Elektroliser Alkali

Pengurangan biaya hidrogen hijau yang dihasilkan melalui elektrolisis air sangat diinginkan untuk mengurangi biaya transisi energi. Hal ini tidak hanya membutuhkan listrik ramah lingkungan yang berbiaya rendah, namun juga biaya modal yang lebih rendah. Hal terakhir ini sangat penting, karena pabrik elektrolisis di masa depan akan dioperasikan berdasarkan (kelebihan) variabel listrik terbarukan yang membatasi jumlah jam operasional dan karenanya meningkatkan kontribusi biaya modal secara relatif. Ada tiga cara untuk menurunkan biaya modal: skala ekonomi, ekonomi jumlah, dan inovasi.
"Skala ekonomi" berarti pabrik besar relatif lebih murah. Dalam industri kimia, pabrik yang sepuluh kali lebih besar biasanya hanya lima kali lebih mahal, hal ini menunjukkan bahwa biaya modal per unit produk yang dihasilkan dua kali lipat lebih rendah. Yang menjadi pertanyaan adalah apakah penskalaan ini juga akan diterapkan pada instalasi elektrolisis, karena elektroliser tidak dapat “diukur dengan baik”: karena keterbatasan dalam manajemen panas, tumpukan alkaline saat ini dibatasi hingga sekitar 10 MW dan jumlah ini diperkirakan tidak akan meningkat banyak di masa depan. masa depan. Ini berarti bahwa untuk pabrik yang lebih besar, elektroliser hanya perlu "diberi nomor", yang menyiratkan bahwa terdapat keuntungan skala terbatas untuk elektroliser. Pada saat yang sama, tumpukan hanya menyumbang 10-20% dari total biaya pabrik dan 80-90% biaya lainnya berskala baik. Oleh karena itu, kami masih mengharapkan skala ekonomi yang baik untuk pabrik elektrolisis air, meskipun mungkin kurang menguntungkan dibandingkan dengan pabrik kimia biasa.
"Ekonomi angka" berarti ketika lebih banyak unit produk yang sama diproduksi, maka produk tersebut menjadi lebih murah karena manufaktur otomatis dan optimalisasi rantai pasokan lainnya. Contoh yang paling terkenal adalah panel surya dimana pengurangan biaya yang besar dapat dicapai dengan cara ini. Selain itu, di bidang elektroliser terdapat potensi besar untuk "skala ekonomi", karena saat ini sebagian besar elektroliser masih dibuat dengan cara yang sangat padat karya dengan perakitan sel secara manual ke dalam tumpukan. Karena meningkatnya permintaan untuk elektroliser, kita sudah melihat produsen mulai mengembangkan jalur produksi otomatis yang menghasilkan pengurangan biaya secara signifikan.
Baik "skala ekonomi" maupun "ekonomi angka" akan berkontribusi pada pengurangan biaya, namun ada juga trade-off di antara keduanya: tumpukan dan modul yang lebih besar (yang mencakup pompa ao, pemisah gas-cair, dan penukar panas) menyiratkan bahwa jumlah unitnya akan lebih sedikit dan oleh karena itu keuntungan dari "ekonomi jumlah" akan lebih kecil. Namun, pasar elektroliser air akan sangat besar sehingga bahkan dengan tumpukan dan modul yang besar masih akan ada “jumlah yang ekonomis” yang signifikan. Hal ini membuat elektrolisis air "skala ekonomi" dan "ekonomi angka" dapat saling melengkapi.
Penggerak utama lainnya dalam pengurangan biaya adalah inovasi. Meskipun teknologi alkaline sudah ada selama lebih dari 100 tahun, masih terdapat banyak ruang untuk inovasi teknis, terutama mengenai kepadatan arus di mana teknologi tersebut dioperasikan. Dibandingkan dengan teknologi elektrolisis alkali tradisional, kerapatan arus dapat ditingkatkan lebih dari lima kali lipat melalui inovasi pada diafragma, pelapis elektroda, dan desain sel. Gambar 3 menunjukkan representasi skema tumpukan elektrolisis alkali konseptual yang mungkin dipasarkan pada tahun 2030. Tabel 2 menunjukkan karakteristik kinerja yang sesuai dari elektroliser tersebut, menunjukkan bahwa keluaran hidrogen dari elektroliser tersebut dapat sepuluh kali lebih tinggi daripada elektroliser tradisional. elektroliser alkali. Hal ini secara efektif mengurangi biaya produksi hidrogen, karena tumpukan tersebut tidak sepuluh kali lebih mahal dibandingkan dengan yang tradisional.

Ada banyak cara dimana elektrolisis produksi hidrogen dapat bermanfaat bagi individu maupun bisnis. Mungkin keuntungan utama dari teknik ini melibatkan produksi hidrogen hijau dibandingkan dengan mengandalkan hidrogen biru (produk yang berasal dari sumber bahan bakar fosil tradisional seperti gas alam). Dengan kata lain, elektroliser menawarkan cara terbarukan untuk menghasilkan energi.

Oleh karena itu jelas mengapa elektroliser sering digunakan dalam industri sel bahan bakar hidrogen. Gas ini dapat dikumpulkan dan disimpan untuk mengisi ulang sel setelah habis; secara dramatis memperpanjang umurnya sekaligus memastikan sumber energi yang dapat diandalkan.

Penerapan menarik lainnya dalam penyimpanan hidrogen adalah bagaimana penyimpanan hidrogen dapat diintegrasikan ke dalam teknologi ramah lingkungan yang sudah ada. Misalnya, ada kalanya turbin angin tidak mampu menghasilkan daya yang cukup karena kondisi cuaca. Elektroliser di tempat dapat digunakan sebagai sistem redundan.

Contoh lain melibatkan situasi ketika jumlah listrik utama yang dihasilkan berlebih. Daripada membatasi produksi, tenaga ini dapat dialihkan ke elektroliser; sehingga menghasilkan simpanan hidrogen yang lebih memadai untuk penggunaan di masa depan.[9]

Elektrolisis air alkali menonjol karena skalabilitasnya yang luar biasa, beradaptasi dengan mudah terhadap beragam kebutuhan produksi hidrogen. Keserbagunaan ini menjadikannya dapat diterapkan di berbagai skenario, mulai dari inisiatif berskala sederhana hingga proses industri yang luas. Selain itu, umur operasional elektrolisis alkali yang lebih panjang memastikan pasokan hidrogen yang konsisten dan berkelanjutan dalam jangka waktu yang lama.
Elektrolisis alkali yang hemat biaya merupakan keuntungan penting lainnya, karena peralatannya memerlukan bahan yang lebih murah dibandingkan metode produksi hidrogen alternatif. Keterjangkauan ini memperluas aksesibilitasnya, memperluas daya tariknya ke beragam basis pengguna, termasuk perusahaan kecil dan lembaga penelitian.

Kesederhanaan mendefinisikan pemeliharaan sistem elektrolisis alkali. Desainnya yang sederhana hanya membutuhkan sedikit perhatian dan servis, menghilangkan kebutuhan akan keterampilan khusus atau rutinitas perawatan yang mahal, menjadikannya pilihan yang tepat untuk produksi hidrogen.

Beroperasi pada suhu yang lebih rendah merupakan manfaat utama elektrolisis basa, yang berkontribusi terhadap pengurangan konsumsi energi dan peningkatan efisiensi secara keseluruhan. Proses hemat energi ini menghasilkan penghematan biaya dan berkurangnya dampak lingkungan.
Produksi hidrogen dengan kemurnian tinggi merupakan manfaat tambahan dari elektrolisis basa, khususnya penting untuk aplikasi dalam industri seperti sel bahan bakar dan bahan kimia. Jaminan kinerja dan keandalan tingkat atas di sektor-sektor ini memperkuat elektrolisis alkali sebagai metode pilihan untuk produksi hidrogen.

Terakhir, potensi elektrolisis alkali yang ramah lingkungan patut diperhatikan. Dengan mengintegrasikan sumber energi terbarukan seperti tenaga surya atau angin, proses ini secara signifikan mengurangi emisi karbon dan mengurangi ketergantungan pada bahan bakar fosil, sejalan dengan tujuan umum untuk mengembangkan sistem energi yang berkelanjutan dan sadar lingkungan.

Singkatnya, elektrolisis basa air menawarkan beragam keuntungan untuk produksi hidrogen. Skalabilitas, efektivitas biaya, atribut perawatan yang rendah, kemampuan untuk beroperasi pada suhu yang lebih rendah, keluaran hidrogen dengan kemurnian tinggi, dan karakteristik ramah lingkungan menjadikannya sebagai solusi menarik di berbagai aplikasi. Baik digunakan dalam proyek skala kecil atau lingkungan industri skala besar, elektrolisis alkali air muncul sebagai sumber hidrogen yang dapat diandalkan dan berkelanjutan.

Elektroliser alkali adalah alat yang menggunakan larutan elektrolit, biasanya kalium atau natrium hidroksida, untuk memecah molekul air menjadi hidrogen dan oksigen melalui proses yang disebut elektrolisis. Prinsip kimia di balik elektroliser alkali didasarkan pada prinsip elektrokimia. Dalam elektrokimia, reaksi kimia didorong oleh transfer elektron dari satu zat ke zat lainnya. Arus listrik yang dialirkan ke suatu larutan elektrolit menyebabkan larutan elektrolit tersebut mengalami proses yang disebut elektrolisis. Selama proses ini, arus listrik menyebabkan molekul air terpecah menjadi atom penyusunnya yaitu hidrogen dan oksigen.
Dalam elektroliser basa, proses ini dimungkinkan oleh adanya larutan elektrolit yang mengandung ion hidroksida (OH-) yang memfasilitasi transfer elektron antara elektroda dan molekul air. Ion hidroksida tertarik ke anoda bermuatan positif (elektroda terhubung ke terminal positif sumber listrik) dan ion hidrogen (H+) tertarik ke katoda bermuatan negatif (elektroda terhubung ke terminal negatif sumber listrik) .
Di anoda, molekul air dioksidasi membentuk gas oksigen dan ion hidrogen bermuatan positif: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e-
Di katoda, ion hidrogen direduksi membentuk gas hidrogen: 4H+ + 4e- → 2H2
Secara keseluruhan, reaksinya dapat dinyatakan sebagai: 2H2O → 2H2 + O2
Larutan elektrolit memainkan peranan penting dalam proses dengan menyediakan media konduktif untuk aliran elektron antara elektroda dan molekul air. Ion hidroksida dalam larutan elektrolit juga membantu menjaga tingkat pH stabil, yang penting untuk efisiensi fungsi elektroliser.
Singkatnya, elektroliser alkali bekerja dengan menggunakan larutan elektrolit untuk memfasilitasi transfer elektron antara elektroda dan molekul air, sehingga menghasilkan produksi gas hidrogen dan oksigen.

Elektroliser alkali biasanya dibuat menggunakan bahan yang tahan terhadap korosi dan tahan terhadap kondisi proses elektrolisis yang keras. Bahan utama yang digunakan dalam elektroliser alkali meliputi:

Elektroda:Elektroda dalam elektroliser alkali biasanya terbuat dari nikel, baja berlapis nikel, atau titanium yang dilapisi dengan paduan berbasis nikel. Bahan-bahan ini tahan terhadap korosi dan tahan terhadap kondisi proses elektrolisis yang keras.

Selaput:Elektroliser alkali menggunakan elektrolit KOH cair, sehingga tidak memerlukan membran.

Komponen sel:Komponen sel dalam elektroliser alkali, seperti rangka sel, pemisah, dan bejana tekan, biasanya terbuat dari bahan seperti baja tahan karat, baja karbon, atau paduan nikel. Bahan-bahan ini tahan terhadap korosi dan tahan terhadap kondisi proses elektrolisis yang keras.

Elektroliser alkali adalah pilihan yang hemat biaya dan efisien untuk produksi hidrogen. Elektroliser ini memiliki beberapa keunggulan dibandingkan jenis elektroliser lainnya, termasuk efisiensi energi yang lebih tinggi, biaya rendah, produksi hidrogen dengan kemurnian tinggi, dan ketahanan mekanis. Elektroliser alkali dibuat menggunakan bahan yang tahan terhadap korosi dan tahan terhadap kondisi proses elektrolisis yang keras, seperti nikel, baja berlapis nikel, titanium yang dilapisi dengan paduan berbasis nikel, baja tahan karat, baja karbon, dan paduan nikel. Dengan memanfaatkan elektroliser alkali, industri dapat memproduksi hidrogen dengan kemurnian tinggi secara lebih efisien dan dengan biaya lebih rendah, sehingga berkontribusi terhadap masa depan energi yang lebih berkelanjutan dan bersih.

Produk dijual di seluruh wilayah Tiongkok dan diekspor ke negara-negara di seluruh dunia. Produk ini telah dijual di lebih dari 20 negara dan wilayah termasuk Amerika Serikat, Jerman, Maroko, Kenya, Arab Saudi, Vietnam, Aljazair, India, Tanzania, dan Taiwan. Berhasil menyediakan perusahaan terkenal seperti China Aerospace, PetroChina, China Nuclear Group, BYD, Jiuli Specialty, Tony Electronics, Zheng Energy Group dan perusahaan terkenal lainnya. Ada banyak stasiun hidrogenasi hidrogen hijau seperti Wulanchabu, Haikou, Hainan, Hainan Haikou, Yunnan Kunming, dll. yang menyediakan proyek ramah lingkungan dan pembuatan hidrogen.