ما هو المحلل الكهربائي وما هو استخدامه؟

An المحلل الكهربائي هو جهاز يستخدم الكهرباء لتقسيم الماء أو المكونات الأخرى إلى العناصر المكونة لها من خلال التحليل الكهربائي. التحليل الكهربائي هو تفاعل كيميائي حيث يمر تيار كهربائي عبر مادة ما ، مما يؤدي إلى تحللها إلى مكوناتها الأساسية.

في حالة التحليل الكهربائي للماء ، يستخدم المحلل الكهربائي تيارًا كهربائيًا لتقسيم جزيئات الماء إلى غازات الهيدروجين والأكسجين. يمكن تخزين غاز الهيدروجين إما على شكل غاز مضغوط أو مسال. يتم إطلاق الأكسجين الناتج مرة أخرى في الهواء أو التقاطه وتخزينه لتزويد العمليات الصناعية الأخرى.

مكونات المحلل الكهربائي

يحتوي الشكل الأساسي لوحدة المُحَلِّل الكهربي على خلية إلكتروليتية ذات قطبين - كاثود (شحنة سالبة) وأنود (شحنة موجبة) - وغشاء. يحتوي نظام المحلل الكهربي على مداخن خلايا المحلل الكهربائي ، والمضخات ، وفتحات التهوية ، وخزانات التخزين ، ومصدر الطاقة ، والفاصل ، ومكونات التشغيل الأخرى.

يحدث التحليل الكهربائي داخل مكدسات الخلايا عندما يتم تطبيق تيار كهربائي عبر الإلكتروليتات. يجذب الأنود أيونات الهيدروكسيد سالبة الشحنة (OH-) ، مما يؤدي إلى إطلاق غاز الأكسجين (O2). يجذب الكاثود أيونات الهيدروجين موجبة الشحنة (H +) ويطلق غاز الهيدروجين (H2).

ما هي المحلل الكهربائي المستخدمة؟

تستخدم المحلل الكهربائي في الغالب لإنتاج غاز الهيدروجين. الهيدروجين ضروري للعمليات الصناعية ، بما في ذلك غاز الأمونيا إنتاج الأسمدة والوقود لتطبيقات خلايا الوقود مثل الحافلات, الشاحنات و القطارات. يمكن استخدامها لتخزين الطاقة عن طريق تحويل الكهرباء الزائدة من مصادر الطاقة المتجددة ، مثل الرياح والطاقة الشمسية والطاقة المائية ، إلى غاز الهيدروجين. يمكن بعد ذلك ضغط الغاز وتخزينه واستخدامه حسب الحاجة.

تختلف المحلل الكهربائي في الحجم والوظيفة ، وهو قابل للتطوير لتلبية احتياجات المدخلات والمخرجات المختلفة. يمكن أن تتراوح بصمتهم من مصانع المحلل الكهربائي الصناعية الصغيرة المثبتة في حاويات الشحن للإنتاج في الموقع إلى مرافق إنتاج الهيدروجين المركزية واسعة النطاق القادرة على توصيل الهيدروجين بالشاحنات أو توصيلها بخطوط الأنابيب لمزج الغاز الطبيعي.

المحلل الكهربائي هي أيضًا تقنية تكميلية لـ خلايا الوقود. تعمل خلايا الوقود مثل البطارية إلى حد كبير ، وتنتج الكهرباء والحرارة. على عكس البطارية ، يمكن لخلية الوقود إنتاج كهرباء لا نهاية لها إذا تم توفير وقود - مثل الهيدروجين - بشكل مستمر. تولد خلايا الوقود التي تستخدم الهيدروجين كهرباء لا تصدر أي انبعاثات عند نقطة استخدامها لتطبيقاتها ، مما يعني عدم الحاجة إلى الوقود الأحفوري ، ولا تنتج انبعاثات ضارة.

أنواع مختلفة من المحلل الكهربائي

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من تكنولوجيا التحليل الكهربائي للماء: غشاء تبادل البروتونات (PEM) ، القلوية والأكسيد الصلب. يعمل كل محلل كهربي بشكل مختلف قليلاً اعتمادًا على مادة الإلكتروليت المعنية. 

المحلل الكهربائي غشاء تبادل البروتون (PEM)

المحلل الكهربائي PEM تحتوي على غشاء تبادل البروتون الذي يستخدم إلكتروليت بوليمر صلب. عندما يتم تطبيق تيار كهربائي على كومة الخلايا أثناء التحليل الكهربائي للماء ، ينقسم الماء إلى هيدروجين وأكسجين. تمر بروتونات الهيدروجين عبر الغشاء لتكوين H2 على جانب الكاثود. 

المحلل الكهربائي القلوي

المحلل الكهربائي القلوي تحتوي على ماء ومحلول إلكتروليت سائل مثل هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) أو هيدروكسيد الصوديوم (NaOH). عندما يتم تطبيق التيار على خلية قلوية ، تتحرك أيونات الهيدروكسيد (OH-) عبر محاليل الإلكتروليت من الكاثود إلى القطب الموجب لكل خلية. يتم إنشاء فقاعات غاز الهيدروجين عند القطب السالب ، ويتم توليد غاز الأكسجين عند القطب الموجب.

المحلل الكهربائي للأكسيد الصلب 

المحلل الكهربائي للأكسيد الصلب ، أو خلايا التحليل الكهربائي للأكسيد الصلب (SOECs) ، هي خلايا وقود أكسيد صلب تعمل في الوضع التجديدي. يستخدم SOEC أكسيد صلب ، أو سيراميك ، إلكتروليت. عندما يتم تطبيق التيار ، ويتم تغذية الماء في الكاثود الخاص به ، يتحول الماء إلى غاز الهيدروجين وأيونات الأكسيد. بينما يتم التقاط غاز الهيدروجين للتنقية ، تنتقل أيونات الأكسيد إلى القطب الموجب وتطلق الإلكترونات إلى دائرة خارجية لتصبح غاز الأكسجين.

المحلل الكهربائي وإنتاج الهيدروجين الأخضر

الهيدروجين الأخضر عبارة عن هيدروجين متجدد يتم إنتاجه باستخدام تقنية التحليل الكهربائي للمياه والكهرباء المولدة من مصادر الطاقة المتجددة ، مثل الطاقة الشمسية أو الرياح. إنها تكتسب زخماً غير مسبوق على مستوى العالم ، وتعتقد Accelera أنها مكون رئيسي في تسريع التحول إلى الطاقة النظيفة. يمكن أن يؤدي تسويق المحلل الكهربائي إلى إتاحة الهيدروجين الأخضر بسهولة أكبر وتمكين أنظمة الطاقة في جميع أنحاء العالم من الخضوع لتحولات أساسية لخفض الانبعاثات وتقليل تأثيرها السلبي على البيئة.