Výroba vodíka elektrolýzou vody — technológia a zariadenia

Elektrolýza vody je fyzikálno-chemický proces, pri ktorom sa voda pod vplyvom jednosmerného elektrického prúdu rozkladá na kyslík a vodík. Jednosmerné napätie pre článok sa získava spravidla usmernením trojfázového striedavého prúdu. V elektrolytickom článku prechádza destilovaná voda elektrolýzou, pričom chemická reakcia prebieha podľa známej schémy: 2H2O + energia -> 2H2 + O2.

V dôsledku rozdelenia molekúl vody na časti sa vodík získa objemovo dvakrát viac ako kyslík. Plyny v zariadení sa pred použitím dehydrujú a ochladia. Výstupné potrubia zariadenia sú vždy chránené spätnými ventilmi, aby sa predišlo požiarom.

Samotná konštrukcia je vyrobená z oceľových rúr a hrubých oceľových plechov, čo dáva celej konštrukcii vysokú tuhosť a mechanickú pevnosť. Plynové nádrže musia byť podrobené tlakovej skúške.

Elektronická jednotka zariadenia riadi všetky fázy výrobného procesu a umožňuje operátorovi sledovať parametre panelu a tlakomerov, čo zaručuje bezpečnosť. Účinnosť elektrolýzy je taká, že z 500 ml vody sa získa asi 500 metrov kubických oboch plynov pri nákladoch asi 4 kW/h elektrickej energie.

V porovnaní s inými spôsobmi výroby vodíka má elektrolýza vody množstvo výhod. Najprv sa použijú dostupné suroviny — demineralizovaná voda a elektrina. Po druhé, počas výroby nevznikajú žiadne znečisťujúce emisie. Po tretie, proces je plne automatizovaný. Nakoniec, výstupom je pomerne čistý (99,99 %) produkt.

Elektrolýzne zariadenia a z nich vyrobený vodík sa preto dnes využívajú v mnohých odvetviach: v chemickej syntéze, pri tepelnom spracovaní kovov, pri výrobe rastlinných olejov, v sklárskom priemysle, v elektronike, v chladiacich systémoch v elektrine atď.

Zariadenie na elektrolýzu je usporiadané nasledovne. Vonku je ovládací panel generátora vodíka. Ďalej je inštalovaný usmerňovač, transformátor, rozvod, systém demineralizovanej vody a blok na jej dopĺňanie.

V elektrolytickom článku vzniká vodík na strane katódovej dosky a kyslík na strane anódy. Tu plyny opúšťajú bunku. Sú oddelené a privádzané do separátora, potom ochladené demineralizovanou vodou, potom oddelené gravitáciou od kvapalnej fázy. Vodík sa posiela do pračky, kde sa kvapky kvapaliny odstraňujú z plynu a ochladzujú sa v cievke.

Nakoniec sa vodík filtruje (filter v hornej časti separátora), kde sa kvapky vody úplne eliminujú, a vstupuje do sušiacej komory. Kyslík je zvyčajne nasmerovaný do atmosféry. Demineralizovaná voda sa čerpá do práčky.

Tu sa lúh používa na zvýšenie elektrickej vodivosti vody. Ak prevádzka elektrolyzéra pokračuje ako obvykle, potom sa kvapalina dopĺňa raz ročne v malom množstve. Pevný hydroxid draselný sa umiestni do nádrže na kvapalinu z dvoch tretín plnej demineralizovanej vody a potom sa prečerpá do roztoku.

Vodný chladiaci systém elektrolyzéra slúži na dva účely: ochladzuje kvapalinu na 80-90 °C a ochladzuje vznikajúce plyny na 40 °C.

Systém analýzy plynov odoberá vzorky vodíka. Kvapky lúhu v separátore sa oddelia, plyn sa privedie do analyzátora, zníži sa tlak a skontroluje sa obsah kyslíka vo vodíku. Pred nasmerovaním vodíka do nádrže sa vo vlhkomere zmeria rosný bod. Operátorovi alebo počítaču sa odošle signál, aby rozhodol, či je vyrobený vodík vhodný na dodávku do zásobníka, či plyn spĺňa akceptačné podmienky.

Pracovný tlak jednotky je regulovaný automatickým riadiacim systémom. Snímač dostane informáciu o tlaku v elektrolyzéri, následne sa údaje odošlú do počítača, kde sa porovnajú s nastavenými parametrami. Výsledok sa potom prevedie na signál rádovo 10 mA a prevádzkový tlak sa udržiava na vopred stanovenej úrovni.

Prevádzková teplota jednotky je regulovaná pneumatickým membránovým ventilom.Počítač podobne porovná teplotu s nastavenou hodnotou a rozdiel prevedie na vhodný signál pre PLC.

Bezpečnosť elektrolyzéra zaisťuje blokovací a poplašný systém. V prípade úniku vodíka je detekcia vykonaná automaticky pomocou detektorov. V takom prípade program okamžite vypne generovanie a spustí ventilátor na vetranie miestnosti. Prevádzkovateľ by si mal ponechať prenosný detektor úniku. Všetky tieto opatrenia umožňujú dosiahnuť vysoký stupeň bezpečnosti pri prevádzke elektrolyzérov.