Produkcja wody ultraczystej do zasilania elektrolizera w celu uzyskania zielonego wodoru

Ultraczysta woda (UPW) do produkcji zielonego wodoru

Jeden kilogram wodoru zawiera 33 kWh użytecznej energii, czyli mniej wiÄ™cej trzy razy wiÄ™cej niż jeden kilogram benzyny i oleju napÄ™dowego. W zwiÄ…zku z tym jest on wykorzystywany w szerokim zakresie zastosowaÅ„, od wytwarzania energii i magazynowania energii po ogniwa paliwowe do transportu. Jest również częściÄ… krytycznych procesów przemysÅ‚owych, takich jak proces Habera-Boscha do produkcji amoniaku.

Zastosowania wodoru

Rysunek 1 – Szeroki zakres zastosowaÅ„ wodoru

Wodór można syntetyzować poprzez szeroki zakres procesów, wykorzystujÄ…c jako bazÄ™ do jego produkcji wÄ™glowodór, wodÄ™ lub oba. W przypadku zielonego wodoru, elektroliza wody, zasilana energiÄ… odnawialnÄ…, jest wykorzystywana do produkcji tego niezbÄ™dnego gazu zgodnie z nastÄ™pujÄ…cym równaniem:

Wodór jest produkowany z ultraczystej wody w stosunku 9:1, tj. do wytworzenia jednego kilograma wodoru potrzeba dziewiÄ™ciu kilogramów ultraczystej wody. Przy uwzglÄ™dnieniu Å‚aÅ„cucha uzdatniania wody stosunek miÄ™dzy zużyciem wody zasilajÄ…cej a produkcjÄ… wodoru może siÄ™ wahać w przybliżeniu od 15:1 do 30:1 w zależnoÅ›ci od źródÅ‚a zasilania.

Rysunek 2 – Ilość wody potrzebna do wytworzenia jednego kilograma wodoru w zależnoÅ›ci od źródÅ‚a zasilania

Aby zapewnić maksymalnÄ… wydajność i chronić wysoce wrażliwe elektrolizery, jakość wody zasilajÄ…cej musi speÅ‚niać najwyższe standardy jakoÅ›ci. Aby speÅ‚nić te wymagania, generalnie konieczny jest kompletny system demineralizacji, obejmujÄ…cy w szczególnoÅ›ci dwuprzebiegowÄ… odwróconÄ… osmozÄ™ i elektrodejonizacjÄ™.

Ponieważ woda jest stale recyrkulowana w jednostce elektrolizera, wszelkie zanieczyszczenia przechodzÄ…ce przez system demineralizacji lub zanieczyszczenia pochodzÄ…ce z wyposażenia jednostki elektrolizera mogÄ… szybko gromadzić siÄ™ do ważnych poziomów. Aby zapobiec gromadzeniu siÄ™ zanieczyszczeÅ„ wewnÄ…trz pÄ™tli elektrolizera, można zastosować polerkÄ™ Point-Of-Use w celu oczyszczenia części lub caÅ‚oÅ›ci recyrkulowanej wody.

Rysunek 3 — PodziaÅ‚ cen CAPEX i OPEX dla zielonych zakÅ‚adów wodorowych

Podczas gdy system uzdatniania wody stanowi zazwyczaj 1-5% caÅ‚kowitych nakÅ‚adów inwestycyjnych zakÅ‚adu, stosy elektrolizerów stanowiÄ… 50-60% caÅ‚oÅ›ci. Tym ważniejsze jest posiadanie odpowiednio zaprojektowanego systemu w górnym biegu rzeki i pÄ™tli elektrolizera, aby chronić stosy i wydÅ‚użyć ich żywotność.

Ponadto koszty energii elektrycznej stanowiÄ… zazwyczaj 60-80% wszystkich wydatków operacyjnych i sÄ… jednym z gÅ‚ównych czynników kosztowych w trakcie istnienia zakÅ‚adu. WÅ‚aÅ›ciwa jednostka uzdatniajÄ…ca jest ponownie najważniejsza, aby zapewnić, że na powierzchni elektrolizera nie bÄ™dÄ… gromadzić siÄ™ żadne zanieczyszczenia, które mogÅ‚yby prowadzić do wyższego zużycia energii elektrycznej.

Produkcja UPW  ~ 2-5 kWh/m³ Elektroliza UPW ~ 5000 kWh/m³

Rysunek 4 — Przybliżona energia elektryczna wymagana na m³ do produkcji wody ultraczystej i elektrolizy wody ultraczystej

Chociaż jest to marginalne zarówno pod wzglÄ™dem CAPEX, jak i OPEX w skali zakÅ‚adu, nieskuteczny lub nieoptymalny system uzdatniania wody może jednak prowadzić do poważnych konsekwencji:

• Uszkodzenie stosu elektrolizera
• DÅ‚uższe przestoje z powodu czÄ™stszych przerw konserwacyjnych
• Wzrost kosztów posiadania z powodu wiÄ™kszego zużycia energii elektrycznej i wody