Адрес: 105678, г. Москва, Шоссе Энтузиастов, д. 55 (Карта проезда)
Время работы: ПН-ПТ: с 9.00 до 18.00, СБ: с 9.00 до 14.00

Электролизер водорода: Основная информация об электролизерах: что это такое, как они работают и какую роль играют в зеленой экономике

Содержание

Основная информация об электролизерах: что это такое, как они работают и какую роль играют в зеленой экономике

Компания Cummins ожидает, что в будущем на энергетическом рынке произойдет сдвиг. Вследствие этой перемены возникают новые возможности и перспективы для более широкого спектра нашей продукции, а не только для традиционных продуктов. Для более оптимальной службы своим клиентам и планете компания Cummins создает новые экологически устойчивые формы энергии и обеспечивает портфолио продукции подразделения New Power широким спектром новых возможностей, предоставляя способ производства экологически чистого водорода для снабжения топливных элементом, работы над промышленными процессами или производства таких «зеленых» химических средств, как удобрения, возобновляемый природный газ и метанол.

Cummins предлагает разнообразные технологии на основе водорода, включая электролизные системы, а недавно компания объявила о том, что предоставит свой электролизер мощностью 5 мегаватт с PEM для преобразования избыточного гидроэлектричества в экологически чистый водород для района коммунального обслуживания округа Дуглас в штате Вашингтон (США).

Но что именно представляет собой электролизер, как он работает и какую роль играет в зеленой экономике?

Что такое электролизер и как он работает?

Электролизер — это система, использующая электричество для разделения воды на водород и кислород при помощи процесса, называющегося электролизом. Электролитическая система создает водородный газ при помощи процесса электролиза. Избыточный кислород высвобождается в атмосферу, но его также можно захватывать или хранить для снабжения других промышленных процессов, а в некоторых случаях даже для медицинских газов.

Водородный газ можно хранить как в виде сжатого газа, так и в жидком виде, а поскольку водород является энергоносителем, его можно использовать для энергоснабжения любой сферы применения, в которой необходимо электричество водородных топливных элементах, будь то поезда, автобусы, грузовики или центры обработки данных.

Самый базовый вид электролизеров имеет катод (отрицательный заряд), анод (положительный заряд) и мембрану. Полная система также имеет насосы, вентиляционные отверстия, топливные баки, источник электропитания, сепаратор и другие компоненты. Электролиз воды является электрохимической реакцией, происходящей внутри пакета элементов. Электричество поступает в анод и катод по всей протонообменной мембране (PEM) и заставляет воду (h30) разделяться на ее составные молекулы, то есть водород (h3) и кислород (O2).

Существуют ли разные виды электролизеров?

Да, они отличаются по размеру и принципу работы. Эти электролизеры можно масштабировать для соответствия различным входным и выходным диапазонам, что позволит им подходить по размеру как для небольших промышленных объектов, установленных в грузовом контейнере, так и для крупных централизованных промышленных предприятий, которые могут поставлять водород в грузовиках или быть подсоединенными к трубопроводам.

Существует три основных типа электролобов: протонная биржевая мембрана («ПЕГ»), щелочная и прочная оксидов. Принцип работы этих разных электролизеров слегка отличается в зависимости от используемого электролитного материала. Электролизеры с щелочной технологией и электролизеры с PEM могут производить водород на рабочем месте и по требованию, сжатый водород без компрессора, а также чистый на 99,999 %, сухой и безуглеродный водород.

Различия между тремя основными видами электролизеров включают:

Электролизеры с щелочной технологией

  • Используют жидкий раствор электролита, такой как гидроксид калия (KOH) или гидроксид натрия (NAOH), и воду.
  • Водород производится в «ячейке», состоящей из анода, катода и мембраны. Ячейки обычно собраны в ряд в «пакете ячеек», который производит больше водорода и кислорода при большем количестве ячеек.
  • После подачи напряжения на пакет ячеек гидроксид-ионы (OH-) проходят через электролит из катода в анод каждой ячейки, а на стороне электролизера, где расположен катод, появляются пузырьки водородного газа, на стороне анода — кислородный газ, как показано здесь.

 

Электролизеры с протонообменной мембраной (PEM)

  • Электролизеры с PEM используют протонообменную мембрану, в которой используется твёрдый полимерный электролит.
  • После подачи напряжения на пакет ячеек вода разделяется на водород и кислород, а протоны водорода проходят через мембрану для образования газа h3 на стороне катода.

 

 

 

 

Электролизеры с твердооксидными элементами (SOEC)

  • Они используют твердый керамический материал в качестве электролита
  • Электроны из внешней цепи сочетаются с водой в катоде для образования водородного газа и ионов с отрицательным зарядом. Затем кислород проходит через твердую керамическую мембрану и вступает в реакцию на стороне анода для образования кислородного газа и производства электронов для внешней цепи
  • SOEC работают при намного более высокой температуре (выше 500 градусов C), чем электролизеры с щелочной технологией или электролизеры с PEM (до 80градусов C), и у них есть потенциальная возможность стать намного более эффективными, чем варианты с PEM и щелочной технологией.

 

Как коммерциализируются электролизеры на основе производства водорода?

Существует четыре основных способа коммерциализации электролизеров:

  1. Энергия для мобильности: водород можно использовать в качестве топлива на заправочных станциях для таких электрических транспортных средств на топливных элементах, как автобусы, поезда и автомобили.
  2. Энергия для топлива: можно использовать в очистительных заводах для удаления серы из ископаемых видов топлива.
  3. Энергия для промышленности: можно использовать непосредственно в качестве промышленного газа для сталелитейной промышленности, заводов по производству листового стекла, сферы полупроводников и т. п. Его также можно вводить непосредственно в трубопроводы природного газа для более низкоуглеродного отопления и других сфер применения природного газа.
  4. Энергия для газа: можно использовать при производстве «зеленых» химических средств, таких как метанол, удобрения (аммиак) и любых других жидких видов топлива, включая реактивное топливо!

В чем заключается уникальность водородных топливных элементов?

Водород, который производится при помощи электролизера, идеально подходит для использования в водородных топливных элементах. Топливные элементы, во многом работающие как аккумуляторы, не изнашиваются и не требуют зарядки, а производят электричество и тепло пока у них есть топливо.

Вы можете больше узнать об аккумуляторах и топливных элементах здесь. Топливные элементы используют водород для выработки электричества с нулевым уровнем выбросов в точке использования. Это значит, что можно больше не использовать ископаемые виды топлива, а из выхлопной трубы больше не будут исходить вредные выбросы.

Более того, когда электролитическая система снабжается энергией из возобновляемого источника, например гидроэнергией из дамб на реке Колумбия, производимый водород считается возобновляемым и не содержащим CO2 в ходе полного цикла своего производства. Узнайте больше о выбросах в ходе полного цикла производства водорода для полностью электрической техники и техники на топливных элементах.

Почему водород считается настолько хорошим вариантом для экологически чистой энергии?

Водород позволяет создать массовые рыночные изменения в сфере энергетики. Энергетические системы по всему миру проходят через основательные преобразования с целью сосредоточения внимания на более низком уровне выбросов и менее отрицательном влиянии на окружающую среду.

Такие возобновляемые технологии, как ветряная и солнечная энергетика, играют ключевую роль в обеспечении решения для уменьшения негативных последствий изменения климата и декарбонизации сектора энергетики. Но интеграция этих неустойчивых источников энергии в энергосеть может оказаться сложной задачей.

Водород может выступать в качестве среды хранения энергии для разрешения этих трудностей энергосетей, что позволит с большей легкостью использовать возобновляемую энергию вне энергосети. Водород является надежным способом эффективного хранения и транспортировки возобновляемого электричества на протяжении долгих периодов времени. Благодаря этому вырабатываемое при помощи ветра или солнца электричество, которое не используется сразу, можно использовать в другое время или в другом месте. Потенциал водорода в сфере хранения и транспортировки энергии позволяет ему играть ключевую роль в глобальном процессе перехода на возобновляемую энергию.

Что Cummins делает с электролизерами?

Компания Cummins эффектно присоединилась к водородной экономике в сентябре 2019 г. после приобретения компании Hydrogenics, являющейся глобальным производителем водородных топливных элементов и электролизной технологии. Cummins продолжает быстро прогрессировать в вопросах инноваций для новых продуктов и сфер применения в водородной отрасли. На данный момент Cummins предлагает два разных вида электролизеров:

  1. Электролизер HyLYZER® с твердоэлектролитной мембраной (PEM) использует твердый полимер с ионной проводимостью и больше всего подходит для крупномасштабного производства водорода.
  2. Электролизер HySTAT® с щелочной технологией использует жидкий электролит и хорошо подходит для маломасштабного и среднемасштабного производства водорода.

Cummins с гордостью занимает ведущую позицию в сфере новых водородных технологий. Используя столетний опыт работы со множеством источников питания и трансмиссий, мы работаем вместе с клиентами, чтобы предоставить правильное решение правильному клиенту в правильное время. Выбор типа энергии ложиться на вас, вне зависимости получается ли она из аккумулятора, дизеля, природного газа или топливных элементов.
 

Проблема зеленого водорода, о которой никто не говорит

Гигаватт за гигаваттом зеленой водородной мощности планируется построить в Европе, Азии и Австралии. По мнению сторонников этой технологии, зеленый водород — тот, который вырабатывается электролизом на солнечных батареях, ветре и других возобновляемых источниках энергии, — является лучшим способом обезуглероживания тяжелых загрязнителей окружающей среды. Сейчас много говорят о снижении стоимости солнечной и ветровой энергии и о том, как они очень скоро сделают зеленый водород жизнеспособным. Кажется, никто не хочет говорить о воде. Электролиз — это процесс расщепления воды на составляющие элементы — водород и кислород — с помощью электрического тока. Этот процесс осуществляется в установке, называемой электролизером. Когда сторонники водорода говорят о блестящем будущем технологии, они сосредотачиваются на затратах, связанных с электричеством, необходимым для электролиза.

 Но для электролиза, кроме электричества, нужна вода.

Тонны воды — буквально.

Для производства одной тонны водорода путем электролиза требуется в среднем девять тонн воды. Но чтобы получить эти девять тонн воды, недостаточно просто перенаправить течение ближайшей реки. Вода, которую электролизер расщепляет на составные элементы, требует очистки.

В свою очередь, процесс очистки воды довольно расточителен. Системам очистки воды обычно требуется около двух тонн загрязненной воды для производства одной тонны очищенной воды. Другими словами, на одну тонну водорода на самом деле нужно не девять, а 18 тонн воды. С учетом потерь соотношение приближается к 20 тоннам воды на 1 тонну водорода.

Говоря об очистке воды, химики-органики объясняют, что самый простой способ сделать это — дистиллировать. Этот метод дешев, потому что для него требуется только электричество, но он не быстрый. Что касается стоимости электроэнергии, то для дистилляции литра воды требуется 2,58 мегаджоулей энергии, что в среднем составляет 0,717 кВтч.

На первый взгляд это не так уж и много, но давайте посмотрим, как все выглядит в большем масштабе. Германия — страна с самыми амбициозными планами в отношении зеленого водорода. Стоимость электроэнергии для небытовых потребителей в Германии в прошлом году составляла в среднем 0,19 доллара (0,16 евро) за кВтч. Таким образом, при уровне потребления энергии 0,717 кВтч перегонка литра воды будет стоить 0,14 доллара (0,1147 евро). За тонну воды это будет 135,14 доллара (114,72 евро).

Однако для производства одной тонны водорода для электролиза требуется 18 тонн воды, не считая потерь во время процесса. Это означает, что стоимость очистки воды для производства тонны водорода составит 2432 доллара (2065 евро). Это основано на предположении, что вода будет очищаться самым дешевым из доступных методов. Существуют и другие, гораздо более быстрые, но более дорогие методы с использованием ионообменных смол или молекулярного сита. Другие альтернативы дистилляции, по мнению химиков, на данном этапе ненадежны.

Таким образом, обеспечение правильного типа воды для гидролиза стоит денег, и хотя 2400 долларов за тонну водорода могут показаться не такими уж большими, стоимость очистки воды — не единственные связанные с водой расходы в технологии, которая направлена ​​на получение водорода из возобновляемых источников. Вода, подаваемая в электролизер, не только чистая, но и транспортируется к нему.

Транспортировка тонны за тонной воды к месту установки электролизера означает большие затраты на логистику. Чтобы их сократить, имеет смысл выбрать место, где много воды, например, у реки или моря, или, в качестве альтернативы, рядом с водоочистными сооружениями. Это ограничивает выбор мест, подходящих для крупных электролизеров. Но поскольку электролизер, чтобы быть экологически чистым, должен получать энергию от возобновляемых источников энергии, он также должен располагаться поблизости от солнечной или ветряной электростанции. Их, как мы знаем, невозможно построить где-либо; солнечные фермы наиболее рентабельны в местах с большим количеством солнечного света, а ветряные электростанции лучше всего работают в местах с сильным ветром.

Излишне говорить, что эти места, как правило, не расположены близко к водным путям, за исключением морского ветра, который кажется идеальным для производства зеленого водорода. К сожалению, морской ветер также является наиболее затратной формой из трех возобновляемых источников — солнечной энергии, берегового ветра и морского ветра — обычно упоминаемых в контексте производства зеленого водорода. По данным Rystad Energy, капитальные затраты на оффшорную ферму в два раза выше, чем у ее наземного аналога, и в четыре раза выше, чем затраты на сопоставимую солнечную установку.

Не все затраты, связанные с производством водорода из возобновляемых источников энергии, являются затратами на эти возобновляемые источники энергии. Вода — это товар, в котором нуждается этот процесс, и немного странно, что никто, кажется, не хочет обсуждать стоимость воды.

Возможно, стоимость водоснабжения, хранения и очистки незначительна по сравнению с другими затратами, которые необходимо решить в первую очередь.  Тем не менее, это фактические затраты, которые следует добавить к общей сумме при оценке того, насколько далеко продвинулась технология производства водорода из возобновляемой электроэнергии и насколько она стала жизнеспособной.

На данный момент эксперты, похоже, единодушны в том, что это нежизнеспособно — не без значительной государственной поддержки.

Первая российская водородная заправка стала автономной

30.11.2020

В Центре компетенций Национальной технологической инициативы «Новые и мобильные источники энергии» при ИПХФ РАН в подмосковной Черноголовке появилась первая в России автономная водородная заправочная станция, не зависящая от поставок баллонного водорода.

Водородная заправка и электролизер из нее
Снежана Шабанова/Евгений Волков/ЦК НТИ при ИПХФ/Поликом

В Центре компетенций Национальной технологической инициативы «Новые и мобильные источники энергии» при ИПХФ РАН в подмосковной Черноголовке появилась первая в России автономная водородная заправочная станция, не зависящая от поставок баллонного водорода, передает научный редактор Indicator. Ru. Это еще и первый элемент будущей программы «Водородная Россия-2050», предлагаемой для развития водородной энергетики в нашей стране.

Сама заправочная станция была разработана и построена в Германии для ЦК НТИ по российскому техническому заданию весной 2020 года, однако изначально она использовала дорогой баллонный водород. Сейчас к заправке будет подключен электролизный генератор сверхчистого водорода, созданный в результате многолетних исследований партнером ЦК НТИ — компанией «Поликом».

В этом устройстве используется технология бесщелочного электролиза на основе протонообменных мембран (PEM-электролиз, от слов Proton Exchange Membrane). Такой тип электролизеров обладает рядом преимуществ по сравнению с устаревшей щелочной технологией. В частности, отсутствует коррозия узлов системы, водород не имеет примесей щелочи и кислорода, нет необходимости продувки азотом, а обслуживание и ремонт гораздо менее трудоемки. Электролизеры с такой производительностью как в СССР, так и в современной России ранее не производились, это первая установка такого рода. Она позволяет получать гораздо более дешевый водород для заправки с чистотой 99,999%

«Наши сотрудники, большинство из которых в прошлом ученые-электрохимики и мембранщики, обладают многолетним опытом в технологии PEM-электролиза. В ближайшем будущем такие установки станут коммерчески доступны не только для водородных заправок, но и для предприятий, испытывающих необходимость в водороде высокой чистоты», — говорит руководитель компании Евгений Волков.

Беспилотная водородная платформа
Снежана Шабанова/ЦК НТИ при ИПХФ

Водородная инфраструктура, создание которой будет отрабатываться на новой заправочной станции — ключевой элемент предлагаемой программы «Водородная Россия-2050». Она предусматривает перевод коммунального хозяйства и транспорта города Черноголовки на водород, а также создание водородной инфраструктуры вдоль трассы Москва-Казань. Испытания заправки будут проходить в том числе на беспилотной транспортной платформе, водородный топливный элемент для которой тоже создан в Центре компетенций. Именно испытания топливных элементов, которые уже могут использоваться на транспорте — беспилотниках, водородных автобусах, грузовиках и легковых автомобилях и станут пока что главным направлением потребления водорода с заправки.

«Наша работа уже много лет связана с исследованиями в области водородно-воздушных топливных элементов. В настоящий момент мы проводим испытания энергоустановок на основе топливных элементов достаточно высокой мощности, а также ресурсные испытания энергоустановок для робототехники — все это требует огромного количества водорода. Использование водородной заправки в комплексе с электролизным генератором водорода позволяет решить проблемы поставок этого газа. При наши объемах потребления водорода на испытания топливных элементов срок окупаемости электролизного генератора водорода составит порядка 2–3 лет», — замечает ведущий научный сотрудник Центра НТИ Алексей Левченко.

Автор: Алексей Паевский.

Источник: Индикатор

Тестовое оборудование для установок по производству водорода электролизом воды

Водород является уникальным энергоносителем, обладающим высокими эксплуатационными и технологическими показателями. Он имеет очень высокой теплоту сгорания, а продуктом горения в кислороде является вода, которая может вновь использоваться для получения водорода. Низкая вязкость и плотность газа позволяют практически без потерь давления транспортировать его по трубопроводам. Водород может транспортироваться и храниться как в газообразном, так и сжиженном состоянии. А кроме того он безопасен для окружающей среды и не токсичен.

Однако в чистом виде водород в природе не встречается. Существует целый ряд методов его получения. Разнообразие этих методов — одно из преимуществ водородной энергетики. Нет сильной зависимости от какого-либо отдельного вида сырья.

Наиболее распространенным способом получения водорода является паровая конверсия посредством реакции углеводородов (природный газ) с паром при высоких температурах. При этом в качестве побочного продукта выделяются парниковые газы, выброс которых в настоящее время стараются минимизировать. Другой способ производства водорода – электролиз воды. Здесь отсутствуют вредные выбросы. А цена и эффективность процесса электролиза сопоставима с технологией паровой конверсии.

В электролизере под воздействием подаваемого напряжения вода разделяется на водород и кислород. Для получения более чистого водорода оба газа должны быть отделены друг от друга разделительной мембраной. При создании электролизеров стоит задача определения характеристик пропускания таких мембран. Испытательное оборудование должно обеспечивать точную подачу чистых водорода и кислорода, а измерять расход и состав прошедшего через мембрану газа.

Специалистами Bronkhorst было предложено следующее решение. Подача кислорода к испытуемой мембране осуществлялась кориолисовым регулятором массового расхода серии miniCORI-FLOW, а водорода – тепловым регулятором расхода серии EL-FLOW Prestige. Часть подаваемого газа, которая проходит через мембрану, поступает в трехходовой кран. В одном положении крана можно измерять расход прошедшего газа с помощью теплового расходомера EL-FLOW Prestige. В другом – состав газа с помощью двойного датчика водород/кислород. Особенность использованного датчика состояла в том, что для его работы требовался определенный расход газа.

Высокая точность и стабильность поддержания расхода использованными расходомерами позволила с успехом решить поставленную задачу. Позже было принято решение об установке четвертого расходомера для измерения части подаваемого газа, не прошедшего через мембрану и имеющего высокую концентрацию кислорода. Выбор был сделан в пользу кориолисового расходомера серии miniCORI-FLOW.

Даёшь дешёвый водород. Найден упрощённый способ электролиза воды / Хабр


Схема электролиза без мембраны: два параллельных электрода располагаются на расстоянии в несколько сотен микрометров

Не секрет, что чистый водород — один из наиболее перспективных видов альтернативного топлива. Водород добывают из любого водного раствора, а при сгорании он превращается обратно в воду, что может быть прекраснее?

Проблема только в стоимости добычи водорода. Электролиз воды предполагает, что электроды погружаются в воду, а между ними находится полимерная мембрана. Ток идёт от катода к аноду, а на своём пути он (при помощи катализатора) расщепляет воду на кислород и водород. Полимерная мембрана выполняет важную функцию, разделяя получившиеся газы.

На сегодняшний в качестве мембраны с ионной проводимостью практически повсеместно используется нафион или другой тип мембраны. Но все они отличаются дороговизной и ограниченным сроком службы. К тому, мембраны требуют особых условий проведения электролиза. Например, нафион работает в жидкости только с низкой кислотностью и только с определёнными катализаторами.

Изобретение химиков из EPFL под руководством Деметри Псалтиса (Demetri Psaltis) позволяет избавиться от этих ограничений и намного удешевить электролиз воды.

Они провели ряд экспериментов с микроустройством, размещая электроды на разном расстоянии друг от друга и прогоняя между ними воду на разной скорости. Оказалось, что при определённом расстоянии между электродами H2 и O2 сами разлетаются в разные стороны, без всякой мембраны!

Причина такого поведения ионов — эффект Сегре-Зильберберга, когда при движении жидкости находящиеся в ней частицы поток уносит в стороны.

Учёные надеются, что им удастся приспособить прибор для работы с любыми видами жидких электролитов и любыми катализаторами, поскольку больше нет риска повреждения хрупкой мембраны. Исчезнут обязательные требования использовать только благородные металлы вроде платины из-за ограничений на кислотность (pH) жидкости.

Если получится масштабировать микроустройство до промышленного образца, то это кардинально снизит стоимость водорода, получаемого при электролизе воды.

Научная работа “A membrane-less electrolyzer for hydrogen production across the pH scale” опубликована в журнале “Energy & Environmental Science”, DOI: 10.1039/C5EE00083A (зеркало).

Ученые ТПУ разрабатывают электролизер для водородной энергетики

ТОМСК, 10 дек – РИА Томск. Исследователи лаборатории импульсно-пучковых, электроразрядных и плазменных технологий Томского политехнического университета (ТПУ) разрабатывают промышленную установку (электролизер) для получения водорода на АЭС; запуск ее в серийное производство позволит вывести экологически чистую водородную энергетику на новый уровень. Подробности – в материале РИА Томск.

Ранее сообщалось, что водородная энергетика – одно из ведущих направлений по разработке экологически чистых способов получения энергии. Рамочная конвенция ООН, подписанная Россией в 2015 году, предполагает кратное сокращение выбросов углерода при производстве электроэнергии в ближайшее десятилетие. Основными «поставщиками» углекислоты в атмосферу являются объекты традиционной энергетики (ГРЭС и ТЭЦ).

По данным открытых источников, будучи самым распространенным элементом на Земле и в космосе, водород, тем не менее, остается почти невостребованным. Если в 2018 году в мире было добыто 4,4 миллиарда тонн нефти и 3,86 триллиона кубометров природного газа (метана), то объем производства водорода не превышает 70 миллионов тонн, то есть объем его выработки в 6285 раз меньше, чем нефти, и в 5514 раз меньше, чем газа.

© пресс-служба Томского политехнического университета Водород, который сегодня используется в экономике, принято разделять на «серый» –  из угля, нефти и газа, «голубой» – на теплоэлектростанциях или АЭС с технологией CCS – и «зеленый» – выделенный из воды (ВИЭ). Согласно недавним исследованиям Wood Mackenzie, сегодня 99% водорода являются «серым» и «голубым», его выработка создает огромный углеродный след, сопоставимый с половиной суммарных выбросов CO2 всей экономикой России, и только 1% водорода считается экологичным «зеленым».

Для масштабного перехода к получению энергии от сжигания водорода необходимо разработать технологии его производства, сопоставимые по объемам выпуска с традиционными источниками углеводородов. Однако самый дешевый способ его производства – паровой риформинг (каталитическая конверсия углеводородов – метана, пропан-бутана, бензина, керосина, дизтоплива, угля – в присутствии водяного пара) в ходе реакции создает огромные объемы СО2.

Альтернатива пиролизу

Альтернативным методом получения водорода в промышленных масштабах (а именно такие нужны для запуска водородных электростанций) является электролиз.

Электролиз – это процесс разложения воды под действием постоянного электрического тока на кислород и водород. Химическая реакция идет по схеме: 2Н2O + энергия —> 2h3+O2. Его преимущества: доступное сырье – деминерализованная вода и электроэнергия; отсутствие загрязняющих выбросов; процесс автоматизирован; на выходе получается достаточно чистый (99,99%) продукт. Главный недостаток – получение водорода дороже, чем при риформинге, в 1,5–3 раза.

В такой системе координат в выигрыше оказываются производители электроэнергии высокой мощности, которые могут «вложить» ее в производство высоколиквидного «зеленого» топлива. В России это главным образом атомщики, рассказал РИА Томск главный специалист лаборатории импульсно-пучковых, электроразрядных и плазменных технологий ТПУ Виктор Дмитриенко.

© пресс-служба Томского политехнического университета «На атомных станциях себестоимость электроэнергии очень низкая. И мощности, как правило, избыточные. Потому мы сейчас предполагаем, что сможем заключить контракт с Росатомом, который хочет использовать свою дешевую электроэнергию для производства водорода. Это позволит корпорации стать крупнейшим производителем этого экологичного топлива в России», – сказал Дмитриенко.

Промышленные установки для получения водорода методом электролиза известны более 60 лет, поясняет ученый. В основном это электролизеры фильтр-прессного типа, которые на выходе позволяют получать водород и кислород.

Широкое распространение они получили в традиционной углеводородной энергетике – их устанавливают на ГРЭС и ТЭЦ, где водород используют для охлаждения турбинных подшипников, неизбежно раскаляющихся от трения. Еще один способ их использования – электролиз цветных металлов из измельченной руды. К примеру, золота. Но для выработки водорода как товарного продукта они не подходят.

«Наша цель – разработать электролизер, который бы обладал улучшенными характеристиками по сравнению с существующими. Соответственно, электролизер фильтр-прессного типа нам не подходит. Мы взяли за основу конструкцию мембранного типа, в которой катодное и анодное пространство разделены ионообменной мембраной», – рассказывает Дмитриенко.

Мембрана особого назначения

Казалось бы, электролиз – доступный и давно известный способ получения водорода из воды. Однако, если применять «школьную» конструкцию электролизера, вместо СО2 неизбежно будет вырабатываться не менее опасный побочный продукт – хлор (CI2), который появляется на аноде.

© предоставлено пресс-службой ТПУ «Представьте, в Красноярске завод «Красцветмет» находится в городской черте. Если применять там электролиз для осаждения цветмета из руды без применения мембраны, будут вырабатываться огромные объемы хлора. Это значит, нужно строить дорогую систему очистки, утилизации, вентиляции. И все равно в жилых районах это будет бомба замедленного действия. Лучше вовсе избежать появления опасных соединений», – утверждает ученый.

Большинство имеющихся на рынке мембранных электролизеров разделяют катодную и анодную камеры, в которых происходит электролитическая диссоциация (химическая реакция, вызванная электрическим напряжением в жидком растворе), прокладкой из асбеста. Мембрана, которую используют томские политехники, сложнее.

«На нашей установке, в ходе электролиза, мы будем получать три продукта – водород, чистый медицинский кислород и 40%-ный раствор щелочи (КОН  или NaОH). Все три составляющих – это товарные продукты. Но главная наша задача – разработать экономически выгодный электролизер для производства водорода в промышленных масштабах», – подчеркивает Дмитриенко.

От бумаги до железа

В настоящий момент исследователи ведут переговоры с Росатомом для включения своих исследований в программу водородной энергетики, запущенную в госкорпорации.

«У нас есть опыт работы с мембранными электролизерами. Мы уже выполняли работы по заказу «Трансгаза», там наш мембранный электролизер работал над изменением рН-среды. Есть опыт разработки и изготовления различных электролизеров с катионо- и анионообменными мембранами для осаждения золота из продуктивных растворов», – рассказывает Дмитриенко.

© предоставлено лабораторией импульсно-пучковых, электроразрядных и плазменных технологий ТПУ

Промышленный мембранный электролизер для осаждения золота. Разработка ТПУ

За свою историю сотрудники лаборатории импульсно-пучковых, электроразрядных и плазменных технологий ТПУ изготовили порядка 20 установок для электролиза. Для нужд «Алданзолото ГРК» политехники изготовили электролизер с анионообменными мембранами, для Дальневосточного федерального университета – опытно-промышленную установку осаждения металлов с катионо- и анионообменными мембранами, а для ООО «Гелиос» – pH-корректор с биполярными мембранами.

Опытной установки для производства водорода, «заточенной» под потребности Росатома, «в железе» пока нет, признает Дмитриенко.

© с сайта ТПУ «Предварительная конструкция у нас уже проработана. Все необходимые чертежи подготовлены. При наличии финансирования собрать опытную установку мы сможем быстро. Финансирование мы планируем получить от Росатома, если попадем в их водородную программу», – отмечает ученый.

Не в одиночку

Ранее также сообщалось, что в ноябре 2020 года ТПУ вошел в состав консорциума по развитию водородных технологий, который получил название «Технологическая водородная долина». Помимо ТПУ в консорциум вошли Институт катализа СО РАН, Институт проблем химической физики РАН, Институт нефтехимического синтеза РАН, Самарский государственный технический университет и Сахалинский государственный университет.

Участники консорциума будут вести совместные разработки технологий по всей «водородной цепочке»: от получения до использования водорода. Консорциум планирует тесное сотрудничество с крупнейшими компаниями РФ, заинтересованными в развитии водородной энергетики.

«Зеленый» водород: как два литра воды могут обеспечить ваш дом энергией на несколько дней

«Зеленый» водород в будущем может полностью заменить ископаемое топливо. Сотрудники немецкого стартапа считают, что у них есть ключевой элемент для того, чтобы сделать его доступным для всех.

Вайтеа Кован родилась на острове в Тихом океане, испытывающем на себе влияние изменения климата. Она верит в перспективы технологии «зеленого» водорода. Более трех лет назад Вайтеа стала соучредителем компании Enapter.

«Я хотела заменить все дизельные генераторы в Новой Каледонии, а также в других отдаленных районах, которые не должны зависеть от «грязного» дизельного топлива», — говорит Кован.

«Осознав потенциал «зеленого» водорода, который способен заменить ископаемое топливо, мне захотелось стать частью этих перемен».

Электролизеры с ионообменной мембраной (ИОМ) этой немецкой компании используются более в чем 100 проектах в 33 странах. Эта технология позволяет производить водород без эмиссии с помощью энергии из возобновляемых источников.

Разработанный быстрее и дешевле, чем предполагалось, электролизер с ИОM уже заправляет автомобили и самолеты, питает промышленность и обогревает дома.

Водородные генераторы компании Enapter недавно получили премию принца Уильяма Earthshot Prize в номинации «Исправление климата».

Что такое зеленый водород?

Большая часть водорода на планете содержится в воде. «Зеленый» водород извлекают из воды без выбросов в атмосферу (обычно его производят путем сжигания ископаемого топлива). Этот способ производства основан на возобновляемой энергии, которая используется для электролиза, химического процесса, необходимого для разделения атомов водорода и кислорода в воде.

Основными недостатками этого способа считаются низкая эффективность производства водорода и высокая стоимость. Однако компания Enapter утверждает, что ее электролизер с ИОМ решает эти проблемы и обеспечивает быстрый и простой способ получения экологически чистой энергии даже в домашних условиях.

Половина воды, используемой для смыва в туалете, может питать дом в течение нескольких дней

Компания Enapter утверждает, что ее электролизеру необходимо всего около 2,4 литра воды для выработки водорода, достаточного для питания дома, в котором проживает семейная пара, в течение нескольких дней.

Однако точное количество дней зависит от емкости накопителя энергии. Это количество воды равно половине воды, используемой для однократного смыва унитаза (5 литров), и в восемь раз меньше, чем потребление воды посудомоечной машиной (20 литров).

Премия Earthshot поможет Enapter начать массовое производство.

«На площадке, которую мы начали строить шесть недель назад, серийное производство стартует в начале 2023 года», — говорит Вайтеа.

К 2050 году компания Enapter’s надеется производить 10% водорода в мире.

Электролизеры 101: что это такое, как они работают и какое место они занимают в «зеленой» экономике

По мере того, как Cummins смотрит в будущее, мы видим изменения на энергетическом рынке. С этим изменением приходят новые возможности и возможности, выходящие за рамки нашего традиционного набора продуктов. Чтобы лучше обслуживать наших клиентов и нашу планету, Cummins внедряет новые, устойчивые формы энергии и привносит широкий спектр новых возможностей в портфель продуктов New Power, обеспечивая способ производства чистого водорода для питания водородных топливных элементов, обеспечения промышленных процессов или производить экологически чистые химические вещества, такие как удобрения, возобновляемый природный газ и метанол.

Cummins предлагает различные водородные технологии, включая системы электролизеров, и недавно объявила, что поставит свой 5-мегаваттный электролизер PEM для преобразования избыточной гидроэнергии в чистый водород для коммунального округа округа Дуглас в штате Вашингтон (США). Но что такое электролизер, как он работает и какое место он занимает в нашей зеленой экономике?

Что такое электролизер и как он работает?

Электролизер — это система, которая использует электричество для разложения воды на водород и кислород в процессе, называемом электролизом.Посредством электролиза система электролизера создает газообразный водород. Оставшийся кислород выбрасывается в атмосферу или может быть уловлен или сохранен для снабжения других промышленных процессов или даже медицинских газов в некоторых случаях.

Газообразный водород можно хранить в сжатом или сжиженном виде, а поскольку водород является энергоносителем, его можно использовать для питания любых электрических приложений на водородных топливных элементах — будь то поезда, автобусы, грузовики или центры обработки данных.

В простейшей форме электролизер содержит катод (отрицательный заряд), анод (положительный заряд) и мембрану.Вся система также содержит насосы, вентиляционные отверстия, резервуары для хранения, блок питания, сепаратор и другие компоненты. Электролиз воды — это электрохимическая реакция, происходящая в пакетах элементов. Электричество подается на анод и катод через протонообменную мембрану (PEM) и заставляет воду (h30) расщепляться на составляющие ее молекулы, водород (h3) и кислород (O2).

Существуют ли различные виды электролизеров?

Да, они различаются по размеру и функциям.Эти электролизеры можно масштабировать для соответствия различным диапазонам входных и выходных параметров, начиная от небольших промышленных предприятий, установленных в транспортных контейнерах, и заканчивая крупными централизованными производственными объектами, которые могут доставлять водород грузовиками или подключаться к трубопроводам.

Существует три основных типа электролизеров: с протонообменной мембраной (ПЭМ), щелочные и твердооксидные. Эти разные электролизеры функционируют немного по-разному в зависимости от используемого материала электролита.Как щелочные электролизеры, так и электролизеры PEM могут доставлять водород на месте и по запросу, водород под давлением без компрессора и 99,999% чистый, сухой и не содержащий углерода водород.

Различия между тремя основными типами электролизеров включают:

Щелочные электролизеры

  • Использует жидкий раствор электролита, такой как гидроксид калия (KOH) или гидроксид натрия (NAOH), и воду.
  • Водород производится в «ячейке», состоящей из анода, катода и мембраны.Ячейки обычно собираются последовательно в «стек ячеек», который производит больше водорода и кислорода по мере увеличения количества ячеек.
  • Когда на блок элементов подается ток, ионы гидроксида (OH-) перемещаются через электролит от катода к аноду каждого элемента, при этом на катодной стороне электролизера образуются пузырьки газообразного водорода, а на аноде — газообразный кислород. как здесь представлено.

 

Электролизеры с протонообменной мембраной (PEM)

  • Электролизеры PEM используют мембрану протонного обмена, в которой используется твердый полимерный электролит.
  • При подаче тока на блок элементов вода расщепляется на водород и кислород, и протоны водорода проходят через мембрану, образуя газ h3 на катодной стороне.

 

 

 

 

Электролизеры твердых оксидов (SOEC)

  • В качестве электролита используется твердый керамический материал
  • Электроны из внешней цепи соединяются с водой на катоде, образуя газообразный водород и отрицательно заряженные ионы.Затем кислород проходит через скользящую керамическую мембрану и вступает в реакцию на аноде, образуя газообразный кислород и генерируя электроны для внешней цепи
  • .
  • SOEC работают при гораздо более высокой температуре (выше 500°C), чем щелочные электролизеры и электролизеры с PEM (до 80°C), и потенциально могут стать намного более эффективными, чем PEM и щелочные.

 

Как коммерциализируются электролизеры на основе производства водорода?

Существует четыре основных способа коммерциализации электролизеров:

  1. Мощность для мобильности : Водород можно использовать в качестве топлива на заправочных станциях для электромобилей на топливных элементах, таких как автобусы, поезда и автомобили.
  2. Power to Fuel : Используется на нефтеперерабатывающих заводах для удаления серы из ископаемого топлива.
  3. Энергия для промышленности : Может использоваться непосредственно в качестве технического газа в сталелитейной промышленности, на заводах по производству листового стекла, в полупроводниковой промышленности и т. д. Его также можно вводить непосредственно в сети природного газа для отопления с низким содержанием углерода и других применений природного газа. .
  4. Power to Gas : Используется в производстве экологически чистых химикатов, таких как метанол, удобрения (аммиак) и любое другое жидкое топливо, даже топливо для реактивных двигателей!

Что такого уникального в водородных топливных элементах?

Водород, полученный в электролизере, идеально подходит для использования с водородными топливными элементами. Работая так же, как батарея, топливные элементы не разряжаются и не нуждаются в зарядке, а производят электричество и тепло до тех пор, пока подается топливо. Вы можете узнать больше об аккумуляторах и топливных элементах здесь. Топливные элементы используют водород для выработки электроэнергии с нулевым уровнем выбросов в точке использования. Это означает, что из выхлопной трубы не поступает ископаемое топливо или вредные выбросы.

Еще лучше, когда система электролизера питается от возобновляемого источника энергии, такого как гидроэлектроэнергия от плотин реки Колумбия, производимый водород считается возобновляемым и не содержит CO2 от скважины до колеса.Узнайте больше о выбросах в атмосферу в полностью электрических и топливных элементах.

Почему водород является таким хорошим вариантом для экологически чистой энергии?

Водород открывает возможности для массового изменения рынка в энергетической отрасли. Энергетические системы по всему миру претерпевают фундаментальные преобразования, чтобы сосредоточиться на снижении выбросов и меньшем негативном воздействии на окружающую среду.

Чтобы уменьшить негативное воздействие изменения климата и обезуглерожить энергетический сектор, возобновляемые технологии, такие как ветер и солнечная энергия, стали ключевыми компонентами решения.Но интеграция этих прерывистых источников энергии в энергосистему может быть сложной задачей.

Водород может выступать в качестве носителя энергии для решения этих проблем сети, позволяя более легко использовать возобновляемую энергию за пределами электросети. Водород — это стабильный способ эффективного хранения и транспортировки возобновляемой электроэнергии в течение длительных периодов времени. Таким образом, возобновляемая электроэнергия, вырабатываемая ветром и солнцем, которая не используется сразу, может быть использована в другое время или в другом месте.Потенциал водорода для хранения и транспортировки энергии делает его ключевым фактором глобального перехода к возобновляемым источникам энергии.

Что Cummins делает с электролизёрами?

В сентябре 2019 года компания Cummins сделала смелый шаг в сторону водородной экономики, приобретя компанию Hydrogenics, мирового производителя водородных топливных элементов и электролизеров. Cummins продолжает быстро внедрять инновационные продукты и приложения в области водорода, и в настоящее время Cummins предлагает два различных типа электролизеров:

.
  1. Электролизер HyLYZER® с полимерной электролитной мембраной (ПЭМ) использует твердый полимер с ионной проводимостью и лучше подходит для крупномасштабного производства водорода.
  2. Щелочной электролизер HySTAT® использует жидкий электролит и хорошо подходит для производства водорода в малых и средних масштабах.

Компания Cummins гордится тем, что является лидером в области новых водородных технологий. Имея столетний опыт работы с множеством источников энергии и трансмиссий, мы работаем с нашими клиентами, чтобы предоставить правильное решение для нужного клиента в нужное время. Будь то питание от аккумулятора, дизельного топлива, природного газа или топливных элементов, мощность — это ваш выбор.
 

Производство водорода: Электролиз | Министерство энергетики

Как это работает?

Как и топливные элементы, электролизеры состоят из анода и катода, разделенных электролитом. Различные электролизеры работают по-разному, в основном из-за разного типа используемого электролита и ионных частиц, которые он проводит.

Мембранные электролизеры с полимерным электролитом

В электролизере с мембраной из полимерного электролита (PEM) электролит представляет собой твердый специальный пластиковый материал.

  • Вода реагирует на аноде с образованием кислорода и положительно заряженных ионов водорода (протонов).
  • Электроны проходят через внешнюю цепь, а ионы водорода избирательно перемещаются через ФЭУ к катоду.
  • На катоде ионы водорода объединяются с электронами из внешней цепи, образуя газообразный водород. Анодная реакция: 2H 2 O → O 2 + 4H + + 4e Катодная реакция: 4H + + 4e → 2H 0 2
  • 2 0

Щелочные электролизеры

Щелочные электролизеры работают за счет переноса гидроксид-ионов (OH ) через электролит от катода к аноду с образованием водорода на стороне катода. Электролизеры, использующие жидкий щелочной раствор гидроксида натрия или калия в качестве электролита, уже много лет имеются в продаже. Новые подходы с использованием твердых щелочных обменных мембран (AEM) в качестве электролита показывают многообещающие результаты в лабораторных масштабах.

Твердооксидные электролизеры

Твердооксидные электролизеры, в которых в качестве электролита используется твердый керамический материал, избирательно проводящий отрицательно заряженные ионы кислорода (O 2-) при повышенных температурах, генерируют водород несколько другим способом.

  • Пар на катоде соединяется с электронами из внешней цепи с образованием газообразного водорода и отрицательно заряженных ионов кислорода.
  • Ионы кислорода проходят через твердую керамическую мембрану и реагируют на аноде, образуя газообразный кислород и генерируя электроны для внешней цепи.

Твердооксидные электролизеры должны работать при температурах, достаточно высоких для нормального функционирования твердооксидных мембран (около 700–800°C, по сравнению с электролизерами с PEM, которые работают при 70–90°C, и коммерческими щелочными электролизерами, которые обычно работать при температуре ниже 100°C). Усовершенствованные лабораторные твердооксидные электролизеры на основе протонпроводящих керамических электролитов демонстрируют перспективность снижения рабочей температуры до 500–600°C. Твердооксидные электролизеры могут эффективно использовать тепло, доступное при этих повышенных температурах (из различных источников, включая ядерную энергию), для уменьшения количества электроэнергии, необходимой для производства водорода из воды.

Почему рассматривается этот путь?

Электролиз — это ведущий способ производства водорода для достижения цели Hydrogen Energy Earthshot по снижению стоимости чистого водорода на 80% до 1 доллара за 1 килограмм за 1 десятилетие («1 1 1»).Водород, полученный с помощью электролиза, может привести к нулевым выбросам парниковых газов, в зависимости от используемого источника электроэнергии. Источник необходимой электроэнергии, включая его стоимость и эффективность, а также выбросы в результате производства электроэнергии, необходимо учитывать при оценке преимуществ и экономической целесообразности производства водорода с помощью электролиза. Во многих регионах страны сегодняшняя электросеть не идеальна для обеспечения электроэнергией, необходимой для электролиза, из-за выбросов парниковых газов и количества необходимого топлива из-за низкой эффективности процесса выработки электроэнергии.Производство водорода с помощью электролиза используется для возобновляемых источников (ветер, солнце, гидро, геотермальная энергия) и атомной энергетики. Эти пути производства водорода приводят к практически нулевым выбросам парниковых газов и загрязняющих веществ; тем не менее, стоимость производства должна быть значительно снижена, чтобы быть конкурентоспособным с более зрелыми способами, основанными на углероде, такими как риформинг природного газа.

Потенциал для синергии с производством энергии из возобновляемых источников
Производство водорода посредством электролиза может предложить возможности для синергии с динамической и прерывистой выработкой энергии, что характерно для некоторых технологий возобновляемых источников энергии. Например, хотя стоимость энергии ветра продолжает снижаться, присущая ветру изменчивость является препятствием для эффективного использования энергии ветра. Водородное топливо и производство электроэнергии могут быть интегрированы в ветряную электростанцию, что позволит гибко переключать производство, чтобы наилучшим образом соответствовать доступности ресурсов с эксплуатационными потребностями системы и рыночными факторами. Кроме того, во времена избыточного производства электроэнергии ветряными электростанциями вместо того, чтобы сокращать электроэнергию, как это обычно делается, можно использовать эту избыточную электроэнергию для производства водорода путем электролиза.

Важно отметить…

  • Электроэнергия в настоящее время не является идеальным источником электроэнергии для электролиза, поскольку большая часть электроэнергии вырабатывается с использованием технологий, которые приводят к выбросам парниковых газов и являются энергоемкими. Выработка электроэнергии с использованием технологий возобновляемой или ядерной энергии, либо отдельно от сети, либо в качестве растущей части сети, является возможным вариантом преодоления этих ограничений для производства водорода с помощью электролиза.
  • Министерство энергетики США и другие организации продолжают усилия по снижению стоимости производства электроэнергии на основе возобновляемых источников и развитию более эффективного производства электроэнергии на основе ископаемого топлива с улавливанием, утилизацией и хранением углерода. Производство электроэнергии на основе ветра, например, быстро растет в Соединенных Штатах и ​​во всем мире.

Исследования направлены на решение проблем

  • Достижение целевого показателя стоимости чистого водорода Hydrogen Shot в размере 1 долл. США/кг H 2 к 2030 г. (и промежуточного целевого показателя 2 долл. США/кг H 2 к 2025 г.) за счет лучшего понимания компромиссов между производительностью, стоимостью и долговечностью электролизера системы в прогнозируемых будущих динамических режимах работы с использованием CO 2 — бесплатного электричества.
  • Снижение капитальных затрат электролизера и баланса системы.
  • Повышение энергоэффективности преобразования электроэнергии в водород в широком диапазоне условий эксплуатации.
  • Углубление понимания процессов деградации элементов электролизера и дымовых труб и разработка стратегий смягчения последствий для увеличения срока службы.

Рекордный водородный электролизер заявляет о 95% КПД

Килограмм водорода вмещает 39.4 кВтч энергии, но обычно затраты энергии на создание существующих коммерческих электролизеров составляют около 52,5 кВтч. Австралийская компания Hysata заявляет, что ее новый электролизер с капиллярным питанием снижает стоимость энергии до 41,5 кВтч, бьет рекорды эффективности, а также дешевле в установке и эксплуатации. Компания обещает зеленый водород по цене около 1,50 доллара США за килограмм всего через несколько лет.

Эффективность — один из главных аргументов в пользу водорода на пути к будущему экологически чистой энергии. Он может хранить гораздо больше энергии по весу или объему, чем батареи, и поддерживает быструю дозаправку, что делает его полезным в приложениях, где батареи просто не имеют плотности энергии, чтобы конкурировать. Но там, где батареи являются высокоэффективным способом хранения и высвобождения энергии, водород, кажется, выбрасывает энергию на каждом этапе: электролиз, хранение и транспортировка, обратное преобразование в электричество с помощью топливного элемента… Черт возьми, он даже медленно вытекает из металлический бак.

Если новая технология электролизера Hysata сделает то, что написано на жестяной банке, эффективность стадии электролиза значительно вырастет, позволяя гораздо лучше использовать драгоценную чистую энергию. И, производя больше водорода из данного источника энергии, сокращая при этом капитальные и эксплуатационные расходы для операторов, это оборудование действительно может снизить цену на зеленый h3, возможно, до такой степени, что он станет конкурентоспособным с грязным водородом или даже с ископаемым топливом.

Так как же это работает? По словам Хисаты, все дело в пузырьках. Пузырьки в жидкости-электролите не проводят ток, и они могут прилипать к электродам и маскировать их от контакта с жидкостями, с которыми они должны соприкасаться, чтобы выполнять свою работу. Это явно проблема, так как электролизеры превращают воду в газы H 2 и O 2 .

Как рассказывает Хайсата, в ранних электролизерах оба электрода были погружены в электролит, так что вокруг них образовывались пузырьки.В 70-х годах электролиз с нулевым зазором приводил к непосредственному контакту анода и катода с мембраной сепаратора, повышая эффективность за счет образования пузырьков только на одной стороне каждого электрода. Совсем недавно технология мембран с полимерным электролитом позволила катодной стороне работать без электролита, снова повысив эффективность за счет производства газообразного водорода без барботирования его через жидкость.

Характеристика Hysata эволюции электролизеров, которая привела к чрезвычайно эффективной новой конструкции компании

Hysata

Электролизер Hysata с капиллярным питанием выводит вещи на новый и, возможно, высший уровень.Резервуар в нижней части ячейки удерживает электролит от контакта как с анодом, так и с катодом до тех пор, пока он не будет втянут через пористый гидрофильный межэлектродный сепаратор с использованием капиллярного эффекта. Таким образом, электролит имеет непосредственный контакт с электродами, но только с одной стороны, и газообразные водород и кислород вырабатываются напрямую, без каких-либо мешающих пузырьков.

Сопротивление дополнительно снижается благодаря тому факту, что вода не подсасывается к той стороне электрода, который выделяет газ, поэтому они не мешают друг другу, а поскольку вода электролизуется из сепаратора, капилляра действие вытягивает больше из резервуара, чтобы заменить его.

В рецензируемой статье, опубликованной в журнале Nature Communications , команда Hysata утверждает, что их капиллярный электролизер продемонстрировал рекордную эффективность в 98 процентов, что намного лучше, чем у «современного электролизера». [предположительно асимметричная мембрана из полимерного электролита] коммерческий электролизер воды», который показал эффективность элемента 83 процента. Переход газа чрезвычайно низок — это очень важно, так как при правильных температурах и концентрациях водородно-воздушная смесь может быть взрывоопасной.

В компании говорят, что эта технология также сокращает внешние расходы вне клетки. Нет необходимости в циркуляции жидкости, резервуарах газожидкостного сепаратора, трубопроводах, насосах и арматуре. Этот редуктор может иметь воздушное охлаждение или радиационное самоохлаждение, что снижает дальнейшие капитальные и эксплуатационные расходы, и если ограниченная гравитацией максимальная высота капиллярного действия окажется ограничивающим фактором, что ж, Хизата говорит, что вы можете просто щелкнуть резервуар сверху, а электролит стекает в сепаратор.

Все эти факторы помогают сократить «балансовое» потребление энергии за пределами электролизера, увеличивая разрыв между этой технологией и другими с точки зрения общей эффективности системы.

«Общая система электролизера Hysata была разработана с учетом простоты производства, масштабирования и установки, обеспечивая 95-процентную общую эффективность системы, что эквивалентно 41,5 кВтч/кг, по сравнению с 75 процентами или менее для существующих электролизерных технологий», — сказал технический директор компании Джерри Свигерс. в пресс-релизе.«Для производителей водорода это значительно снизит как капитальные, так и эксплуатационные затраты на производство зеленого водорода».

Далее Свигерс называет это устройство «совершенно новой категорией электролизеров, столь же монументальной, как переход от двигателя внутреннего сгорания к электродвигателям».

Генеральный директор Hysata Пол Барретт (Paul Barrett) говорит, что компания планирует коммерциализировать технологию и увеличить мощность производства водорода до гигаваттного масштаба к 2025 году.50 на килограмм водорода должно быть возможно. Разрабатываются планы по строительству пилотного завода по производству электролизеров, и в 2022 году компания нанимает «десятки» людей в рамках этого процесса.

Ожидается, что производство водорода резко возрастет в ближайшие годы, поскольку зеленый h3 находит свое место в более жестких разделах новой экономики зеленой энергии. Таким образом, определенно идет золотая лихорадка, и многие ожидают сокращения производства электролизеров, поскольку производители спешат запустить свои предприятия. В таких условиях более дешевый и сверхэффективный электролизер наверняка окажется в огромном спросе, так что у Hysata может появиться монстр-продукт и шанс внести весомый вклад в борьбу с изменением климата.

Конечно, между опубликованной статьей и массовым коммерческим успехом предстоит долгая гонка, но учитывая потенциальные преимущества, как заявляет Hysata, за этой компанией явно стоит следить.

Исследование опубликовано в журнале открытого доступа Nature Communications.

Источник: Hysata

Возобновляемый электролиз | Водород и топливные элементы

Исследование возобновляемого электролиза NREL сосредоточено на проектировании, разработке и тестировании. передовые экспериментальные и аналитические методы для улучшения блока и системы электролизера эффективность.

Связанные виды деятельности включают:

  • Характеристика производительности электролизера в условиях переменной входной мощности
  • Проектирование и разработка общих блоков силовой электроники и контроллеров для уменьшения стоимость системы и оптимизация производительности
  • Выявление возможностей для снижения затрат за счет прорывов в интеграции компонентов
  • Тестирование, оценка и оптимизация производительности возобновляемой электролизной системы для производство водорода и когенерация электроэнергии/водорода.

Узнайте о проекте «Ветер в водород», который использует электричество от ветряных турбин и солнечных батарей для производства водорода.

Системная инженерия, моделирование и анализ

NREL разрабатывает и проверяет модели компонентов и систем для оценки и оптимизации различных системных сценариев и стратегий управления для производства возобновляемого водорода и электроэнергии/водорода когенерация.

На этой диаграмме показаны различные сценарии производства возобновляемого водорода и электроэнергии.

В 2011 году NREL провел обширный анализ стоимости производства водорода с помощью электролиз воды на основе ветра на потенциальных площадках по всей стране. Обратитесь к инструменту анализа затрат на производство водорода, чтобы просмотреть результаты этого анализа.

Системная интеграция и разработка компонентов

NREL разрабатывает интерфейсы силовой электроники для систем возобновляемого электролиза, чтобы охарактеризовать и проверить работоспособность электрохимических устройств.Тестирование также исследует, как колебания выходной мощности ветряной турбины влияют на работу электролизера. Системы производительность определяется количественно на основе эффективности систем дымовой трубы и электролизера. а также их способность приспосабливаться к возобновляемым источникам электроэнергии.

Системы возобновляемого электролиза, которые изучает NREL, включают общий постоянный ток. (DC) шина (электрический проводник), закрепленная с блоком батарей, подключенным к ветряной турбине, фотогальваническая батарея и электролизер. Как правило, небольшие ветряные турбины устанавливаются для зарядки аккумуляторов и требуют подключения к шине постоянного тока постоянного напряжения и питания электроника для регулирования выходной мощности и преобразования дикого переменного тока (AC) в ДК.

В имеющихся в продаже системах электролизера блок электролизера принимает постоянный ток. входная мощность от бортового преобразователя мощности. Электролизер регулирует мощность до стека и работает при фиксированном токе стека.Адреса характеризационных испытаний работа водородопроизводящих блоков на переменном токе, без фиксированной мощности поставка.

Характеристика и тестирование

NREL работает с национальными и международными лидерами отрасли над разработкой протоколы характеристик и испытаний для электролизеров на основе возобновляемых источников энергии, а также для сравнения производительность электролизеров различных производителей.

На основе фактических эксплуатационных данных ветряных электростанций, фотоэлектрических элементов и прогнозируемых с переключением нагрузки, эти протоколы испытаний применимы к работе электролизера с переменным входным напряжением. условия питания.

NREL использует протоколы для тестирования электролизеров на месте. Конкретные показатели эффективности включают чистоту водорода при малой мощности и долгосрочные эффекты переменных работа мощности на системе электролизера и эффективность батареи.

Объекты

Исследование возобновляемого электролиза NREL проводится в Energy Systems Integration. Лаборатория Центра интеграции энергетических систем.

Связаться с

Кевин Харрисон

Электронная почта
303-630-2439

Один из крупнейших электролизеров планеты запущен и работает

Анимафлора | Istock | Getty Images

20-мегаваттный водородный электролизер, который называют «одним из крупнейших в мире», начал работу, сообщила в пятницу энергетическая компания Shell.

Расположенный в Чжанцзякоу, провинция Хэбэй, Китай, электролизер будет производить зеленый водород для автомобилей на топливных элементах, которые будут использоваться в зоне соревнований Чжанцзякоу во время Зимних Олимпийских игр, которые должны открыться 4 февраля. После окончания Игр коммерческие и общественные транспорт будет использовать водород.

В своем заявлении Ваэль Саван, директор Shell по комплексным газовым, возобновляемым и энергетическим решениям, сказал, что электролизер был «крупнейшим в нашем портфолио на сегодняшний день».

«Мы видим возможности в цепочке поставок водорода в Китае, включая его производство, хранение и доставку», — сказал Саван.

Объект в Китае связан с совместным предприятием, созданным в 2020 году Shell China и Zhangjiakou City Transport Construction Investment Holding Group Co. Ltd.

Водород, который имеет широкий спектр применений и может быть развернут в широком диапазоне отраслей, может производиться различными способами. Один из методов включает использование электролиза, при котором вода расщепляется электрическим током на кислород и водород.

Если электричество, используемое в этом процессе, поступает из возобновляемых источников, таких как ветер или солнце, то некоторые называют его зеленым или возобновляемым водородом.По словам Shell, электролизер в Чжанцзякоу будет использовать энергию ветра на берегу.

Несмотря на то, что в некоторых кругах существует воодушевление по поводу потенциала зеленого водорода, подавляющее большинство производства водорода в настоящее время основано на ископаемом топливе.

В последнее время некоторые бизнес-лидеры говорили о проблемах, с которыми, по их мнению, сталкивается развивающийся сектор экологически чистого водорода. Например, в октябре 2021 года генеральный директор Siemens Energy заявил CNBC, что на данный момент для него «нет коммерческого обоснования».

Сегодня различные цвета, в том числе коричневый, синий, серый и розовый, используются для различения различных методов производства водорода.

В декабре прошлого года генеральный директор немецкой энергетической компании RWE объяснил CNBC, как важно быть прагматичным в отношении цветовых кодов.

«В конце концов, весь водород должен быть зеленым, потому что зеленый водород — это единственное топливо, которое… полностью обезуглерожено», — сказал Маркус Креббер. Тем временем предприятиям необходимо было принять решение об инвестировании в новые объекты и подготовить их к «h3».

«Конечно, в краткосрочной перспективе не хватит зеленого водорода, поэтому вам нужно разрешить им использовать его сначала на природном газе, а затем, может быть, на водороде всех других цветов… особенно на синем», — сказал он. «Но как только зеленый водород станет доступен в той мере, в какой это необходимо, им следует переключиться на зеленый водород». с улавливанием и хранением выбросов CO2, образующихся во время процесса.

Ранее в этом месяце сообщалось, что одно из немногих предприятий в мире, использующее технологию улавливания и хранения углерода (CCS) для сокращения выбросов при производстве водорода, выбрасывает гораздо больше парниковых газов, чем улавливает.

Завод Quest в Альберте, Канада, принадлежащий Shell и предназначенный для улавливания выбросов углерода при разработке нефтеносных песков и их безопасного хранения под землей, ранее рекламировался как «успешный пример» того, как CCS работает над значительным сокращением выбросов углерода.

Однако исследование, проведенное наблюдательной группой Global Witness, опубликованное на прошлой неделе, показало, что, хотя с 2015 года на заводе удалось предотвратить выброс в атмосферу 5 миллионов тонн углекислого газа, он также выпустил 7,5 миллиона метрических тонн парниковых газов в течение тот же период.

Это означает, что, согласно отчету, было уловлено только 48% выбросов углекислого газа завода. В ответ на отчет представитель Shell сообщил CNBC по электронной почте, что анализ Global Witness был «просто неверным», и подчеркнул, что объект Quest был спроектирован так, чтобы улавливать около трети выбросов углекислого газа.

Предприятие Shell Quest CCS, открытое в конце 2015 года, является частью комплекса группы в Скотфорде, где производится водород для использования в очистке битума нефтеносных песков (разновидность нефтяных месторождений). Завод Quest не покрывает выбросы всего предприятия.

«Наш объект Quest был спроектирован несколько лет назад как демонстрационный проект для проверки лежащей в его основе концепции CCS, при этом улавливая около трети выбросов CO2. Это не завод по производству водорода», — сказал представитель Shell.

— Сэм Мередит из CNBC внес свой вклад в этот отчет

Зеленая энергетика, возможно, является одной из самых важных областей исследований и разработок сегодня, и поэтому она привлекла значительные капиталовложения.

Одной из самых многообещающих технологий зеленой энергетики будущего является водород и водородные топливные элементы.

 

Пример водородного топливного элемента.Изображение предоставлено Cummins

 

Однако препятствием для этой технологии является то, как производить водород чистым способом, не имеющим вредных побочных продуктов.

Одна компания, Verdagy, переосмысливает производство водорода с помощью нового подхода к электролизу водорода. На прошлой неделе Verdagy объявила о привлечении дополнительного финансирования в размере 25 миллионов долларов.

В этой статье давайте рассмотрим электролиз водорода и новый подход Verdagy к этой технологии.

 

Что такое электролиз водорода?

В настоящее время более 90% производства водорода осуществляется с помощью паровой конверсии метана (SMR), процесса, в результате которого в качестве побочного продукта образуется CO 2 . Вместо этого более новый и чистый метод производства водорода известен как электролиз водорода.

 

Общий обзор электролиза. Изображение предоставлено Фондом геотермальной энергии океана .

 

В своей основной форме электролиз использует электричество для расщепления соединений H 2 O (воды) на их составляющие: водород и кислород.Выполняя этот электролиз, мы можем создавать водород для использования в топливных элементах и ​​кислород, который высвобождается обратно в атмосферу.

В сочетании с возобновляемыми источниками энергии для производства электроэнергии электролиз водорода может снизить стоимость чистого водорода на 80% до 1 доллара США за один килограмм за одно десятилетие, что приведет к нулевым выбросам парниковых газов.

Теперь, когда общие основы электролиза водорода стали немного лучше понятны, важно рассмотреть, как проводить электролиз.

 

Электролизеры для электролиза

Для проведения электролиза необходимо использовать электролизер.

Электролизеры — это устройства, которые, как и батарея, состоят из катода, анода и электролита.

Существует несколько форм электролизеров, наиболее популярными из которых являются щелочные электролизеры и электролизеры с протонообменной мембраной (ПЭМ).

 

Реакции и схема электролизера PEM.Изображение предоставлено Кумаром и Химабинду

 

Щелочные электролизеры работают путем переноса ионов гидроксида (ОН-) через электролит от катода к аноду, при этом водород образуется на стороне катода.

Преимущества этих электролизеров в том, что их легко масштабировать до МВт, а их недостатки в том, что они очень энергоемки и не очень эффективны.

Однако в электролизерах с ФЭУ система опирается на внешнюю цепь, позволяющую электронам двигаться к катоду, где атомы водорода соединяются с электронами, образуя газообразный водород.

PEM, как правило, являются наиболее компактным, высокопроизводительным и энергоэффективным типом электролизера; однако они борются с невозможностью масштабирования до размеров MW.

 

Уникальный подход Verdagy на основе мембран

Надеясь не отставать от производства экологически чистого водорода, на прошлой неделе Verdagy объявила о выделении 25 миллионов долларов на поддержку своей новой технологии электролизера, которая, по их утверждению, сочетает в себе преимущества PEM и щелочных технологий.

Verdagy стремится создать новый мембранный подход к электролизу, в котором используются клетки с обширными активными областями.

Утверждается, что электролизеры

Verdagy обеспечивают в 10 раз большую плотность тока по сравнению с щелочными электролизерами и высокий динамический рабочий диапазон за счет использования ячеек с очень большой площадью и запатентованной одноэлементной архитектуры.

Утверждается, что эта архитектура позволяет компании сочетать преимущества как щелочных электролизеров, так и электролизеров с ПОМ, достигая высокой эффективности и плотности энергии при масштабировании до диапазона МВт.

Благодаря новому финансированию Verdagy будет работать над быстрым масштабированием своей компании с целью демонстрации своего первого коммерческого стека из 10 элементов мощностью 2 МВт, а в ближайшем будущем появится первый электролизер eDynamicTM мощностью 20 МВт.

Mitsubishi Power Americas, Inc. | Mitsubishi Power подписывает договор о закупке крупномасштабной системы электролизера с HydrogenPro

Интегрируется со стандартными пакетами зеленого водорода Mitsubishi Power Hydaptive

LAKE MARY, Флорида (7 февраля 2022 г. ) — Mitsubishi Power Americas, Inc. подписала контракт с HydrogenPro AS (OSE: HYPRO) на первоначальную поставку 40 электролизеров.

Электролизер HydrogenPro будет использовать энергию ветра и солнца для производства зеленого водорода путем расщепления воды на водород и кислород посредством электролиза.Зеленый водород будет храниться и использоваться для производства электроэнергии, транспорта и промышленности.

Этот контракт укрепляет партнерство между Mitsubishi Power и HydrogenPro, опираясь на их проект Herøya, Норвегия, для первой в своем роде системы электролизера. Сотрудничество между компаниями для быстрой разработки водородных технологий с общим акцентом на развертывание зеленого водорода в коммунальных масштабах в США будет способствовать достижению глобальных целей по обезуглероживанию.

«Это большой прорыв для HydrogenPro.Это свидетельствует о том, что наша технология хорошо подходит для крупномасштабных проектов, делая недорогой, надежный и чистый водород широко доступным для клиентов. Мы гордимся тем, что сотрудничаем с Mitsubishi Power в предоставлении технологических достижений для создания безуглеродного водородного общества», — сказал Эллинг Найгаард, генеральный директор HydrogenPro. «Сегодняшнее объявление является подтверждением значительного потенциала, который для нас заложен на рынке США».

Билл Ньюсом, президент и главный исполнительный директор Mitsubishi Power Americas, сказал: «Покупка электролизера Mitsubishi Power еще больше поддерживает нашу миссию по предоставлению решений для производства и хранения энергии нашим клиентам, позволяя им недорого и надежно бороться с изменением климата и способствовать процветанию человечества.Система электролизера будет работать в рамках наших пакетов Hydaptive™ — первых в мире стандартных пакетов интеграции зеленого водорода — чтобы помочь ускорить путь к обезуглероживанию. Этот заказ демонстрирует нашу уверенность в системе электролизера HydrogenPro благодаря работе, начатой ​​в прошлом году вместе с HydrogenPro по строительству и проверке одной из крупнейших в мире систем щелочного электролизера высокого давления с одним блоком в Норвегии. Вместе с нашими клиентами и партнерами мы создаем Смену власти».

Mitsubishi Power Americas подписала контракт с HydrogenPro на поставку 40 электролизеров для производства зеленого водорода для производства электроэнергии, транспорта и промышленности.(Фото: HydrogenPro)

О Mitsubishi Power Americas, Inc.

Mitsubishi Power Americas, Inc. (Mitsubishi Power) со штаб-квартирой в Лейк-Мэри, Флорида, насчитывает более 2300 экспертов и профессионалов в области производства электроэнергии, хранения энергии и цифровых решений. Наши сотрудники сосредоточены на том, чтобы дать клиентам возможность недорого и надежно бороться с изменением климата, а также способствовать процветанию человечества в Северной, Центральной и Южной Америке. Решения Mitsubishi Power для производства электроэнергии включают газовые, паровые и авиационные турбины; силовые агрегаты и силовые острова; геотермальные системы; разработка солнечных фотоэлектрических проектов; экологический контроль; и услуги. Решения для хранения энергии включают зеленый водород, аккумуляторные системы хранения энергии и услуги. Mitsubishi Power также предлагает интеллектуальные решения, использующие искусственный интеллект для обеспечения автономной работы электростанций. Mitsubishi Power — это торговая марка энергетических решений компании Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. (MHI). Компания MHI со штаб-квартирой в Токио, Япония, является одним из ведущих мировых производителей тяжелой техники с инженерными и производственными предприятиями, занимающимися энергетикой, инфраструктурой, транспортом, аэрокосмической и оборонной промышленностью.Для получения дополнительной информации посетите веб-сайт Mitsubishi Power Americas и подпишитесь на нас в LinkedIn.

О HydrogenPro AS

HydrogenPro проектирует и поставляет индивидуальные водородные установки в сотрудничестве с глобальными партнерами и поставщиками, сертифицированными по ISO 9001, ISO 45001 и ISO 14001.

Компания была основана в 2013 году людьми, имеющими опыт работы в электролизной промышленности, которая была основана в Телемарке, Норвегия, компанией Norsk Hydro в 1927 году. Мы представляем собой опытную команду инженеров, состоящую из ведущих отраслевых экспертов, опирающихся на беспрецедентный опыт и знания в области водорода и возобновляемых источников энергии. энергетика.

Наш основной продукт – щелочной электролизер высокого давления. Благодаря новой электродной технологии мы можем повысить эффективность каждой установки на 14 %, достигнув 93 % от теоретического максимума. Это значительный шаг вперед, так как стоимость электроэнергии в зависимости от рыночных цен составляет 70-90% от стоимости производства водорода, стоимость такой повышенной эффективности примерно равна инвестиционной стоимости всей установки в общей стоимости. точки зрения эксплуатации.Компания планирует себестоимость зеленого водорода на уровне 1,2 долл. США за кг.

.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.