Aan de basis van onze modulaire waterstof productie systemen staan de Enapter elektrolysers. Deze waterstof elektrolysers maken gebruik van AEM technologie om water te scheiden in waterstof en zuurstof.

AEM Elektrolyse

Groene waterstof geproduceerd uit water met behulp van hernieuwbare energie wordt in veel sectoren erkend als de meest veelbelovende energiedrager die we hebben voor het volledig vervangen van fossiele brandstoffen. Een handvol verschillende technologieën die worden gebruikt voor de productie van groene waterstof zijn de afgelopen eeuw ontwikkeld, maar een zeer belangrijk stukje van de puzzel ontbrak lange tijd. Enapter heeft deze puzzel gecompleteerd met zijn anion exchange membrane (AEM) technologie voor waterstof productie door middel van elektrolyse.

De AEM-stack

Voordat we in de mechanismen van AEM-elektrolyse duiken, moeten we eerst het meest essentiële onderdeel in een AEM-elektrolyser begrijpen: de AEM-stack, waar de water splitsingsreactie plaatsvindt. Zoals weergegeven in het onderstaande figuur, wordt de enkele cel gescheiden in twee halve cellen door het ionen uitwisseling membraan. Elke halve cel bestaat uit een elektrode, een gasdiffusie laag (GDL) en een bipolaire plaat (BPP). Meerdere enkele cellen zijn verbonden door de bipolaire plaat om de AEM-stapel te vormen.

De halfcel-opstelling in een AEM-elektrolyser, in tegenstelling tot een traditionele alkalische (TA) elektrolyser, maakt het mogelijk om waterstof en zuurstof te produceren onder een druk van respectievelijk 35 bar en 1 bar. Het drukverschil tussen de halfcellen kan voorkomen dat de geproduceerde zuurstof overgaat naar de hogedruk halfcel, waardoor de waterstof een zeer hoge zuiverheid (99,9%) heeft.

De H van de H2O splitsen

De water elektrolyt, die slechts 1% kaliumhydroxide (KOH) bevat, circuleert alleen in de halfcel van de anode en bevochtigt het membraan, terwijl de kathode zijde droog blijft. Daarom heeft de waterstof geproduceerd uit de kathode-halfcel een laag vochtgehalte en het is belangrijk op te merken dat er geen KOH kan worden gevonden in de kathode-halfcel. De watermoleculen gaan door het membraan en worden aan de kathode gereduceerd om waterstof te produceren. De voeding van het externe circuit wordt gebruikt om een ​​elektrisch potentiaalverschil te creëren op het grensvlak van de elektrolyt en de elektrode. Het potentiaalverschil stuurt dan de waterstof evolutie reactie (HER) aan door middel van elektronen (e–) overdracht: 4H2O + 4e– → 4OH– + 2H2.

De geproduceerde waterstof wordt vervolgens via de GDL vrijgegeven aan de afvoerleiding. Geschikte HER-katalysatoren aan de kathode vergemakkelijken het proces door de energie barrière van de reactie te verlagen.

pH en de zuurstofontwikkeling

In de milde alkalische omgeving van de AEM-elektrolyser zal het resterende hydroxide-ion (OH–) van de HER via het membraan terugkeren naar de halfcel van de anode. De uitgewisselde OH– is een anion, waaraan de AEM zijn naam ontleent. In een proton uitwisseling membraan (PEM) elektrolyser wordt het proton (H+) door het PEM getransporteerd in een zeer zure omgeving.

Daarom vereist de PEM-elektrolyser platinagroep metalen (PGM) als katalysatoren en dure bipolaire titanium platen om de zeer corrosieve zure omgeving te overleven, terwijl niet-PGM-katalysatoren en stalen bipolaire platen voldoende zijn voor effectieve waterstofproductie in de AEM-elektrolyser. de verdunde KOH-oplossing in een AEM-elektrolyser is veel veiliger te hanteren dan de elektrolyt met een pH van 14 in een TA-elektrolyser.

Nadat de OH– terug naar de anode zijde van een AEM-elektrolyser is getransporteerd, wordt deze verbruikt door de zuurstof ontwikkeling reactie (OER): 4OH– → 2H2O + O2 + 4e–. Voor elke twee eenheden waterstof wordt één eenheid zuurstof gegenereerd door vier eenheden elektronen over te dragen. De OH-concentratie in het elektrolyt kan dus constant blijven door constant water toe te voeren zonder meer KOH toe te voegen. De OER wordt aangedreven door het potentiaalverschil op de katalytische plaatsen op de anode en de geproduceerde zuurstof wordt via GDL samen met de elektrolyt circulatie uit de halfcel van de anode verwijderd.

Met behulp van AEM-waterelektrolyse kunnen de modulaire elektrolysers van Enapter 500 NL groene waterstof per uur produceren, met een zuiverheid van 99,9% (99,999% na droging) bij 35 bar druk van 0,4 L water en 2,4 kWh hernieuwbare energie. We denken dat deze resultaten voor zich spreken, maar we nodigen je van harte uit om contact op te nemen met ons team als je nog vragen hebt over hoe het maken van groene waterstof door middel van AEM-elektrolyse kan werken

Bron: Jingwen Wang