Παραγωγή υδρογόνου με ηλεκτρόλυση νερού — τεχνολογία και εξοπλισμός
Η ηλεκτρόλυση του νερού είναι μια φυσικοχημική διαδικασία κατά την οποία το νερό αποσυντίθεται σε οξυγόνο και υδρογόνο υπό την επίδραση συνεχούς ηλεκτρικού ρεύματος. Η τάση συνεχούς ρεύματος για το στοιχείο λαμβάνεται, κατά κανόνα, με ανόρθωση τριφασικού εναλλασσόμενου ρεύματος. Σε ένα ηλεκτρολυτικό στοιχείο, το απεσταγμένο νερό υφίσταται ηλεκτρόλυση, ενώ η χημική αντίδραση προχωρά σύμφωνα με το ακόλουθο γνωστό σχήμα: 2H2O + ενέργεια -> 2H2 + O2.
Ως αποτέλεσμα της διαίρεσης των μορίων του νερού σε μέρη, το υδρογόνο λαμβάνεται κατ' όγκο διπλάσιο από το οξυγόνο. Τα αέρια στο φυτό αφυδατώνονται και ψύχονται πριν από τη χρήση. Οι σωλήνες εξόδου της συσκευής προστατεύονται πάντα με βαλβίδες αντεπιστροφής για την αποφυγή πυρκαγιών.
Η ίδια η κατασκευή είναι κατασκευασμένη από χαλύβδινους σωλήνες και χοντρά φύλλα χάλυβα, γεγονός που προσδίδει σε ολόκληρη τη δομή υψηλή ακαμψία και μηχανική αντοχή. Οι δεξαμενές αερίου πρέπει να υποβάλλονται σε δοκιμή πίεσης.
Η ηλεκτρονική μονάδα της συσκευής ελέγχει όλα τα στάδια της παραγωγικής διαδικασίας και επιτρέπει στον χειριστή να παρακολουθεί τις παραμέτρους του πίνακα και των μετρητών πίεσης, γεγονός που εγγυάται την ασφάλεια. Η απόδοση της ηλεκτρόλυσης είναι τέτοια ώστε περίπου 500 κυβικά μέτρα και των δύο αερίων λαμβάνονται από 500 ml νερού με κόστος περίπου 4 kW/h ηλεκτρικής ενέργειας.
Σε σύγκριση με άλλες μεθόδους παραγωγής υδρογόνου, η ηλεκτρόλυση νερού έχει μια σειρά από πλεονεκτήματα. Πρώτον, χρησιμοποιούνται οι διαθέσιμες πρώτες ύλες — απιονισμένο νερό και ηλεκτρική ενέργεια. Δεύτερον, δεν υπάρχουν ρυπογόνες εκπομπές κατά την παραγωγή. Τρίτον, η διαδικασία είναι πλήρως αυτοματοποιημένη. Τέλος, η παραγωγή είναι ένα αρκετά καθαρό (99,99%) προϊόν.
Ως εκ τούτου, οι εγκαταστάσεις ηλεκτρόλυσης και το υδρογόνο που παράγεται από αυτές χρησιμοποιούνται σήμερα σε πολλές βιομηχανίες: στη χημική σύνθεση, στη θερμική επεξεργασία μετάλλων, στην παραγωγή φυτικών ελαίων, στη βιομηχανία γυαλιού, στην ηλεκτρονική, σε συστήματα ψύξης στον ηλεκτρισμό κ.λπ.
Η εγκατάσταση ηλεκτρόλυσης είναι διαρρυθμισμένη ως εξής. Έξω είναι ο πίνακας ελέγχου της γεννήτριας υδρογόνου. Επιπλέον, έχουν τοποθετηθεί ανορθωτής, μετασχηματιστής, σύστημα διανομής, σύστημα αφαλάτωσης νερού και μπλοκ για την αναπλήρωσή του.
Σε ένα ηλεκτρολυτικό στοιχείο, το υδρογόνο παράγεται στην πλευρά της πλάκας καθόδου και το οξυγόνο στην πλευρά της ανόδου. Αυτό είναι όπου τα αέρια φεύγουν από το κύτταρο. Διαχωρίζονται και τροφοδοτούνται σε ένα διαχωριστή, στη συνέχεια ψύχονται με απιονισμένο νερό και στη συνέχεια διαχωρίζονται με τη βαρύτητα από την υγρή φάση. Το υδρογόνο στέλνεται σε ένα πλυντήριο όπου τα υγρά σταγονίδια αφαιρούνται από το αέριο και ψύχονται σε ένα πηνίο.
Τέλος, το υδρογόνο φιλτράρεται (φίλτρο στο πάνω μέρος του διαχωριστή), όπου οι σταγόνες νερού απομακρύνονται πλήρως, και εισέρχεται στον θάλαμο ξήρανσης. Το οξυγόνο κατευθύνεται συνήθως στην ατμόσφαιρα. Το απιονισμένο νερό αντλείται στη ροδέλα.
Εδώ, η αλισίβα χρησιμοποιείται για την αύξηση της ηλεκτρικής αγωγιμότητας του νερού. Εάν η λειτουργία του ηλεκτρολύτη συνεχιστεί ως συνήθως, τότε το υγρό συμπληρώνεται μία φορά το χρόνο σε μικρή ποσότητα. Το στερεό υδροξείδιο του καλίου τοποθετείται σε δεξαμενή υγρού κατά τα δύο τρίτα με απιονισμένο νερό και στη συνέχεια αντλείται σε διάλυμα.
Το σύστημα ψύξης νερού του ηλεκτρολύτη εξυπηρετεί δύο σκοπούς: ψύχει το υγρό στους 80-90 °C και ψύχει τα αέρια που προκύπτουν στους 40 °C.
Το σύστημα ανάλυσης αερίων λαμβάνει δείγματα υδρογόνου. Οι σταγόνες αλυσίβας στον διαχωριστή διαχωρίζονται, το αέριο τροφοδοτείται στον αναλυτή, η πίεση μειώνεται και ελέγχεται η περιεκτικότητα του υδρογόνου σε οξυγόνο. Πριν κατευθυνθεί το υδρογόνο στη δεξαμενή, το σημείο δρόσου μετράται στο υγρόμετρο. Θα σταλεί σήμα στον χειριστή ή στον υπολογιστή για να αποφασίσει εάν το παραγόμενο υδρογόνο είναι κατάλληλο για παράδοση στη δεξαμενή αποθήκευσης, εάν το αέριο πληροί τις προϋποθέσεις αποδοχής.
Η πίεση λειτουργίας της μονάδας ρυθμίζεται από ένα αυτόματο σύστημα ελέγχου. Ο αισθητήρας λαμβάνει πληροφορίες σχετικά με την πίεση στον ηλεκτρολύτη, μετά την οποία τα δεδομένα αποστέλλονται σε υπολογιστή, όπου συγκρίνονται με τις καθορισμένες παραμέτρους. Το αποτέλεσμα στη συνέχεια μετατρέπεται σε σήμα της τάξης των 10 mA και η πίεση λειτουργίας διατηρείται σε ένα προκαθορισμένο επίπεδο.
Η θερμοκρασία λειτουργίας της μονάδας ρυθμίζεται από μια πνευματική βαλβίδα διαφράγματος.Ο υπολογιστής θα συγκρίνει ομοίως τη θερμοκρασία με το σημείο ρύθμισης και η διαφορά θα μετατραπεί σε κατάλληλο σήμα για PLC.
Η ασφάλεια του ηλεκτρολύτη διασφαλίζεται από το σύστημα μπλοκαρίσματος και συναγερμού. Σε περίπτωση διαρροής υδρογόνου, η ανίχνευση γίνεται αυτόματα από ανιχνευτές. Σε αυτήν την περίπτωση, το πρόγραμμα απενεργοποιεί αμέσως τη γενιά και ξεκινά τον ανεμιστήρα να αερίζει το δωμάτιο. Ο χειριστής θα πρέπει να διατηρεί φορητό ανιχνευτή διαρροών. Όλα αυτά τα μέτρα καθιστούν δυνατή την επίτευξη υψηλού βαθμού ασφάλειας στη λειτουργία των ηλεκτρολυτών.