Новые направления в получении водорода

Усовершенствование методов электролиза воды

Современный уровень техники электрохимического получения водорода делает этот метод достаточно экономичным для производства небольших количеств водорода, к качеству которого предъявляются высокие требования. Для того чтобы электролиз воды стал конкурентоспособным процессом и удовлетворял крупных потребителей водорода, а также для обеспечения его экономичности в решении проблем водородной энергетики, необходимо развивать и существенно совершенствовать технологию электролиза, снижать себестоимость электролитического водорода до уровня, не превышающего этот показатель при других методах его производства [5]. При этом необходимо решить ряд сложных технических и экономических задач. Наибольшее значение из них имеют:

• — снижение удельных затрат электрической энергии на получение водорода и увеличение коэффициента полезного использования энергии, затрачиваемой на электролитическое разложение воды;
• — увеличение единичной мощности электролизёров и повышение надежности их работы;
• — снижение удельных капитальных вложений для организации крупного производства водорода электролитическим разложением воды. Разработка новых направлений развития технологии электролиза воды основана на результатах исследований этого процесса, проведенных в последние десятилетия в различных странах. В этих разработках также успешно используется большой опыт исследований в области топливных элементов.

К наиболее важным вопросам и техническим решениям, используемым при создании новых вариантов процесса электролитического разложения воды, относятся следующие:

• — разработка электродов (анодов и катодов) с каталитически активной (активированной) поверхностью по отношению к процессам разряда кислорода на аноде и водорода на катоде для снижения перенапряжения на электродах;
• — развитие рабочей поверхности электродов с целью интенсификации процесса и создания электролизёров большей мощности, разработка проницаемых для газов форм электродов и, в частности, пористых электродов для вывода газов, выделяющихся на электродах, что позволит уменьшить расстояние между электродами. Это имеет особенно большое значение при использовании электролизёров, работающих с высокими плотностями тока. Так уменьшение потерь напряжения в электролите и диафрагме за счет снижения расстояния между электродами от 10 до 5 мм в таких электролизёрах позволяет повысить коэффициент полезного использования энергии на 5−8%. В новых процессах электролиза водяного пара и электролиза с твердым полимерным электролитом удалось снизить это расстояние до долей миллиметра;
• — разработка электродов из оксидов металлов или их смесей для работы при высоких температурах, где металлические электроды не достаточно стойки;
• — повышение рабочей температуры процесса электролиза в одних вариантах осуществления его до 120−200 °С и в других до 800−1000 °С, что открывает новые возможности для снижения затрат электрической энергии на процесс разложения воды;
• — осуществление процесса электролиза при повышенном давлении, т. к. это приведет к значительному увеличению температуры;
• — применение новых конструкционных и защитных материалов, стойких при длительной эксплуатации в коррозионно-активных средах при повышенных температурах. Для защиты деталей электролизёров от коррозии при контакте с электролитом находят применение перфторированные полимеры. Разрабатываются также и ионообменные мембраны на основе перфторированных полимеров.
• — известен способ производства водорода, заключающийся в использовании глубинных высокотермальных вод в местах подводной вулканической деятельности для производства электроэнергии, подаваемой на электролиз воды, в результате которого получают водород. К недостаткам данного способа следует отнести сложность его аппаратурного оформления.