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.
University of Adelaide’s saltwater green hydrogen electrolysis system
Forscher der University of Adelaide School of Chemical Engineering haben erfolgreich einen grünen Wasserstoff entwickelt electrolysis system that directly uses saltwater at nearly 100% efficiency. In their process, the system is able to directly use seawater without any preliminary steps such as deionization, desalinization, and alkali addition with a similar performance to traditional metal-based pure water electrolyzers.However, at this early stage of early development, the saltwater electrolyzer is affected bycurrent attenuation from corrosion of its catalysts by chlorine species as well as precipitate formation which limits the longevity of the system.
The University of Adelaide’s electrolysis system is configured of a two-electrode cell which uses carbon fibre papers loaded with Cr2O3-CoOx nanorods as the anode and cathode. The carbon fibre substrate is protected with gold before the growth of the Cr2O3-CoOx nanorods in order to avoid contact of the carbon fibre with the electrolyte as well as to prevent electrochemical oxidation.
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
In the University of Adelaide’s research experiment setup, liquid mass flow controllers automate the flow of seawater into and out of the system at a rate of 60 ml/min combined with a peristaltic pump. At the same time, hydrogen and oxygen gases produced at the cathode and anode chamber are collected through a gas-liquid separation tank while also having their outflows recorded and totalized by a gas flow meter.
Kontrolle des Flüssigkeitsdurchflusses
In order to optimize the operating conditions for this electrolysis system with high validity of test results, Alicat’s liquid mass flow controllers offer impressive control stability, high accuracy, and precision of the seawater liquid flow, ensuring that there is a constant rate of water coming into and out of the electrolysis system.
For this specific use, Alicat’s CODA KC-Reihe provides a great solution. Alicat’s CODA KC-Series customization can include a pump attachment and high accuracy flow control for low flow electrolysis, down to a full-scale of just 40 g/h.
Merkmale und technische Daten der CODA KC-Serie:
- 40 g/h full scale to 100 kg/h full scale with a turndown of 2% – 100% of full scale
- NIST-traceable accuracy up to ± 0.2% of reading or ± 0.05% of full scale, whichever is greater
- Repeatability ± 0.05% of reading or ± 0.025% of full scale, whichever is greater
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.
For this purpose, either Alicat’s 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 full scale to 5,000 SLPM full scale with a measurement range of 0.01% – 100% of full scale
- Reproduzierbarkeit bis zu 0,1% vom Messwert und 0,02% vom Endwert
Merkmale und technische Daten der CODA K-Serie:
- 40 g/h full scale to 100 kg/h full scale with a measurement range of 0.2% – 100% of full scale
- NIST-traceable gas accuracy up to ± 0.5% of reading or ± 0.05% of full scale, whichever is greater
- Repeatability ± 0.05% of reading or ± 0.025% of full scale, whichever is greater