مزايا تكنولوجيا إنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي للمياه PEM

مزايا PEM إنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي للمياه تكنولوجيا

يشير إنتاج الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي للماء إلى تفكك جزيئات الماء إلى أكسجين وهيدروجين تحت تأثير التيار المباشر، والتي تترسب من الأنود والكاثود للمحلل الكهربائي على التوالي.

وفقًا للمواد المختلفة لحجاب المحلل الكهربائي، ينقسم إنتاج الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي للماء عادةً إلى التحليل الكهربائي للمياه القلوية (ALK)، غشاء تبادل البروتون (PEM) التحليل الكهربائي للماء والتحليل الكهربائي للماء بأكسيد صلب عالي الحرارة (SOEC). من بينها، يشير إنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي للمياه PEM إلى عملية إنتاج الهيدروجين باستخدام غشاء تبادل البروتون كإلكتروليت صلب وماء نقي كمواد خام للتحليل الكهربائي للمياه لإنتاج الهيدروجين. المكونات الرئيسية للمحلل الكهربائي للمياه PEM هي غشاء تبادل البروتون، وطبقة محفز الأنود والكاثود، وطبقة نشر غاز الكاثود والكاثود، وألواح نهاية الكاثود والكاثود، وما إلى ذلك من الداخل إلى الخارج. من بينها، تشكل طبقة الانتشار وطبقة المحفز وغشاء تبادل البروتون القطب الغشائي، وهو المكان الرئيسي لنقل المواد والتفاعل الكهروكيميائي للمحلل الكهربائي للماء بالكامل. تؤثر خصائص القطب الكهربائي الغشائي وبنيته بشكل مباشر على أداء وعمر محلل الماء الكهربائي PEM.

بالمقارنة مع إنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي للمياه القلوية التقليدية، فإن إنتاج الهيدروجين PEM له المزايا التالية:

(1) يستخدم إنتاج الهيدروجين PEM عالي النقاء وعدم التلوث إلكتروليتًا صلبًا بغشاء تبادل البروتونات، ولا يحتاج الغاز الناتج إلى معالجة القلويات، وسمك غشاء الأيونات الدقيقة المسامية على المستوى الجزيئي صغير جدًا، وهو ليس بالأمر السهل لإنتاج التناضح العكسي للهيدروجين. يتطلب نوع PEM فقط الماء النقي، بدون إضافات، ولا سوائل مسببة للتآكل، لذلك لا يلوث البيئة، كما أن نقاء الغاز مرتفع أيضًا؛ بينما يحتاج الإلكتروليت القلوي التقليدي إلى إضافة 15% NaOH أو 30% KOH، وبالتالي فإن الإلكتروليت شديد التآكل ويسهل إنتاج سائل التنظيف لتلويث خط أنابيب التحميل.

(2) كفاءة تحويل عالية. القطب الحفاز من نوع PEM هو قطب كهربائي صغير الحجم على المستوى الجزيئي مرتبط بإحكام على جانبي الغشاء الأيوني ومسامه الداخلية. إنه قطب كهربائي حفاز ذو مسافة صفرية مع مزايا مساحة التفاعل الكبيرة وكفاءة التحويل العالية. ومع ذلك، فإن الأقطاب الكهربائية القلوية التقليدية محدودة بمسافة صغيرة، والمقاومة بين الأقطاب كبيرة، مما يؤدي إلى تيار أكبر، وتوليد حرارة عالية، وكفاءة تحويل منخفضة.

(3) خفيفة الوزن وصغيرة الحجم. هيكل المجمع للغرفة ذات المرحلتين في المحلل الكهربائي من نوع PEM مدمج ومرن، مما يجعل المحلل الكهربائي خفيف الوزن وصغير الحجم. يبلغ الوزن ثلث وزن المحلل الكهربائي العادي الذي له نفس إنتاج الهيدروجين. وتتمثل المزايا في المسافة بين الأقطاب الكهربائية والمقاومة الداخلية الصغيرة للخلية. المجمع الموجود في غرفة القطب الكهربائي للمحلل الكهربائي القلوي التقليدي ليس مرنًا، مما يؤدي إلى فقدان حرارة عالية للطاقة الكهربائية وانخفاض كفاءة التحويل.

(4) قابلة للتكيف مع تقلبات توليد الطاقة المتجددة
يتمتع نظام إنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي للمياه PEM بسرعة استجابة سريعة ويتكيف مع التشغيل الديناميكي، وهو مناسب جدًا للنقل غير المتساوي والمتقطع والمتقلب للطاقة المتجددة مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية.

من الناحية التقنية، فإن الخلية الإلكتروليتية التي تستخدمها تكون مدمجة في الهيكل، صغيرة الحجم، وتفضي إلى تغيرات التحميل السريعة. تتميز الخلية الإلكتروليتية بكفاءة عالية، ونقاء غاز عالي، واستهلاك منخفض للطاقة، وتحسين كبير في السلامة والموثوقية، وهي أكثر ملاءمة لتقلبات الطاقة المتجددة. لذلك، تم الترحيب بتكنولوجيا التحليل الكهربائي للمياه PEM باعتبارها واحدة من أكثر تقنيات إنتاج الهيدروجين التحليل الكهربائي للمياه الواعدة في مجال إنتاج الهيدروجين.

ومع ذلك، نظرًا لأن المحلل الكهربائي PEM يحتاج إلى العمل في بيئة عمل شديدة الحموضة والأكسدة، فإن المعدات تعتمد بشكل أكبر على المواد المعدنية باهظة الثمن مثل الإيريديوم والبلاتين والتيتانيوم، مما يؤدي إلى تكاليف مرتفعة للغاية. وهذا أيضًا هو عنق الزجاجة الذي يقيد تطوير تكنولوجيا إنتاج الهيدروجين PEM واتجاه البحث والتطوير.