Yeşil hidrojen için elektrolizör besleme suyu için ultra saf su üretimi

Yeşil hidrojen için ultra saf su (UPW)

Bir kilogram hidrojen, bir kilogram benzin ve dizelde bulunan enerjinin yaklaşık üç katı olan 33 kWh kullanılabilir enerji içerir. Bu nedenle, güç üretimi ve enerji depolamadan ulaşım için yakıt hücrelerine kadar çok çeşitli uygulamalarda kullanılır. Ayrıca, amonyak üretimi için Haber-Bosch işlemi gibi kritik endüstriyel süreçlerin bir parçasıdır.

Hidrojen Uygulamaları

Şekil 1 - Hidrojenin geniş uygulama yelpazesi

Hidrojen, üretimi için bir hidrokarbon, su veya her ikisini de baz olarak kullanan çok çeşitli işlemlerle sentezlenebilir. Yeşil hidrojen durumunda, yenilenebilir enerjiyle çalışan su elektrolizi, aşağıdaki denkleme göre bu temel gazı üretmek için kullanılır:

Hidrojen, ultra saf sudan 9:1 oranında üretilir, yani bir kilogram hidrojen üretmek için dokuz kilogram ultra saf su gerekir. Su arıtma zincirini hesaba kattığımızda, besleme suyu tüketimi ile hidrojen üretimi arasındaki oran, besleme kaynağına bağlı olarak yaklaşık 15:1 ile 30:1 arasında değişebilir.

Şekil 2 - Besleme kaynağına bağlı olarak bir kilogram hidrojen üretmek için gereken su

Maksimum verimliliği sağlamak ve son derece hassas elektrolizörleri korumak için besleme suyu kalitesi en yüksek kalite standartlarını karşılamalıdır. Bu gereklilikleri karşılamak için, özellikle çift geçişli ters ozmoz ve elektrodeiyonizasyon içeren eksiksiz bir demineralizasyon sistemi genellikle garanti edilir.

Su, elektrolizör ünitesi içinde sürekli olarak yeniden dolaştırıldığından, demineralizasyon sisteminden geçen herhangi bir kirlilik veya elektrolizör ünitesi ekipmanından gelen kirlilik hızla önemli seviyelere ulaşabilir. Elektrolizör döngüsünün içinde kirletici birikmesini önlemek için, devridaim edilen suyun bir kısmını veya tamamını işlemek üzere bir Kullanım Noktası parlatıcısı uygulanabilir.

Şekil 3 - Yeşil hidrojen tesisleri için CAPEX ve OPEX'in fiyat dökümü

Su arıtma sistemi genellikle tesisin toplam sermaye harcamalarının %1-5'ini oluştururken, elektrolizör yığınları Toplamın %50-60'ı. Akış yukarısında yeterli şekilde tasarlanmış bir sisteme sahip olmak ve elektrolizör döngüsünün yığınları koruması ve kullanım ömürlerini artırması daha da önemlidir.

Ek olarak, elektrik maliyetleri genellikle tüm operasyonel harcamaların %60-80'ini temsil eder ve bir tesisin varlığı boyunca ana maliyet etkenlerinden biridir. Elektrolizör yüzeyinde daha yüksek elektrik tüketimine yol açacak hiçbir kirlilik oluşmamasını sağlamak için uygun bir arıtma ünitesi yine çok önemlidir.

UPW üretimi  ~ 2-5 kWh/m³    UPW elektrolizi  ~ 5000 kWh/m³

Şekil 4 - UPW üretimi ve UPW elektrolizi için m³ başına yaklaşık elektrik gereksinimi

Tesis ölçeğinde hem CAPEX hem de OPEX açısından marjinal olsa da, etkisiz veya uygun olmayan su arıtma sistemi ağır sonuçlara yol açabilir:

• Elektrolizör yığınının hasar görmesi
• Daha sık bakım duraklamaları nedeniyle artan duruş süresi
• Daha yüksek elektrik ve su tüketimi nedeniyle artan sahip olma maliyeti