ما هو المحلل الكهربائي وما هو استخدامه؟

المحلل الكهربائي هو جهاز يستخدم الكهرباء لفصل الماء أو مكونات أخرى إلى عناصرها الأساسية من خلال التحليل الكهربائي. التحليل الكهربائي هو تفاعل كيميائي يمر فيه 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؟

تُستخدم المحللات الكهربائية في الغالب لإنتاج غاز الهيدروجين. يُعدّ الهيدروجين عنصرًا أساسيًا في العمليات الصناعية، بما في ذلك إنتاج الأمونيا للأسمدة ووقود خلايا الوقود المستخدمة في الحافلات والشاحنات والقطارات . كما يمكن استخدامها لتخزين الطاقة عن طريق تحويل فائض الكهرباء من مصادر الطاقة المتجددة، مثل طاقة الرياح والطاقة الشمسية والطاقة الكهرومائية، إلى غاز الهيدروجين. بعد ذلك ، يُمكن ضغط الغاز وتخزينه واستخدامه عند 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.

تُعدّ المحللات الكهربائية تقنية مكملة لخلايا الوقود . تعمل خلايا الوقود بشكل مشابه للبطارية، حيث تُنتج الكهرباء والحرارة. وعلى عكس البطارية، يُمكن لخلية الوقود إنتاج كهرباء بلا حدود إذا ما تم تزويدها بالوقود باستمرار، مثل الهيدروجين. تُنتج خلايا الوقود التي تستخدم الهيدروجين كهرباءً خالية من الانبعاثات عند نقطة استخدامها، مما يعني عدم الحاجة إلى الوقود الأحفوري، وعدم انبعاث أي 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)

تحتوي خلايا التحليل الكهربائي PEM على غشاء لتبادل البروتونات يستخدم إلكتروليت بوليمري صلب. عند تطبيق تيار كهربائي على مجموعة الخلايا أثناء التحليل الكهربائي للماء، ينقسم الماء إلى هيدروجين وأكسجين. تمر بروتونات الهيدروجين عبر الغشاء لتكوين جزيء H2 على جانب المهبط.

المحلل الكهربائي القلوي

تحتوي خلايا التحليل الكهربائي القلوية على الماء ومحلول إلكتروليتي سائل مثل هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) أو هيدروكسيد الصوديوم (NaOH). عند تطبيق تيار كهربائي على خلية قلوية، تتحرك أيونات الهيدروكسيد (OH-) عبر المحلول الإلكتروليتي من المهبط إلى المصعد في كل خلية. تتولد فقاعات غاز الهيدروجين عند المهبط، بينما يتولد غاز الأكسجين عند المصعد.

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.