Uraren kalitatearen eragina PEM elektrolizatzailearen errendimenduan

Energia iturri berriztagarrien artean, elektrolisiaren bidez hidrogeno ekoizpena oso itxaropentsua da energia biltegiratze euskarri gisa duen potentziala dela eta.Proton Exchange MiNlbrane (PEM)Elektrolisiaren bidez hidrogenoaren ekoizpenaren teknologia nagusietako bat da, hala nola eraginkortasun handia, egungo dentsitate handia, tenperatura baxuko tartea eta erantzun azkarra abiadura. Hidrogeno ekoizpenari buruzko ikerketa gehienakPEM ElektrolisiaPEM elektrolisiaren, katalizatzaile berrien garapenaren eta berrien garapenaren bidez hidrogeno ekoizpenaren erakusgarri du ardatzProton Exchange MiNlbraneElektrolitoak. Hala ere, sistemaren eta elikatzeko uraren optimizazioak erronka izaten jarraitzen du. Hori dela eta, ikerketa honek uraren kalitatearen eragina energiaren kontsumoaren eragina ikertzen duPEM elektrolizatzaileak, disolbatutako solido guztietara (TDS), ur ph eta eroankortasuna (noski, hiru faktore hauek askotan eragiten dute).

Eraginkortasuna eta energia kontsumoaPEM elektrolizatzaileakeragin zuen uraren kalitatearen araberakoa. Ikerketa honek ur-propietateei eragiten dieten hiru parametro balioztatu zituen: disolbatutako solidoak (TDak) (TDS) (300ppm, 600ppm, 900pp) (eroankortasuna: 30ms / cm, 70ms / cm) hidrogenoa sortzeko prozesua ulertzeko eta optimizatzekoPEM elektrolizatzaileak. Emaitzek erakutsi zuten hidrogeno kantitateak eragin handia izan duela pH, total disolbatutako solidoek eta eroankortasunagatik, eta aldagai bakoitzaren maila ezin hobea proba zabalen bidez zehaztu zen.

PEM elektrolizatzaileen lan printzipioa da ura oxigeno eta hidrogeno bihurtzea dagozkien elektrodoetan. Ura hidrogenoa ekoizteko euskarria denez, kalitateak elektrolisi prozesuaren emaitzetan eragina izan dezake. Pem elektrolizatzaileen eraginkortasunean eragina izan dezaketen ur-kalitateak pH, total disolbatutako solidoak (TDS) eta eroankortasuna daude. Adibidez, elektrolitoaren ph-ak hidrogenoaren ekoizpenean eta PEM elektrolizatzailearen energia kontsumoa ekoizten du; PH baxuen balio batek oxigenoen murrizketa-erreakzio orokorra murriztu dezake (oxigenoaren bilakaeraren erreakzioa: oer) potentziala, horrela, energia kontsumoa murrizten da, baina mintz degradazioaren arazoa dago; Beste faktore garrantzitsu bat eroankortasuna da, eroankortasun baxua ere potentzial orokorra murriztuko da, eta, horrela, behar den energia murrizten da eta eroankortasun altuak mintza kaltetuko du; Hidrogenoaren eta oxigenoen murrizketen erreakzioen arteko gehiegizkopisio aktiboak ph-en arteko banaketa asimetrikoa eta menpekoa du. Hori dela eta, pH balioa, TDS balioa eta eroankortasuna optimizatu behar dira PEM elektrolizatzailearen errendimendua hobetzeko. Proba eta Materialen American Society (ASTM) komertzialen elektrolizatzaileek ura desionizatutako mota erabiltzen dutela gomendatzen du, hau da, 50ppb baino txikiagoa duten karbono ekologikoko edukia, 1 mω.cm baino gehiagoko erresistentzia eta 5μg / l baino gutxiagoko sodio eta kloruro edukia. Hala ere, ia ur baliabide guztiak ez dira inputak, eta horrek esan nahi du PEM elektrolizatzaileek ur arazketa kostu gehigarriak behar dituela. Zelula-eraginkortasun fotovoltaikoan TDSen eraginari buruzko azterketak erakutsi zuen TDS ur maila handiagoa izan dela (0-2000 ppm), orduan eta etekin hobea izan arren, TDak zero erori zirenean, ez zen etekinik. Era berean, Ibaiaren ura artifiziala (ur biguna) erabiliz egindako ikerketa baten emaitzek erakutsi zuten PEM elektrolizatzaile baten elektrolitoa elektrolistaren errendimendua murriztu zela kaltzio eta magnesio ioi kontzentrazioen igoera dela eta. PEM elektrolizadorearen zelulen errendimendua eta bizitza mekanikoa murriztu ziren.

1. PH balioa gasaren ekoizpenean eta elektrolizadorearen energia kontsumoan eragina

1.1. PH balioa gasaren ekoizpenean eragina

Elektrolitoaren balioa aldatu ahala, hidrogeno eta oxigeno kopurua ere aldatzen da. Hidrogeno eta oxigeno kopuruaren eta denboraren eta ph balioaren arteko funtzioaren arteko erlazioa, pH-ren balioa aldatzen da 3 eta 11 bitarteko aldian. Interesgarria da hasierako emaitzek erakusten dutenez, hidrogeno eta oxigeno kopurua, ph balioa 3tik 7ra igotzen dela, eta horrek adierazten du elektrolisi prozesua ph neutralean izan daitekeela. Harrigarria bada ere, hidrogenoaren eta oxigenoaren produkzioa nabarmen handitu dela erakutsi zuten 11. pH-en, uraren laginaren alkalitateak hidrogenoa eta oxigenoa ekoizten lagundu dezakeela adieraziz.

1.2 PH-k energia kontsumoan

Elektrolitoaren pHak sistemaren energia kontsumoan eragiten du. PH-k elektrolitoaren eroankortasunari eragiten dio, eta horrek, era berean, elektrolisi prozesuaren eraginkortasunari eragiten dio. Normalean, PEM elektrolizatzaileen pH-rako aukera optimoa 7 eta 9 artean dago. Zenbat eta altuagoa izan, orduan eta eroaletasun handiagoa da elektrolisi prozesuaren eraginkortasuna hobetu dezakeena. Hala ere, pHa oso altua bada, elektrolizatzailearen mintza kaltetu daiteke, errendimendua murriztu eta energia kontsumoa areagotzea. Bestalde, pHa baxua bada, elektrolitoaren eroankortasuna gutxitu daiteke, eta ondorioz, eraginkortasuna murriztu eta energia kontsumoa handitu da. Gainera, ph baxua ere mintzak lehortzea eragin dezake, eta horrek ere errendimendua murriztu eta energia kontsumoa areagotu dezake. PEM elektrolizadorearen energia kontsumoa pH balio txikiagoetan handitzen da. 8. pH-en, energia kontsumoa baxuena da, 45 kwh / m3 h2. PH balioa handitzen edo gutxitzen den heinean, energia kontsumoa handitzen hasten da.

2. Gasaren ekoizpenean eta energiaren kontsumoan disolbatutako solidoen (TDS) guztien eragina

2.1 TDS gasaren ekoizpenean eragina

Hiru TDS kontzentrazio desberdinak ebaluatzean, 300 ppm kontzentrazio baxua da, 600 ppm kontzentrazio ertaina da, eta 900 ppm kontzentrazio handia da. Emaitzak beste ikasketa batzuekin bat datoz. Emaitzek erakusten dute TDS kontzentrazioa handitzen dela, hidrogeno eta oxigeno ekoizpena handitzen dela, hidrogenoa eratzeko katalizatzailea izan daitekeela. Ondorioztatu daiteke uretatik hidrogeno ekoizpena mesedegarria dela TDS maila altuagoetan, ekoizpena kontzentrazio baxuetan mugatuta dagoela, eta ez da hidrogenoa zero TD mailan sor daiteke adierazita:

2.2 TDS energia kontsumoan eragina

Guztizko disolbatutako solidoek (TDS) eragin handia dute protoi trukearen mintzaren (PEM) elektrolizatzaileen energia kontsumoan. TDS uretan disolbatutako substantzia ezorganiko eta organiko guztien kontzentrazioa aipatzen da. Substantzia horiek elektrolizatuetan erabilitako uretan presente daudenean, elektrolizatzailearen errendimendua eta eraginkortasuna eragiten dute. Uretan dauden TDak uraren eroankortasuna areagotzen du eta horrek elektrolisirako behar duen zelula elektrolitikoko tentsioaren gehikuntza dakar. Zelularen tentsioaren gehikuntzak elektrolizatzailearen energia kontsumoa areagotzea dakar. Gainera, TDS-k elektrodoen eta mintzetako eskala eragin dezake, eta horrek elektrolizadorearen eraginkortasuna murrizten du eta energia kontsumoa areagotzen du. TDS energiaren kontsumoan eragina arintzeko, beharrezkoa da PEM elektrolizatuetan erabilitako ura garbitasun handia eta TDS kontzentrazio baxua dela ziurtatzea. Uraren tratamendu teknologiak, hala nola, alderantzizko osmosia eta deionizazioa erabil daitezke TDak uretatik kentzeko, eta horrela, PEM elektrolizatzaileen eraginkortasuna hobetu eta energia kontsumoa murrizten dute.

3. Erosketak gasaren ekoizpenean eragina

PEM elektrolizatzaileen energia kontsumoan eragina duen beste faktore garrantzitsu bat eroankortasuna da. Anodoarentzako beharrezkoa den gehiegizkoputzea murrizteak energia-eskaria murriztu dezake, eta horrek islatzen du eroankortasun-balio altuagoak ioi kontzentrazio altuagoak direla eta elektrolitoen soluzioan. Hala ere, eroankortasun altuak mintzaren hondatzea areagotzen du eta ponpatzeko behar den energia handitzen du. Hidrogenoaren ekoizpena eroankortasunaren araberakoa da, eta hainbat ikerketek erakutsi dute eroankortasuna areagotzeko irtenbide ezberdinak erabiliz, erorketa desberdinak lor daitezkeela, horrela hidrogeno ekoizpena handituz.

4. Uraren ezaugarri desberdinen eragina PEM Elektrolizatzaileen Energia Kontsumologian

Itsasoko ura, ur-ura eta ur desionizatua hiru mota desberdin daude, protoi trukeko mintza (PEM) elektrolizatzaile baten energia-eskakizunetan eragina izan dezaketenak. Itsasoko urak disolbatutako gatz, mineral eta bestelako kutsatzaile kopuru handia du. Kutsatzaile horiek uraren eroankortasuna areagotzen dutelako, elektrolizadorearen erresistentzia handitzen da. Erresistentzia gainditzeko energia gehiago behar delako, elektrolisi prozesua moteldu egiten da. Beharrezko korrontea emateko, tentsio altuagoa behar da, eta horrek, gainera, energiaren erabilera handitzea dakar. Beno ura normalean disolbatutako gatz eta kutsatzaileetan itsasoko uretan baino askoz txikiagoa da. Elektrolisia oztopatu dezaketen mineralak eta bestelako substantziak egon daitezke. Beno uraren konposizioak energia-erabilerari nola eragiten dion zehatz-mehatz ez dago ziur neurri batean. Ur putzuak tratatzeko behar den energia, oro har, itsasoko ura edo ur desionizatua tratatzeko behar den energia baino txikiagoa da. Ur desionizatua ioiak mineralak kentzen dituen ura da, desionizazio prozesuaren bidez. Ur deionizatutako ura eta ur destilatua ere deitzen zaio. Ur desionizatuak itsasoko ura eta urak baino eroankortasun txikiagoa du. Hori dela eta, erresistentzia txikiagoa du elektrolisi prozesuan eta energia gutxiago behar du korronte bera ekoizteko. PEM elektrolizatzaileen ur desionizatua erabiltzeak energia eraginkortasuna hobetu dezake. Ur desionizatuak eroankortasun eskasa du, eta horrek energia aurrezten lagun dezake, baina ez du elektrolceleko erreakzio elektrokimikoetarako behar den ioirik behar. Uraren kalitate baldintzak arretaz hartu beharko lirateke PEM Electrolyzer sistemaren diseinu eta funtzionamendu zehatzaren arabera, izan ere, ioiak garrantzitsuak dira elektrolizzeren osagaien errendimendua eta bizitza mantentzeko.

Laburbilduz, PEM ur elektrolisian normalean elektrolizatzaileari arreta handiagoa ematen diegu eta BOPen garrantzia alde batera uzten dugu. Jende askok ere uste du Pemen BOP alkalina baino sinpleagoa dela. Izan ere, PEMek ez du alkalina bezalako gasik gabeko bereizketa sistema handirik behar, oso garrantzitsua da ur puruaren kalitatea kudeatzea. Ur puruaren kalitatea kudeatzeak eragiketa eraginkorra izateaz gain, zerbitzuaren bizitza areagotzen laguntzen du.