ПРИНЦИП БЕСЩЕЛОЧНОГО PEM-ЭЛЕКТРОЛИЗА
Отличительной особенностью PEM электролиза является то, что в качестве электролита используется не жидкость (обычно – раствор щёлочи), а твёрдая полимерная мембрана, обладающая протонной проводимостью (Proton Exchange Membrane).
Способность обеспечивать транспорт протонов – это основное свойство мембраны. Однако важно, что она также является газонепроницаемой и не обладает электропроводностью.
Таким образом, из всех компонентов, образовавшихся на аноде в результате расщепления молекулы воды, только водород в виде катиона H+ (то есть протона) способен проникнуть через мембрану на катодную сторону. На катоде 2 протона и 2 электрона образуют одну молекулу водорода. Так как транспорт протонов (Н+) происходит в гидратированной форме, то единственная примесь в образовавшемся водороде – это вода. Никакие другие примеси в водороде не возможны по природе описанного физико-химического процесса электролиза на протонообменной мембране.
Схематическое изображение процесса электролиза воды, протекающего в мембранно-электродном блоке (МЭБ) генератора водорода на основе PEM-технологии.
СРАВНЕНИЕ PEM-ЭЛЕКТРОЛИЗА И ЩЕЛОЧНОГО
PEM-ЭЛЕКТРОЛИЗЕРЫ
- Единственная жидкость — вода
- НЕТ коррозии
- Система работает безупречно долгие годы
- Очень легко обслуживать
- Единственная примесь – пары воды (ppm)
ЩЕЛОЧНЫЕ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРЫ
- Заполнен щелочью КОН и работают при температуре 80 С
- Высокая коррозия + давление →риск
- Потери щелочи →нужно доливать
- Трудно обслуживать (слив системы)
- Ремонт дорожает с каждым годом
- Водород содержит примеси щелочи
- Специальная одежда и помещения
PEM-ЭЛЕКТРОЛИЗЕРЫ
- Невозможность попадания кислорода в водород
- Мембрана газонепроницаема – отсутствие водорода в кислороде
- Кислород под малым давлением – отсутствуют риски, связанные с кислородом под давлением
- Быстрый старт и стоп в любой момент
- Работа при 0-100% производительности автоматически
ЩЕЛОЧНЫЕ ЭЛЕКТРОЛИЗЕРЫ
- Непрерывное поддержание баланса давления
- Высокое содержание водорода в кислороде
- Высокое содержание кислорода в водороде
- Необходимость мониторинга равенства давлений
- Кислород при 10 атм рядом с водородом при 10 атм – риск
- Продувка азотом
- Сложная процедура выключения
- Выключения снижают ресурс
ОТСУТСТВИЕ АГРЕССИВНЫХ ЖИДКОСТЕЙ
- Работа голыми руками
- Возможные протечки – вода
- Во вне сливается только вода
ТРЕБОВАНИЯ К ПОМЕЩЕНИЯМ
- Нет требований к помещению, связанных с агрессивными жидкостями
- Простые подключения
- Малое внутреннее содержание водорода (пожарные требования)
БЕЗОПАСНОСТЬ ОБСЛУЖИВАНИЯ
- Для замены любого компонента нужно только слить воду
АГРЕССИВНЫЕ ЖИДКОСТИ
- Спецтребования
- Риск работы с КОН, протечки КОН
- Утилизация КОН
ТРЕБОВАНИЯ К ПОМЕЩЕНИЯМ
- Требуются аварийные души
- Хранение щелочи
- Охрана труда при работе с агрессивными жидкостями
СЛОЖНОСТИ В ОБСЛУЖИВАНИИ
- Любой ремонт — долго!
- Ремонт – слив щелочи
- Заполнение щелочью при первичном пуске
- Еженедельный долив щелочи (потери с потоком водорода)
- Замена раствора щелочи каждые 3-5 лет
- Требуется спецодежда при обслуживании
- Непредсказуемая частота поломок