در دورانی که با نگرانی‌های زیست محیطی رو به رشد و نیاز فوری به انتقال به سمت منابع انرژی پاک‌تر و پایدارتر مشخص شده است، الکترولیز به عنوان یک فناوری دگرگون‌کننده با پتانسیل ایجاد تحول در چشم‌انداز انرژی ظهور کرده است.

این فناوری است که ایجاد هیدروژن سبز را تسهیل می کند.

الکترولیز فرآیندی است که انرژی الکتریکی را برای تقسیم مولکول های آب به گازهای هیدروژن و اکسیژن به کار می گیرد. هنگامی که این فرآیند با انرژی تجدیدپذیر تامین می شود، می توان از آن برای ایجاد هیدروژن سبز استفاده کرد.

هیدروژن سبز می تواند به نوبه خود به عنوان حامل انرژی پاک استفاده شود.

پتانسیل هیدروژن سبز برای کربن زدایی صنایعی که به سختی کاهش می یابند - کشتیرانی، هوانوردی، فولاد، سیمان و تولید پتروشیمی - بسیار زیاد است. در واقع، این صنایع تقریباً 30 درصد از کل انتشار گازهای گلخانه ای را تشکیل می دهند.

الکترولیز هیدروژن سبز  بخش های زیر را تامین می کند:

حمل و نقل

هیدروژن سبز را می توان در وسایل نقلیه پیل سوختی استفاده کرد که جایگزینی با انتشار صفر برای موتورهای احتراق داخلی سنتی است.

آمونیاک سبز و متانول الکترونیکی، که مشتقات هیدروژن سبز هستند، در حال حاضر به عنوان راه حل های کلیدی در کربن زدایی صنایع حمل و نقل در مقیاس صنعتی جهان مورد بررسی قرار می گیرند. این امر به ویژه در صنعت حمل و نقل جهانی، جایی که پروژه‌هایی وجود دارد که قرار است در اوایل سال 2024 آزمایش و توسعه داده شوند، مرتبط است.

صنعت

تولید فولاد، سیمان و مواد شیمیایی از جمله صنایعی هستند که بیشترین میزان آلایندگی را دارند و متأسفانه بیشترین مشکل را در کربن زدایی دارند. این تا حدی به دلیل این واقعیت است که بسیاری از فرآیندهای تولید در این صنایع به مقدار زیادی انرژی برای تولید گرمای با دمای بالا مورد نیاز برای تولید نیاز دارند.

خوشبختانه، این فرآیندهای انرژی بر می‌توانند از هیدروژن سبز به عنوان جایگزین استفاده کنند و امکان تولید محصولاتی مانند فولاد سبز را فراهم کنند - جایی که هیدروژن سبز برای تولید گرما استفاده می‌شود و جای زغال سنگ و گاز طبیعی را در تسهیل فرآیندهای شیمیایی می‌گیرد.

ذخیره انرژی

مواد شیمیایی سبز همچنین می‌توانند به‌عنوان رسانه ذخیره‌سازی انرژی عمل کنند و اجازه می‌دهند انرژی تجدیدپذیر اضافی از باد و خورشید ذخیره شود و بعداً در صورت نیاز دوباره به برق تبدیل شود. این به تثبیت شبکه کمک می کند و از ادغام منابع تجدیدپذیر متناوب پشتیبانی می کند.

3 نوع الکترولیز وجود دارد:

الکترولیز عمدتاً از طریق سه نوع فناوری صنعتی به دست می آید: سلول الکترولیز اکسید جامد با دمای بالا (SOEC).

الکترولیز قلیایی در دمای پایین؛ و الکترولیز غشای الکترولیت پلیمری در دمای پایین (PEM). با الکترولیز قلیایی و PEM، آب به صورت مایع عرضه می شود، در حالی که الکترولیز SOEC از بخار به دلیل دماهای بالا استفاده می کند.

الکترولیز PEM

الکترولیز PEM از یک غشای الکترولیت پلیمری جامد برای جداسازی گازهای هیدروژن و اکسیژن استفاده می کند. این غشاء اجازه می دهد تا رسانایی پروتون بالایی داشته باشد، فرآیندی کلیدی در ایجاد هیدروژن سبز، در حالی که از اختلاط گازها جلوگیری می کند.

در دماهای نسبتاً پایین، بین 50 تا 80 درجه سانتیگراد کار می کند و به دلیل زمان واکنش سریع خود شناخته شده است.

سیستم های الکترولیز PEM فشرده، مدولار و برای منابع انرژی تجدیدپذیر متناوب مانند باد و خورشید مناسب هستند. آنها می توانند به سرعت خروجی خود را برای مطابقت با نوسانات عرضه انرژی تنظیم کنند.

سیستم های الکترولیز PEM به دلیل هزینه مواد غشایی گران تر هستند. بازار الکترولیز PEM به خوبی تثبیت شده است، به ویژه در کاربردهایی که نیاز به هیدروژن با خلوص بالا دارند، مانند وسایل نقلیه پیل سوختی برای خطوط لوله. انتظار می رود با گسترش پذیرش انرژی های تجدیدپذیر، بازار رشد کند.

الکترولیز SOEC

الکترولیز SOEC از یک الکترولیت سرامیکی اکسید جامد استفاده می کند که در دمای بالا، معمولاً در حدود 675 درجه سانتیگراد تا 825 درجه سانتیگراد عمل می کند. در این دماها، واکنش الکترولیز آب آسان‌تر انجام می‌شود، که به نوبه خود منجر به مصرف انرژی کمتر در واحد هیدروژن تولید شده می‌شود.

SOEC راندمان بالاتری نسبت به PEM و الکترولیز قلیایی ارائه می دهد و می تواند از گرمای اتلاف حاصل از فرآیندهای صنعتی یا انرژی خورشیدی متمرکز استفاده کند. این به خوبی برای تولید هیدروژن در مقیاس بزرگ با استفاده از فولاد، آمونیاک و تولید و پالایش مواد شیمیایی مناسب است.

آژانس بین‌المللی انرژی‌های تجدیدپذیر (IRENA) تخمین می‌زند که الکترولیزهای SOEC بین 10 تا 26 درصد کارآمدتر (کیلووات ساعت به ازای هر کیلوگرم هیدروژن تولید شده) نسبت به فناوری‌های قلیایی و PEM هستند.

الکترولیز SOEC یک فناوری نسبتاً نوپا در مقایسه با PEM و قلیایی برای بسیاری از کاربردها است. با این حال، این فناوری نویدبخش کاربردهای صنعتی و ذخیره‌سازی انرژی است، به‌ویژه جایی که منابع حرارتی با دمای بالا و انتشار زباله‌های گرمایی بالا در دسترس هستند.

الکترولیز قلیایی

الکترولیز قلیایی از محلول الکترولیت قلیایی، معمولاً هیدروکسید پتاسیم، برای تسهیل فرآیند تبادل یونی که هیدروژن می‌سازد، استفاده می‌کند. در دماهای متوسط کار می کند و برای چندین دهه در کاربردهای صنعتی مورد استفاده قرار گرفته است.

الکترولیزهای قلیایی مقرون به صرفه هستند و سابقه طولانی در استفاده تجاری دارند. با این حال، سیستم های الکترولیز قلیایی در مقایسه با الکترولیز PEM کارایی کمتر و کندتر پاسخگویی به تغییرات بار دارند.

الکترولیز قلیایی در بخش‌های صنعتی خاصی رقابتی است، اما ممکن است از نظر کارایی و سازگاری با انرژی‌های تجدیدپذیر با چالش‌هایی مواجه شود.

فرصت الکترولیز

اقتصاد انرژی سبز از طریق هیچ ایده یا فناوری واحدی امکان پذیر نخواهد بود. با این حال، الکترولیزها در ایجاد انتقال سبز برای برخی از صنایع کربن بر جهان بسیار مفید خواهند بود.

اقتصاد نوظهور هیدروژن سبز چشم انداز اقتصادی قابل توجهی را ارائه می دهد، ایجاد شغل را تقویت می کند و باعث ایجاد نوآوری و سرمایه گذاری در فناوری های انرژی پاک می شود و امنیت انرژی را تقویت می کند.

ادامه تحقیق، نوآوری و سرمایه گذاری در الکترولیز ضروری است - این یک فرصت بزرگ است که برای کسانی که سریع عمل می کنند و برای سیاره سود زیادی به همراه خواهد داشت.

مالکیت معنوی مجله انرژی (energymag.ir) علامت تجاری ناشر است. سایر علائم تجاری مورد استفاده در این مقاله متعلق به دارندگان علامت تجاری مربوطه می باشد. ناشر وابسته یا مرتبط با دارندگان علامت تجاری نیست، و توسط دارندگان علامت تجاری حمایت، تایید یا ایجاد نشده است، مگر اینکه خلاف آن ذکر شده باشد و هیچ ادعایی از سوی ناشر نسبت به حقوق مربوط به علائم تجاری شخص ثالث وجود ندارد.