Eletrólise de Hidrogênio Verde

Visão geral

Eletrólise de água converte energia elétrica em hidrogênio e oxigênio. O hidrogênio é descrito como verde quando a cadeia de abastecimento elétrica e suporte atendem uma definição baixa das emissões. A molécula resultante pode armazenar energia ou fornecer matéria-prima química, mas perdas de conversão significam que a eletrificação direta geralmente é mais eficiente onde ela possa prestar o mesmo serviço.

Fundações técnicas

A eletrólise requer pelo menos a energia livre de Gibbs da divisão das águas, com tensão adicional perdida para cinética do eletrodos . Os valores de aquecimento mais elevados e inferiores produzem diferentes convenções sobre eficiência. Os sistemas alcalinos usam diafragma poroso e catalisadores não precioso, os sistema de troca protoniana oferecem operação dinâmica compacta mas muitas vezes utilizam irídio no eletrodo do oxigênio. O cruzamento de gás limita a operação e diferencial da pressão.

Como funciona

Eletrolisadores alcalinos usam eletrólito líquido, sistemas de membrana com troca-protono utilizam uma camada sólida ácida e eletroliseres sólidos/óxido que operam em alta temperatura. No cátodo, a água ou prótons são reduzidos para hidrogênio; no anodo o oxigênio evolui. Electrónica de energia, purificação e compressão; tratamento da água. Gestão térmica ou separação dos gases determinam o desempenho das instalações para além do conjunto electroquímico

Métodos de medição e pesquisa

Testes de pilha registram curvas tensão-corrente, pureza do gás e eficiência faradaica. Temperatura ou degradação em horários constantes com ciclos A impedância eletroquímica separa as contribuições de resistência, enquanto a microscopia pós-morte e análise química identificam dissolução do catalisador; danos na membrana ou contaminação. Os estudos de plantas medem o consumo alternado-corrente por quilograma entregue após secagem e compressão. A avaliação do ciclo de vida especifica a fonte, o fabrico e substituição dos equipamentos. A certificação pode exigir correspondência horária ou igualmente granular entre a geração renovável e o eletrolisador.

Ideias-chave

• A intensidade do carbono da eletricidade e a correspondência temporal determinam se o hidrogênio eletrolítico é genuinamente baixo.
• A eficiência da pilha, a degradação do fator de capacidade e o financiamento determinam conjuntamente os custos.
• A avaliação ambiental deve incluir a fuga de hidrogénio e as emissões do óxidosde azoto provenientes da combustão.

Fronteira actual da investigação

Os alvos da fronteira reduziram o carregamento de metais preciosos, membrana do câmbio ânion e sistemas pressurizados. A co-localização com instalações de aço, amoníaco ou combustível sintético pode utilizar oxigénio e subprodutos térmicos. A programação flexível deve equilibrar os baixos preços da electricidade com a utilização e degradação do capital. A investigação também compara gasodutos, amoníaco e metanol com transportadores líquidos para transporte. Um projecto credível necessita de um offtaker, electricidade adicional com baixo carbono e uma comparação entre a fuga do metano (desconhecida) da produção fossilizada em vez dos dados relativos à eficiência das placas.

Por que importa

O hidrogénio de baixa emissão pode descongelar as utilizações existentes no amoníaco e na refinação, podendo servir o fabrico do aço ou os combustíveis para transporte marítimo. As plantas flexíveis podem utilizar períodos de geração renovável abundante, apoiando a segurança das matérias-primas industriais.

Limites e questões em aberto

As infra-estruturas de electricidade, transporte e armazenamento renováveis são requisitos substanciais. Eletrolisadores degradam-se sob ciclismo e algumas tecnologias dependem dos catalisadores escassos. O transporte de hidrogénio com baixa densidade é dispendioso e os subsídios podem afastar a electricidade da sua eficiência. A certificação deve impedir que a energia produzida por fósseis ou de alta emissão seja reetiquetada como verde.