Proces ten, który przekształca energię elektryczną z najlepiej odnawialnych źródeł energii w wodór, jest uważany za obiecujące podejście do zrównoważonej produkcji tego cennego gazu. W ten sposób można lepiej kompensować wahania mocy wiatru i promieniowania słonecznego.

Eksperci uważają, że elektroliza PEM odegra ważną rolę w przejściu na gospodarkę opartą na wodorze. W porównaniu do elektrolizy alkalicznej, wysoka gęstość prądu elektrolizy PEM pozwala na produkcję wodoru w mniejszych systemach. Kolejna zaleta: stacje tankowania wodoru można podłączyć bezpośrednio do wylotu wysokociśnieniowego.

Proces jest obecnie tak dobrze rozwinięty, że umożliwia wysoce wydajną produkcję w zakresie megawatów. Wymaga to ciągłego oczyszczania wody procesowej. LANXESS zaleca stosowanie żywic jonowymiennych Lewatit UltraPure 1242 MD (silnie zasadowa żywica anionowymienna, SBA), Lewatit UltraPure 1212 MD (silnie kwaśna żywica kationowymienna, SAC) i Lewatit UltraPure 1295 MD, które są zoptymalizowane pod kątem tego zastosowania, aby zapewnić niski poziom TOC (Total Organic Carbon) .

Jednostka biznesowa LANXESS Liquid Purification Technologies (LPT) prowadzi rozmowy z renomowanymi producentami gazu w celu ustanowienia standardów wydajnego uzdatniania wody w instalacjach elektrolizy PEM. Hans-Juergen Wedemeyer, kierownik ds. marketingu technicznego w LPT, wyjaśnił: "Nasza wiedza techniczna, w połączeniu z naszymi wysokowydajnymi żywicami jonowymiennymi, wspiera proces oczyszczania wody dla systemów. Wstępne wyniki testów aplikacyjnych umożliwiają symulację warunków panujących w zakładzie i optymalne wykorzystanie najnowocześniejszych żywic jonowymiennych Lewatit UltraPure. LANXESS wspiera w ten sposób zrównoważone, przyjazne dla klimatu dostawy energii".
 

Elektroliza PEM przekształca zieloną energię elektryczną w wodór

W elektrolizie PEM membrana wymiany protonów (PEM) jest wykorzystywana do rozszczepiania wody na składniki wodór (H2) i tlen (O2). Jeśli energia elektryczna do tego procesu jest dostarczana z odnawialnych źródeł energii, odbywa się to przy bardzo niskiej emisji CO2. Technologia PEM wykorzystuje kilka obiegów wody. Ponadto, świeża woda jest stale wprowadzana w celu zrekompensowania strat wody podczas produkcji wodoru.
 

Wymagana woda o wysokiej czystości

Woda demineralizowana jest używana jako woda procesowa, ponieważ membrana uległaby poważnym uszkodzeniom w bardzo krótkim czasie z powodu minerałów i innych zanieczyszczeń. Na przykład w systemach PEM o mocy 100 MW w ciągu godziny krąży około 6 000 do 7 000  metrów sześciennych wody procesowej, która wymaga odpowiedniego uzdatnienia.

Temperatury robocze podczas procesu wahają się od 50 do 70 °C. Może to powodować uwalnianie zanieczyszczeń metalicznych i organicznych z elementów systemu. Aby zapewnić stabilną produkcję hydrogenu i ekonomiczną żywotność stosu PEM, konieczne jest ciągłe zmniejszanie tych zanieczyszczeń do minimum. Firma LANXESS zaprojektowała specjalny system uzdatniania wody procesowej za pomocą żywic Lewatit UltraPure w połączeniu ze światłem UV.
 

Wymienniki jonowe w sposób ciągły oczyszczają obiegi wody

Aby ustabilizować jakość obiegu wody, częściowy przepływ około trzech do sześciu procent całkowitej objętości wody jest stale oczyszczany w jednostce polerującej. LANXESS zaleca zastosowanie lampy UV w celu utlenienia materii organicznej (TOC), a następnie kombinacji żywic anionowych i kationowych oraz końcowego filtra polerującego.

Szczegółowe informacje na temat produktów jednostki biznesowej Liquid Purification Technologies są dostępne pod adresem https://lanxess.com/en/Products-and-Brands/Brands/Lewatit.

 

RYS.1. Trzystopniowa jednostka polerująca do oczyszczania wody procesowej w systemach elektrolizy PEM. Moduł wymiennika anionowego (filtr SBA, Lewatit UltraPure 1242 MD SBA), moduł wymiennika kationowego (filtr SAC, Lewatit UltraPure 1212 MD SAC) i złoże mieszane (Lewatit UltraPure 1295 MD). Źródło: LANXESS