Per mezzo della corrente continua, le molecole d'acqua vengono scisse per produrre ossigeno e idrogeno, che vengono poi separati rispettivamente dall'anodo e dal catodo della cella elettrolitica. Questo processo è noto come elettrolisi dell'acqua. La generazione di idrogeno per elettrolisi dell'acqua è spesso separata in elettrolisi dell'acqua alcalina (AE), elettrolisi dell'acqua della membrana a scambio protonico (PEM) ed elettrolisi dell'acqua dell'ossido solido ad alta temperatura a seconda dei vari materiali del diaframma dell'elettrolizzatore (SOEC).
Produzione di idrogeno per elettrolisi dell'acqua alcalina
L'amianto costituisce la maggior parte del diaframma dell'elettrolizzatore di generazione di idrogeno per elettrolisi dell'acqua alcalina, che separa i gas. Le leghe metalliche, come la lega Ni-Mo, ecc., che scompongono l'acqua per produrre idrogeno e ossigeno, costituiscono la maggior parte del catodo e dell'anodo. Gli elettrolizzatori industriali ad acqua alcalina utilizzano tipicamente la soluzione KOH come elettrolita; la loro frazione di massa varia dal 20 percento al 30 percento; la loro temperatura operativa è compresa tra 70 gradi e 80 gradi; la loro densità di corrente di lavoro è di circa 0,25 A/cm2; e la loro pressione del gas varia da 0,1 MPa a 3,0 MPa. L'efficienza varia dal 62% all'82%. La tecnologia per la produzione di idrogeno tramite elettrolisi dell'acqua alcalina è ben sviluppata e ha bassi costi di avvio e operativi, ma presenta svantaggi quali perdita di liscivia, corrosione e elevato consumo di energia. La generazione di idrogeno per elettrolisi dell'acqua alcalina è al centro della ricerca nazionale e internazionale sullo sviluppo di apparecchiature per l'elettrolisi dell'acqua.
Produzione di idrogeno per elettrolisi dell'acqua PEM
I componenti principali dell'elettrolizzatore ad acqua PEM sono la membrana a scambio protonico, lo strato catalitico del catodo e dell'anodo, lo strato di diffusione del gas del catodo e dell'anodo, le piastre terminali del catodo e dell'anodo, ecc. dall'interno verso l'esterno. Tra questi, lo strato di diffusione, lo strato catalitico e la membrana a scambio protonico formano l'elettrodo a membrana, che è il luogo principale per la trasmissione del materiale e la reazione elettrochimica dell'intero elettrolizzatore dell'acqua. Le prestazioni e la durata dell'elettrolizzatore ad acqua PEM sono direttamente influenzate dalle proprietà e dalla struttura dell'elettrodo a membrana.
Differenze
Rispetto alla produzione di idrogeno per elettrolisi dell'acqua alcalina, la produzione di idrogeno per elettrolisi dell'acqua PEM ha una densità di corrente di lavoro più elevata, una maggiore efficienza complessiva e una maggiore frazione di idrogeno gassoso, una maggiore pressione di produzione del gas, una velocità di risposta dinamica più rapida e può adattarsi alla fluttuazione della generazione di energia rinnovabile , è considerata una tecnologia di produzione di idrogeno per elettrolisi dell'acqua molto promettente. Allo stato attuale, la tecnologia di produzione di idrogeno per elettrolisi dell'acqua PEM è stata dimostrata e gradualmente promossa in campi come la produzione di idrogeno in loco presso le stazioni di rifornimento di idrogeno, l'elettrolisi dell'acqua per la produzione di idrogeno da fonti energetiche rinnovabili come l'energia eolica e lo stoccaggio di energia.
