Durchflussregelung der Salzwasser-Elektrolyse für die grüne Wasserstoffproduktion
Das Problem der Wasserreinheit in der Elektrolyse
Insgesamt sind nur etwa 3% des gesamten Wassers auf der Erde Süßwasser. Die restlichen 97% bestehen aus Brack- und Salzwasser, die einen hohen Gehalt an gelösten Salzen und Mineralien aufweisen. Herkömmliche wasserstoffproduzierende PEM-Elektrolysesysteme sind auf die Zufuhr von entionisiertem Süßwasser angewiesen, um mit höchster Effizienz zu arbeiten. Ab einer bestimmten Salzkonzentration funktionieren die meisten herkömmlichen Elektrolysesysteme überhaupt nicht mehr.Grünes Salzwasser-Wasserstoff-Elektrolyse-System der Universität von Adelaide
Forscher der University of Adelaide School of Chemical Engineering haben erfolgreich einen grünen Wasserstoff entwickelt Elektrolysesystem, das Salzwasser mit einem Wirkungsgrad von fast 100% direkt nutzt. Das System ist in der Lage, Meerwasser direkt und ohne vorherige Schritte wie Entionisierung, Entsalzung und Alkalizusatz zu verwenden, wobei es eine ähnliche Leistung wie herkömmliche metallbasierte Reinwasserelektrolyseure aufweist. In diesem frühen Stadium der Entwicklung wird der Salzwasserelektrolyseur jedoch beeinträchtigt durch Stromabschwächung durch Korrosion der Katalysatoren durch Chlorspezies sowie die Bildung von Niederschlägen, die die Langlebigkeit des Systems einschränken. Das Elektrolysesystem der Universität Adelaide besteht aus einer Zelle mit zwei Elektroden, in der Kohlefaserpapiere mit Cr2O3-CoOx-Nanostäbchen als Anode und Kathode. Das Kohlenstofffasersubstrat wird mit Gold geschützt, bevor das Wachstum der Cr2O3-CoOx-Nanostäbchen, um den Kontakt der Kohlenstofffaser mit dem Elektrolyten zu vermeiden und die elektrochemische Oxidation zu verhindern. Wie in einem typischen PEM-Elektrolysesystem zur Erzeugung von grünem Wasserstoff spalten Anode und Kathode das Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff auf und können mit einer erneuerbaren Energiequelle wie Sonnen- oder Windenergie betrieben werden.Durchflussregelung für die Salzwasser-Grünwasser-Elektrolyse
Im Versuchsaufbau der University of Adelaide automatisieren Flüssigkeitsmassenstromregler in Verbindung mit einer Schlauchpumpe den Fluss von Meerwasser in das und aus dem System mit einer Geschwindigkeit von 60 ml/min. Gleichzeitig werden die an der Kathoden- und Anodenkammer erzeugten Wasserstoff- und Sauerstoffgase in einem Gas-Flüssigkeits-Trennbehälter gesammelt, während ihre Abflüsse ebenfalls von einem Gasdurchflussmesser aufgezeichnet und summiert werden.Kontrolle des Flüssigkeitsdurchflusses
Um die Betriebsbedingungen für dieses Elektrolysesystem mit einer hohen Validität der Testergebnisse zu optimieren, bieten die Flüssigkeitsmassenstromregler von Alicat eine beeindruckende Regelungsstabilität, hohe Genauigkeit und Präzision des Flüssigkeitsstroms des Meerwassers, wodurch sichergestellt wird, dass eine konstante Rate an Wasser in das und aus dem Elektrolysesystem kommt. Für diese spezielle Anwendung ist Alicat's CODA KC-Reihe bietet eine hervorragende Lösung. Die CODA KC-Serie von Alicat kann mit einem Pumpenaufsatz und einer hochpräzisen Durchflussregelung für die Elektrolyse mit geringem Durchfluss ausgestattet werden, bis hinunter zu einem Vollmaßstab von nur 40 g/h. Merkmale und technische Daten der CODA KC-Serie:- 40 g/h Skalenendwert bis 100 kg/h Skalenendwert mit einer Abweichung von 2% - 100% vom Skalenendwert
- NIST-rückführbare Genauigkeit bis zu ±0,2% vom Messwert oder ±0,05% vom Skalenendwert, je nachdem, welcher Wert größer ist
- Wiederholbarkeit ± ±0,05% vom Messwert oder ±0,025% vom Skalenendwert, je nachdem, welcher Wert größer ist
Gasdosierung
Wie bereits erwähnt, werden in diesem System Gasdurchflussmessgeräte eingesetzt, um den Ausfluss von Sauerstoff und Wasserstoff zu erfassen, so dass die Forscher genau wissen, wie viel Wasserstoff produziert wird und wie effizient das System arbeitet. Zu diesem Zweck wird entweder Alicats M-Serie oder CODA K-Serie sind aufgrund des großen Messbereichs, der umfangreichen Kommunikationsmöglichkeiten und der Totalisierung und Dosierfunktionen. So können qualitativ hochwertige und genaue Gasflussdaten nahtlos an eine SPS oder einen Computer zur kontinuierlichen Datenerfassung und Automatisierung gesendet werden. Merkmale und technische Daten der M-Serie:- 0,5 SCCM Skalenendwert bis 5.000 SLPM Skalenendwert mit einem Messbereich von 0,01% - 100% des Skalenendwertes
- Reproduzierbarkeit bis zu 0,1% vom Messwert und 0,02% vom Endwert
- 40 g/h Messbereichsendwert bis 100 kg/h Messbereichsendwert mit einem Messbereich von 0,2% -100% vom Messbereichsendwert
- NIST-rückführbare Gasgenauigkeit bis zu ±0,5% vom Messwert oder ±0,05% vom Skalenendwert, je nachdem, welcher Wert größer ist
- Wiederholbarkeit ± ±0,05% vom Messwert oder ±0,025% vom Skalenendwert, je nachdem, welcher Wert größer ist