrogênio eletrolítico relativamente madura. As células alcalinas são seguras e confiáveis, com vida útil de 15 anos, e têm sido amplamente utilizadas comercialmente. A eficiência operacional das células alcalinas é geralmente de 42% a 78%. Nos últimos anos, as células eletrolíticas alcalinas progrediram em dois aspectos principais. Por um lado, a eficiência da célula foi aprimorada e os custos operacionais associados ao consumo de energia foram reduzidos. Por outro lado, a densidade de corrente operacional aumentou e o custo de investimento diminuiu.

O princípio de funcionamento de um eletrolisador alcalino é mostrado na figura. A bateria consiste em dois eletrodos separados por um diafragma hermético. O conjunto da bateria é imerso em uma alta concentração de eletrólito líquido alcalino KOH (20% a 30%) para maximizar a condutividade iônica. Soluções de NaOH e NaCl também podem ser usadas como eletrólitos, mas não são comumente utilizadas. A principal desvantagem dos eletrólitos é que eles são corrosivos. A célula opera a uma temperatura de 65 °C a 100 °C. O cátodo da célula produz hidrogênio, e o OH- resultante flui através do diafragma para o ânodo, onde se recombina para produzir oxigênio.

Células eletrolíticas alcalinas avançadas são adequadas para a produção de hidrogênio em larga escala. As células eletrolíticas alcalinas fabricadas por alguns fabricantes têm uma capacidade de produção de hidrogênio muito alta (500 ~ 760 Nm³/h), com um consumo de energia correspondente de 2150 ~ 3534 kW. Na prática, para evitar a criação de misturas gasosas inflamáveis, o rendimento de hidrogênio é limitado a 25% a 100% da faixa nominal, a densidade de corrente máxima permitida é de cerca de 0,4 A/cm², a temperatura de operação é de 5 a 100 °C e a pressão eletrolítica máxima é próxima de 2,5 a 3,0 MPa. Quando a pressão eletrolítica é muito alta, o custo do investimento aumenta e o risco de formação de misturas gasosas nocivas aumenta significativamente. Sem qualquer dispositivo auxiliar de purificação, a pureza do hidrogênio produzido pela eletrólise da célula alcalina pode chegar a 99%. A água eletrolítica da célula eletrolítica alcalina deve ser pura, a fim de proteger o eletrodo e operar com segurança, a condutividade da água é inferior a 5 S/cm².