2023年8月25日
氢气(H2)在当前关于能源转型的讨论中扮演着重要角色。它是宇宙中最丰富的元素,但只以化合态存在。氢气比空气轻约
14倍,燃烧后不产生残留物。H2具有高能量密度,因此非常适合作为化石能源如煤或天然气的替代品。由于自然界中氢气主要
以化合态存在,因此，必须将其从其载体中提取出来。例如,从水(H2O)中通过电解提取氢气,（如果电能来自可再生资源,则称
为“绿氢”;从天然气(以甲烷CH4为主要成分)中通过蒸汽重整或裂解提取氢气。重整过程中产生的副产物是CO2(蓝氢),裂解过程
中产生的副产物是CO(绿氢)。这两种物质可作为原料被进一步加工或储存(CCS)。
由于氢气密度极低,且极易挥发,这使其向用户的运输非常具有挑战性。氢气可以通过管道输送,液化氢可以用绝缘的氢气船或
氢气卡车运送到消费者手中。在此过程中,必须考虑到不可忽略的波动率。此外,H2还具有使材料脆化的特性,这必须在所有设
备部件的使用寿命和设计中予以考虑。对于“绿氢”的生产,除了必须确保生产地有足够的“绿色”电能外,还要重点确保有足够优
质的水。
电解槽的工作原理
电解槽的核心部件是一个圆柱体(电解模块),其中用膜将两个腔室分开。每个腔室中都有一个电极(阳极/阴极)。模块通常由不同制造商
提供，但以统一的功率尺寸生产。为了获得所需的电解槽功率,将一定数量的模块组装成“堆栈”。目前有两种工艺正在被使用。
AEL电解(碱性电解)和PEM电解(质子交换膜电解)。两种方法都有其优缺点,但PEM方法特别适用于波动性能源(风能/太阳能)。
PEM电解槽的工作原理可以简单地这样描述:预热至少达到饮用水质量标准的水被输入两个腔室。工作温度为50-80°C。通过施加电压
将水分解成组分一份H2和半份O2。从9千克H2O可以产生1千克H2。在阳极侧产生氧气,在阴极侧产生氢气,它们各自通过热交换器和
气体分离器排出。根据电解槽的总体任务,氧气可以排放到环境大气中或用于其他用途(如用于污水处理)。
