Utilizzo degli elettrolizzatori per la produzione industriale di H2

Quali sono le principali fonti di idrogeno per l'industria?

Gran parte dell'idrogeno (H2) prodotto per l'industria proviene da combustibili fossili. Il reforming a vapore è un processo termochimico in cui un combustibile fossile viene riscaldato con acqua per produrre idrogeno e anidride carbonica. L'idrogeno "blu" è prodotto dal reforming del gas naturale e quello "marrone" dal carbone gassificato.  

Entrambi i metodi producono come sottoprodotto anidride carbonica (CO2), che viene rilasciata nell'atmosfera o raccolta per essere utilizzata in un altro processo (come la lavorazione di alimenti e bevande). 

Attualmente si registra una marcata tendenza ad abbandonare la produzione di idrogeno (H2) attraverso la riduzione del gas naturale per passare all'elettrolisi dell'acqua. In molti Paesi, l'energia utilizzata per il funzionamento degli elettrolizzatori proviene da energia solare, eolica e idroelettrica, eolica e idroelettrica, nonché dalla produzione di energia da bio-metano.  

L'idrogeno prodotto con energia rinnovabile è definito "verde". Sebbene l'elettrolisi richieda molta energia, le fonti rinnovabili come l'eolico e il solare non emettono CO2 come l'idrogeno prodotto in blu e in grigio. idrogeno prodotto in grigio e blu.

L'idrogeno può essere prodotto anche attraverso la gassificazione della biomassa. Ciò comporta temperature elevate (700 °C), ma senza combustione. Le quantità di O2 e vapore nel processo sono controllate per produrre CO e H2. Questo gas, il syngas, viene poi utilizzato per alimentare le turbine attraverso la combustione.  

Anche se la coltivazione della biomassa rimuove la CO2 dall'atmosfera, questo processo deve essere combinato con la cattura del carbonio per mantenere basse le emissioni nette.  

L'elettricità necessaria per l'elettrolisi può rappresentare fino al 75% del costo di produzione dell'idrogeno, da cui la tendenza verso le fonti rinnovabili. 

Gassificazione - Wikipedia

Come gli sviluppi degli elettrolizzatori stanno guidando la produzione di idrogeno verde? 

La tecnologia degli elettrolizzatori sta avanzando rapidamente e sta sostituendo la produzione di idrogeno con combustibili fossili, riducendo la quantità di CO2 prodotta come sottoprodotto. La crescita di questo settore è guidata dai requisiti di vari governi per ridurre l'uso di combustibili fossili per la generazione di energia e i trasporti, sostituendoli con la tecnologia delle celle a combustibile. Le celle a combustibile convertono l'idrogeno e l'ossigeno in elettricità e in acqua come sottoprodotto. In questo processo si genera anche calore. Nelle strutture più grandi, il calore può essere utilizzato per azionare turbine a vapore per la produzione di energia elettrica. generazione di energia, la cosiddetta "cogenerazione". 

In parole povere, l'elettrolisi consiste nel passaggio di corrente continua attraverso un elettrolita, con conseguente reazione chimica all'anodo e al catodo. L'O2 viene prodotto per ossidazione all'anodo e l'H2 per riduzione al catodo. 

L'elettrolisi ci accompagna dal 1800, quando Alessandro Volta sviluppò la prima pila elettrica utilizzando l'acido come mezzo, e si notò che, quando scorreva la corrente, ai poli della pila comparivano ossigeno e idrogeno. Ulteriori ricerche furono condotte da Sir Humphry Davy (famoso per la lampada di sicurezza Davy) e dal suo assistente di allora Michael Faraday (che formulò la teoria della corrente elettrica). due leggi dell'elettrolisi).

Elettrolizzatori alcalini (AEL)

Si è scoperto che l'acqua pura non è sempre un buon mezzo per l'elettrolisi. Per questo motivo, i moderni elettrolizzatori utilizzano idrossido di potassio e di sodio, che offrono reazioni migliori. Vedi Elettrolisi dell'acqua - Wikipedia

Gli ioni idrossido viaggiano dal catodo all'anodo attraverso l'elettrolita. L'idrogeno viene generato al catodo e l'ossigeno all'anodo. Questo metodo di produzione è definito "elettrolisi alcalina" e funziona a una temperatura di 70-90 °C e a pressioni di circa 30 bar. 

Elettrolizzatori PEM

Un altro tipo è l'elettrolizzatore a membrana elettrolitica polimerica (PEM), che utilizza l'acqua per reagire all'anodo e formare O2 e ioni di idrogeno caricati positivamente che si muovono attraverso la membrana a conduzione ionica verso il catodo. La membrana è uno speciale materiale polimerico solido. 

Questi ioni si ricombinano poi con gli elettroni esterni che attraversano il circuito per produrre idrogeno gassoso. In questo modo si produce O2 all'anodo e H2 al catodo. Questa tecnologia produce idrogeno molto puro. 

Sviluppo di altri metodi di produzione di idrogeno

Fotoelettrochimica (PEC) e fotobiologica: Questi processi utilizzano l'energia della luce per scindere l'acqua in H2 e O2 e al momento sono principalmente sperimentali.   

Il PEC utilizza pannelli simili a celle fotovoltaiche immerse in un elettrolita, con il Sole che fornisce l'energia necessaria per la scissione acqua-elettrolita.

Per la generazione fotobiologica, le microalghe verdi o i cianobatteri utilizzano la luce solare per scindere l'acqua in ioni di idrogeno e ossigeno.  

I prodotti di Process Sensing Technologies per la produzione di idrogeno e ossigeno

Offriamo un'ampia selezione di prodotti per garantire la qualità dell'idrogeno e dell'ossigeno nelle varie fasi del processo.  

All'uscita degli elettrolizzatori: 
Per la misurazione di H2 in O2: Il Michell XTC601 è in grado di operare a livello di produzione, che può essere un processo umido. 

Per la misurazione di O2 in H2: il Michell XTP601 Entrambi i modelli XTP e XTC possono essere classificati SIL2. 

Alla post-produzione di idrogeno:
Quando il gas è stato essiccato, gli operatori vogliono vedere bassi ppm di O2 e punti di rugiada asciutti; <10 ppmV e -50°C o meno sono richieste tipiche.  

Consigliamo: 

Il trasmettitore di punto di rugiada a prova di esplosione Michell Easidew PRO XP, con un campo di misura da -110 a +20 °C di punto di rugiada. 

L'analizzatore di ossigeno Michell XTP601 offre una scelta di intervalli, da 0...0,5 % O2 fino a 90...100 % O2.  

Per l'H2 di elevata purezza, i produttori spesso vogliono sapere sia quanto è secco il gas sia che i livelli di ossigeno sono al di sotto di determinati limiti di ppm. Per questo possiamo offrire il Michell Easidew Pro I.S. e il sensore Ntron Minox-i ppm.

Per il monitoraggio di tracce di gas nell'idrogeno, il LDetek HyDetek è una buona scelta. Questo strumento è in grado di misurare le impurità in tracce nell'idrogeno fino a basse parti per trilione, per soddisfare la norma ISO 14687 Parte 2 per l'idrogeno da utilizzare nelle celle a combustibile.  Può anche misurare l'N2 nell'idrogeno per il controllo delle perdite e per garantire l'assenza di N2 residuo durante lo spurgo dei tubi. 

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Fonti:

Processi di produzione di idrogeno | Dipartimento dell'Energia

Methods of Producing Hydrogen at Scale | Royal Society

Diversi tipi di elettrolizzatori - Greendrogen idrogeno rinnovabile