Producció d'hidrogen per electròlisi de l'aigua — tecnologia i equips
L'electròlisi de l'aigua és un procés fisicoquímic en el qual l'aigua es descomposa en oxigen i hidrogen sota la influència d'un corrent elèctric continu. La tensió de CC per a la cèl·lula s'obté, per regla general, mitjançant la rectificació del corrent altern trifàsic. En una cel·la electrolítica, l'aigua destil·lada se sotmet a electròlisi, mentre que la reacció química transcorre segons el següent esquema conegut: 2H2O + energia -> 2H2 + O2.
Com a resultat de la divisió de les molècules d'aigua en parts, s'obté hidrogen en volum el doble que l'oxigen. Els gasos de la planta es deshidraten i es refreden abans del seu ús. Les canonades de sortida de l'aparell estan sempre protegides amb vàlvules antiretorn per evitar incendis.
L'estructura en si està feta de tubs d'acer i làmines d'acer gruixudes, cosa que confereix a tota l'estructura una gran rigidesa i resistència mecànica. Els dipòsits de gas s'han de provar de pressió.
La unitat electrònica del dispositiu controla totes les etapes del procés de producció i permet a l'operador controlar els paràmetres del panell i els manòmetres, la qual cosa garanteix la seguretat. L'eficiència de l'electròlisi és tal que a partir de 500 ml d'aigua s'obtenen uns 500 metres cúbics d'ambdós gasos amb un cost d'uns 4 kW/h d'energia elèctrica.
En comparació amb altres mètodes de producció d'hidrogen, l'electròlisi de l'aigua té una sèrie d'avantatges. En primer lloc, s'utilitzen les matèries primeres disponibles: aigua desmineralitzada i electricitat. En segon lloc, no hi ha emissions contaminants durant la producció. En tercer lloc, el procés està totalment automatitzat. Finalment, la sortida és un producte força pur (99,99%).
Per tant, les plantes d'electròlisi i l'hidrogen que se'n produeix s'utilitzen avui en moltes indústries: en la síntesi química, en el tractament tèrmic de metalls, en la producció d'olis vegetals, en la indústria del vidre, en l'electrònica, en els sistemes de refrigeració en electricitat, etc.
La planta d'electròlisi està disposada de la següent manera. A l'exterior hi ha el panell de control del generador d'hidrogen. A més, s'ha instal·lat un rectificador, un transformador, un sistema de distribució, un sistema d'aigua desmineralitzada i un bloc per a la seva reposició.
En una cel·la electrolítica, l'hidrogen es produeix al costat de la placa del càtode i l'oxigen es produeix al costat de l'ànode. Aquí és on els gasos surten de la cèl·lula. Se separen i s'alimenten a un separador, després es refreden amb aigua desmineralitzada i després se separen per gravetat de la fase líquida. L'hidrogen s'envia a un fregador on s'eliminen les gotes de líquid del gas i es refreden en una bobina.
Finalment, l'hidrogen es filtra (filtre a la part superior del separador), on s'eliminen completament les gotes d'aigua, i entra a la cambra d'assecat. L'oxigen normalment es dirigeix a l'atmosfera. L'aigua desmineralitzada es bombeja a la rentadora.
Aquí, el lleixing s'utilitza per augmentar la conductivitat elèctrica de l'aigua. Si el funcionament de l'electrolitzador continua com és habitual, el líquid s'omple un cop l'any en una petita quantitat. L'hidròxid de potassi sòlid es col·loca en un dipòsit líquid ple de dos terços d'aigua desmineralitzada i després es bombeja en solució.
El sistema de refrigeració d'aigua de l'electrolitzador té dues finalitats: refreda el líquid a 80-90 °C i refreda els gasos resultants a 40 °C.
El sistema d'anàlisi de gasos pren mostres d'hidrogen. Se separen les gotes de lixivia del separador, s'alimenta el gas a l'analitzador, es redueix la pressió i es comprova el contingut d'oxigen de l'hidrogen. Abans de dirigir l'hidrogen al dipòsit, el punt de rosada es mesura a l'higròmetre. S'enviarà un senyal a l'operador o a l'ordinador per decidir si l'hidrogen produït és apte per ser lliurat al dipòsit d'emmagatzematge, si el gas compleix les condicions d'acceptació.
La pressió de treball de la unitat es regula mitjançant un sistema de control automàtic. El sensor rep informació sobre la pressió a l'electrolitzador, després de la qual cosa les dades s'envien a un ordinador, on es comparen amb els paràmetres establerts. A continuació, el resultat es converteix en un senyal de l'ordre de 10 mA i la pressió de funcionament es manté a un nivell predeterminat.
La temperatura de funcionament de la unitat es regula mitjançant una vàlvula de diafragma pneumàtica.De manera similar, l'ordinador compararà la temperatura amb el punt de consigna i la diferència es convertirà en un senyal adequat PLC.
La seguretat de l'electrolitzador està assegurada pel sistema de bloqueig i alarma. En cas de fuites d'hidrogen, la detecció es fa automàticament mitjançant detectors. En aquest cas, el programa apaga immediatament la generació i engega el ventilador per ventilar l'habitació. L'operador ha de tenir un detector de fuites portàtil. Totes aquestes mesures permeten assolir un alt grau de seguretat en el funcionament dels electrolitzadors.