อัลคาไลน์อิเล็กโทรไลเซอร์

การลดต้นทุนของไฮโดรเจนสีเขียวที่เกิดจากการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าเป็นที่ต้องการอย่างมากในการลดต้นทุนของการเปลี่ยนผ่านพลังงาน สิ่งนี้ไม่เพียงแต่ต้องใช้ไฟฟ้าสีเขียวต้นทุนต่ำเท่านั้น แต่ยังลดต้นทุนด้านทุนอีกด้วย อย่างหลังมีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากโรงงานอิเล็กโทรลิซิสในอนาคตจะดำเนินการโดยใช้ไฟฟ้าหมุนเวียนที่แปรผัน (ส่วนเกิน) ซึ่งจำกัดจำนวนชั่วโมงการทำงาน และด้วยเหตุนี้ จึงมีสัดส่วนต้นทุนเงินทุนที่ค่อนข้างสูงขึ้น มีสามวิธีในการลดต้นทุนเงินทุน: การประหยัดจากขนาด การประหยัดจำนวน และนวัตกรรม
"การประหยัดจากขนาด" หมายความว่าโรงงานขนาดใหญ่มีราคาค่อนข้างถูกกว่า ในอุตสาหกรรมเคมี เป็นเรื่องปกติที่โรงงานที่มีขนาดใหญ่กว่าสิบเท่าจะมีราคาแพงกว่าเพียงห้าเท่า ซึ่งหมายความว่าต้นทุนเงินทุนต่อหน่วยผลิตภัณฑ์ที่ผลิตจะลดลงสองเท่า คำถามก็คือว่าการปรับขนาดนี้จะนำไปใช้กับโรงงานอิเล็กโทรไลซิสด้วยหรือไม่ เนื่องจากอิเล็กโทรไลเซอร์ไม่ได้ "ปรับขนาดได้ดี" เนื่องจากข้อจำกัดในการจัดการความร้อน สแต็คอัลคาไลน์ในปัจจุบันจึงถูกจำกัดขนาดไว้ที่ประมาณ 10 MW และตัวเลขนี้ไม่คาดว่าจะเพิ่มขึ้นมากนักใน อนาคต. ซึ่งหมายความว่าสำหรับโรงงานขนาดใหญ่ อิเล็กโตรไลเซอร์จะต้อง "ระบุหมายเลข" ซึ่งหมายความว่าอิเล็กโทรไลเซอร์มีข้อได้เปรียบในขนาดที่จำกัด ในเวลาเดียวกัน สแต็คมีส่วนช่วยเพียง 10-20% ของต้นทุนโรงงานทั้งหมด และอีก 80-90% ของต้นทุนที่ปรับขยายได้ดี ดังนั้นเราจึงยังคงคาดหวังการประหยัดจากขนาดที่ดีสำหรับโรงงานอิเล็กโทรลิซิสน้ำ แม้ว่าโรงงานเหล่านี้อาจจะด้อยกว่าโรงงานเคมีทั่วไปเล็กน้อยก็ตาม
"การประหยัดจากตัวเลข" หมายความว่าเมื่อมีการผลิตหน่วยของผลิตภัณฑ์ชนิดเดียวกันมากขึ้น หน่วยจะถูกลงเนื่องจากการผลิตแบบอัตโนมัติและการเพิ่มประสิทธิภาพอื่นๆ ของห่วงโซ่อุปทาน ตัวอย่างที่รู้จักกันดีที่สุดคือแผงโซลาร์เซลล์ซึ่งสามารถลดต้นทุนได้อย่างมากด้วยวิธีนี้ นอกจากนี้ ในด้านอิเล็กโตรไลเซอร์ยังมีศักยภาพอย่างมากสำหรับ "การประหยัดต่อขนาด" เนื่องจากปัจจุบันอิเล็กโทรไลเซอร์ส่วนใหญ่ยังคงผลิตด้วยวิธีที่ใช้แรงงานเข้มข้นมากด้วยการประกอบเซลล์เป็นกองด้วยมือ เนื่องจากความต้องการอิเล็กโทรไลเซอร์ที่เพิ่มขึ้น เราจึงเห็นแล้วว่าผู้ผลิตเริ่มพัฒนาสายการผลิตแบบอัตโนมัติ ซึ่งนำไปสู่การลดต้นทุนอย่างมาก
ทั้ง "การประหยัดจากขนาด" และ "การประหยัดจากจำนวน" จะช่วยลดต้นทุน แต่ก็ยังมีการแลกเปลี่ยนกันระหว่างกัน เช่น สแต็คและโมดูลที่ใหญ่กว่า (ซึ่งรวมถึงปั๊ม ao เครื่องแยกก๊าซ-ของเหลว และเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน) บ่งบอกเป็นนัยว่า จำนวนหน่วยจะลดลง ดังนั้นข้อดีของ "การประหยัดตัวเลข" ก็จะน้อยลง อย่างไรก็ตาม ตลาดเครื่องอิเลคโตรไลเซอร์แบบใช้น้ำจะมีขนาดใหญ่มาก ถึงแม้จะมีกองและโมดูลขนาดใหญ่ แต่ก็ยังมี "การประหยัดจากตัวเลข" อย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งทำให้การประหยัดต่อขนาดและ "การประหยัดต่อตัวเลข" ของกระบวนการอิเล็กโทรลิซิสสามารถเสริมกันได้
ปัจจัยขับเคลื่อนสำคัญอีกประการหนึ่งในการลดต้นทุนก็คือนวัตกรรม แม้ว่าเทคโนโลยีอัลคาไลน์จะมีมานานกว่า 100 ปีแล้ว แต่ก็ยังมีพื้นที่เหลือเฟือสำหรับนวัตกรรมด้านเทคนิค โดยเฉพาะอย่างยิ่งเกี่ยวกับความหนาแน่นกระแสที่เทคโนโลยีทำงานอยู่ เมื่อเปรียบเทียบกับเทคโนโลยีอิเล็กโทรไลซิสแบบอัลคาไลน์แบบดั้งเดิม ความหนาแน่นกระแสสามารถเพิ่มขึ้นได้มากกว่าห้าปัจจัยผ่านนวัตกรรมในไดอะแฟรม การเคลือบอิเล็กโทรด และการออกแบบเซลล์ รูปที่ 3 แสดงแผนผังของสแต็กอิเล็กโทรไลซิสอัลคาไลน์ตามแนวคิดที่อาจวางตลาดได้ในปี 2030 ตารางที่ 2 แสดงคุณลักษณะด้านประสิทธิภาพที่สอดคล้องกันของอิเล็กโตรไลเซอร์ดังกล่าว ซึ่งแสดงให้เห็นว่าผลผลิตไฮโดรเจนของอิเล็กโทรไลเซอร์ดังกล่าวสามารถสูงกว่าแบบดั้งเดิมถึงสิบปัจจัย อิเล็กโทรไลต์อัลคาไลน์ ซึ่งจะช่วยลดต้นทุนการผลิตไฮโดรเจนที่ผลิตได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากปล่องมีราคาแพงกว่าแบบเดิมถึงสิบเท่า

มีหลายวิธีที่กระบวนการอิเล็กโทรไลซิสในการผลิตไฮโดรเจนจะเป็นประโยชน์ต่อทั้งบุคคลและธุรกิจ บางทีข้อได้เปรียบหลักของเทคนิคนี้อาจเกี่ยวข้องกับการผลิตไฮโดรเจนสีเขียวซึ่งตรงข้ามกับการพึ่งพาไฮโดรเจนสีน้ำเงิน (ผลิตภัณฑ์ที่ได้มาจากแหล่งเชื้อเพลิงฟอสซิลแบบดั้งเดิม เช่น ก๊าซธรรมชาติ) กล่าวอีกนัยหนึ่ง อิเล็กโตรไลเซอร์นำเสนอวิธีการหมุนเวียนในการผลิตพลังงาน

ดังนั้นจึงเป็นที่ชัดเจนว่าเหตุใดจึงมักใช้อิเล็กโตรไลเซอร์ในอุตสาหกรรมเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน ก๊าซนี้สามารถรวบรวมและจัดเก็บเพื่อเติมพลังให้กับเซลล์เมื่อหมดลง ยืดอายุการใช้งานได้อย่างมากในขณะเดียวกันก็รับประกันแหล่งพลังงานที่เชื่อถือได้

แอปพลิเคชั่นที่น่าสนใจอีกประการหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับการจัดเก็บไฮโดรเจนเกี่ยวข้องกับการรวมเข้ากับเทคโนโลยีสีเขียวที่มีอยู่ได้อย่างไร ตัวอย่างเช่น อาจมีบางครั้งที่กังหันลมไม่สามารถผลิตพลังงานได้เพียงพอเนื่องจากสภาพอากาศ อิเล็กโทรไลเซอร์ในสถานที่สามารถใช้เป็นระบบสำรองได้

อีกกรณีหนึ่งเกี่ยวข้องกับสถานการณ์เมื่อมีการผลิตไฟฟ้าหลักในปริมาณมากเกินไป ตรงข้ามกับการลดการผลิต กำลังไฟฟ้านี้สามารถเปลี่ยนเส้นทางไปยังอิเล็กโทรไลเซอร์ได้ ส่งผลให้มีการจัดเก็บไฮโดรเจนไว้เพียงพอสำหรับใช้ในอนาคต[9]

การแยกน้ำด้วยไฟฟ้าอัลคาไลน์มีความโดดเด่นในเรื่องความสามารถในการขยายขนาดที่ยอดเยี่ยม โดยสามารถปรับให้เข้ากับความต้องการในการผลิตไฮโดรเจนที่หลากหลายได้อย่างง่ายดาย ความคล่องตัวนี้ทำให้สามารถนำไปใช้ได้ในสถานการณ์ต่างๆ ตั้งแต่ความคิดริเริ่มในระดับปานกลางไปจนถึงกระบวนการทางอุตสาหกรรมที่กว้างขวาง นอกจากนี้ อายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นของอิเล็กโทรไลซิสแบบอัลคาไลน์ยังช่วยให้มั่นใจได้ถึงการจ่ายไฮโดรเจนที่สม่ำเสมอและยั่งยืนตลอดระยะเวลาที่ขยายออกไป
ความคุ้มทุนของอิเล็กโทรไลซิสแบบอัลคาไลน์เป็นข้อได้เปรียบที่โดดเด่นอีกประการหนึ่ง เนื่องจากอุปกรณ์ต้องใช้วัสดุที่มีราคาถูกกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการผลิตไฮโดรเจนทางเลือก ความสามารถในการจ่ายได้นี้ช่วยเพิ่มความสามารถในการเข้าถึง ขยายความน่าดึงดูดไปยังฐานผู้ใช้ที่หลากหลาย รวมถึงองค์กรขนาดเล็กและสถาบันการวิจัย

ความเรียบง่ายกำหนดการบำรุงรักษาระบบอิเล็กโทรลิซิสอัลคาไลน์ การออกแบบที่ตรงไปตรงมาต้องการความเอาใจใส่และบริการเพียงเล็กน้อย โดยขจัดความจำเป็นในการใช้ทักษะเฉพาะทางหรือขั้นตอนการบำรุงรักษาที่มีค่าใช้จ่ายสูง ทำให้เป็นทางเลือกที่สะดวกสำหรับการผลิตไฮโดรเจน

การทำงานที่อุณหภูมิต่ำกว่าเป็นข้อดีหลักของอิเล็กโทรไลซิสแบบอัลคาไลน์ ซึ่งช่วยลดการใช้พลังงานและเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวม กระบวนการประหยัดพลังงานนี้ส่งผลให้ประหยัดต้นทุนและลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม
การผลิตไฮโดรเจนที่มีความบริสุทธิ์สูงเป็นข้อดีเพิ่มเติมของอิเล็กโทรไลซิสแบบอัลคาไลน์ ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานในอุตสาหกรรม เช่น เซลล์เชื้อเพลิงและสารเคมี การรับประกันประสิทธิภาพและความน่าเชื่อถือระดับสูงสุดในภาคส่วนเหล่านี้ทำให้การอิเล็กโทรไลซิสแบบอัลคาไลน์แข็งตัวเป็นวิธีการที่นิยมสำหรับการผลิตไฮโดรเจน

สุดท้ายนี้ ศักยภาพที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมของอิเล็กโทรไลซิสแบบอัลคาไลน์ก็เป็นสิ่งที่น่าสังเกต ด้วยการบูรณาการแหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น พลังงานแสงอาทิตย์หรือพลังงานลม กระบวนการนี้จะช่วยลดการปล่อยก๊าซคาร์บอนได้อย่างมาก และลดการพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิล ซึ่งสอดคล้องกับเป้าหมายที่ครอบคลุมในการส่งเสริมระบบพลังงานที่ยั่งยืนและคำนึงถึงสิ่งแวดล้อม

โดยสรุป อัลคาไลน์อิเล็กโทรลิซิสของน้ำมีข้อดีหลายประการสำหรับการผลิตไฮโดรเจน ความสามารถในการปรับขนาด ความคุ้มทุน คุณลักษณะที่ต้องบำรุงรักษาต่ำ ความสามารถในการทำงานที่อุณหภูมิต่ำ ปริมาณไฮโดรเจนที่มีความบริสุทธิ์สูง และคุณลักษณะที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม ทำให้ผลิตภัณฑ์นี้เป็นโซลูชันที่น่าสนใจในการใช้งานต่างๆ ไม่ว่าจะนำไปใช้ในโครงการขนาดเล็กหรือโรงงานอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ น้ำอัลคาไลน์อิเล็กโทรไลซิสก็กลายเป็นแหล่งไฮโดรเจนที่เชื่อถือได้และยั่งยืน

อิเล็กโทรไลเซอร์อัลคาไลน์เป็นอุปกรณ์ที่ใช้สารละลายอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งโดยทั่วไปคือโพแทสเซียมหรือโซเดียมไฮดรอกไซด์ เพื่อแยกโมเลกุลของน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนผ่านกระบวนการที่เรียกว่าอิเล็กโทรไลซิส หลักการทางเคมีเบื้องหลังอิเล็กโตรไลเซอร์แบบอัลคาไลน์นั้นอิงตามหลักการของเคมีไฟฟ้า ในเคมีไฟฟ้า ปฏิกิริยาเคมีถูกขับเคลื่อนโดยการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากสารหนึ่งไปยังอีกสารหนึ่ง เมื่อกระแสไฟฟ้าถูกจ่ายให้กับสารละลายอิเล็กโทรไลต์ จะทำให้สารละลายอิเล็กโทรไลต์ผ่านกระบวนการที่เรียกว่าอิเล็กโทรไลซิส ในระหว่างกระบวนการนี้ กระแสไฟฟ้าจะทำให้โมเลกุลของน้ำถูกแบ่งออกเป็นอะตอมที่เป็นส่วนประกอบของไฮโดรเจนและออกซิเจน
ในอิเล็กโทรไลเซอร์อัลคาไลน์ กระบวนการนี้เกิดขึ้นได้เมื่อมีสารละลายอิเล็กโทรไลต์ซึ่งประกอบด้วยไฮดรอกไซด์ไอออน (OH-) ซึ่งเอื้อต่อการถ่ายโอนอิเล็กตรอนระหว่างอิเล็กโทรดและโมเลกุลของน้ำ ไฮดรอกไซด์ไอออนถูกดึงดูดไปที่ขั้วบวกที่มีประจุบวก (อิเล็กโทรดที่เชื่อมต่อกับขั้วบวกของแหล่งพลังงาน) และไอออนของไฮโดรเจน (H+) ถูกดึงดูดเข้ากับแคโทดที่มีประจุลบ (อิเล็กโทรดที่เชื่อมต่อกับขั้วลบของแหล่งพลังงาน) .
ที่ขั้วบวก โมเลกุลของน้ำจะถูกออกซิไดซ์เพื่อสร้างก๊าซออกซิเจนและไอออนไฮโดรเจนที่มีประจุบวก: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e-
ที่แคโทด ไฮโดรเจนไอออนจะถูกรีดิวซ์ให้กลายเป็นก๊าซไฮโดรเจน: 4H+ + 4e- → 2H2
โดยรวมแล้ว ปฏิกิริยาสามารถแสดงเป็น: 2H2O → 2H2 + O2
สารละลายอิเล็กโทรไลต์มีบทบาทสำคัญในกระบวนการนี้โดยทำหน้าที่เป็นสื่อนำไฟฟ้าสำหรับการไหลของอิเล็กตรอนระหว่างอิเล็กโทรดและโมเลกุลของน้ำ ไอออนไฮดรอกไซด์ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ยังช่วยรักษาระดับ pH ให้คงที่ ซึ่งมีความสำคัญต่อการทำงานที่มีประสิทธิภาพของอิเล็กโทรไลเซอร์
โดยสรุป อิเล็กโทรไลเซอร์อัลคาไลน์ทำงานโดยใช้สารละลายอิเล็กโทรไลต์เพื่ออำนวยความสะดวกในการถ่ายโอนอิเล็กตรอนระหว่างอิเล็กโทรดกับโมเลกุลของน้ำ ส่งผลให้เกิดการผลิตไฮโดรเจนและก๊าซออกซิเจน

โดยทั่วไปอิเล็กโทรไลเซอร์อัลคาไลน์ถูกสร้างขึ้นโดยใช้วัสดุที่ทนทานต่อการกัดกร่อนและสามารถทนต่อสภาวะที่รุนแรงของกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสได้ วัสดุหลักที่ใช้ในอิเล็กโทรไลเซอร์อัลคาไลน์ประกอบด้วย:

ขั้วไฟฟ้า:อิเล็กโทรดในอิเล็กโทรไลเซอร์อัลคาไลน์โดยทั่วไปจะทำจากนิกเกิล เหล็กชุบนิกเกิล หรือไทเทเนียมที่เคลือบด้วยโลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลัก วัสดุเหล่านี้ทนทานต่อการกัดกร่อนและสามารถทนต่อสภาวะที่รุนแรงของกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสได้

เมมเบรน:อิเล็กโทรไลเซอร์อัลคาไลน์ใช้อิเล็กโทรไลต์ KOH ของเหลว จึงไม่ต้องใช้เมมเบรน

ส่วนประกอบของเซลล์:ส่วนประกอบของเซลล์ในอิเล็กโตรไลเซอร์อัลคาไลน์ เช่น กรอบเซลล์ ตัวแยก และภาชนะรับแรงดัน โดยทั่วไปจะทำจากวัสดุ เช่น สแตนเลส เหล็กคาร์บอน หรือโลหะผสมนิกเกิล วัสดุเหล่านี้ทนทานต่อการกัดกร่อนและสามารถทนต่อสภาวะที่รุนแรงของกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสได้

อิเล็กโทรไลเซอร์อัลคาไลน์เป็นตัวเลือกที่คุ้มค่าและมีประสิทธิภาพสำหรับการผลิตไฮโดรเจน มีข้อได้เปรียบเหนืออิเล็กโตรไลเซอร์ประเภทอื่นๆ หลายประการ เช่น ประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่สูงกว่า ต้นทุนต่ำ การผลิตไฮโดรเจนที่มีความบริสุทธิ์สูง และความทนทานทางกล อิเล็กโทรไลเซอร์อัลคาไลน์ถูกสร้างขึ้นโดยใช้วัสดุที่ทนทานต่อการกัดกร่อนและสามารถทนต่อสภาวะที่รุนแรงของกระบวนการอิเล็กโทรไลซิส เช่น นิกเกิล เหล็กชุบนิกเกิล ไทเทเนียมที่เคลือบด้วยโลหะผสมที่มีนิกเกิลเป็นส่วนประกอบหลัก สแตนเลส เหล็กคาร์บอน และโลหะผสมนิกเกิล ด้วยการใช้อิเล็กโตรไลเซอร์อัลคาไลน์ อุตสาหกรรมต่างๆ จึงสามารถผลิตไฮโดรเจนที่มีความบริสุทธิ์สูงได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นด้วยต้นทุนที่ต่ำกว่า ซึ่งมีส่วนทำให้เกิดอนาคตพลังงานที่สะอาดและยั่งยืนมากขึ้น

สินค้ามีจำหน่ายในทุกภูมิภาคของจีนและส่งออกไปประเทศต่างๆทั่วโลก มีจำหน่ายในกว่า 20 ประเทศและภูมิภาค รวมถึงสหรัฐอเมริกา เยอรมนี โมร็อกโก เคนยา ซาอุดีอาระเบีย เวียดนาม แอลจีเรีย อินเดีย แทนซาเนีย และไต้หวัน ประสบความสำเร็จในการให้บริการแก่องค์กรที่มีชื่อเสียง เช่น China Aerospace, PetroChina, China Nuclear Group, BYD, Jiuli Specialty, Tony Electronics, Zheng Energy Group และองค์กรที่มีชื่อเสียงอื่น ๆ มีสถานีเติมไฮโดรเจนไฮโดรเจนสีเขียวหลายแห่ง เช่น อู่หลานชาบู ไหโข่ว ไห่หนาน ไห่หนาน ไหโข่ว คุนหมิง มณฑลยูนนาน ฯลฯ ที่ให้บริการโครงการผลิตไฮโดรเจนและสีเขียว