Výroba vodíku elektrolýzou vody — technologie a zařízení

Elektrolýza vody je fyzikálně-chemický proces, při kterém se voda působením stejnosměrného elektrického proudu rozkládá na kyslík a vodík. Stejnosměrné napětí pro článek se získává zpravidla usměrněním třífázového střídavého proudu. V elektrolytické cele prochází destilovaná voda elektrolýzou, přičemž chemická reakce probíhá podle následujícího známého schématu: 2H2O + energie -> 2H2 + O2.

V důsledku rozdělení molekul vody na části se vodík získá objemově dvakrát více než kyslíku. Plyny v závodě jsou před použitím dehydratovány a ochlazeny. Výstupní potrubí zařízení je vždy chráněno zpětnými ventily, aby nedošlo k požáru.

Samotná konstrukce je vyrobena z ocelových trubek a silných ocelových plechů, což dodává celé konstrukci vysokou tuhost a mechanickou pevnost. Plynové nádrže musí být tlakově testovány.

Elektronická jednotka zařízení řídí všechny fáze výrobního procesu a umožňuje obsluze sledovat parametry panelu a tlakoměrů, což zaručuje bezpečnost. Účinnost elektrolýzy je taková, že z 500 ml vody se získá asi 500 metrů krychlových obou plynů při nákladech asi 4 kW/h elektrické energie.

Elektrolýza vody má oproti jiným způsobům výroby vodíku řadu výhod. Nejprve se používají dostupné suroviny — demineralizovaná voda a elektřina. Za druhé, během výroby nevznikají žádné znečišťující emise. Za třetí, proces je plně automatizovaný. Nakonec je výstupem poměrně čistý (99,99 %) produkt.

Proto se dnes elektrolýzy a z nich vyrobený vodík používají v mnoha průmyslových odvětvích: v chemické syntéze, při tepelném zpracování kovů, při výrobě rostlinných olejů, ve sklářském průmyslu, v elektronice, v chladicích systémech v elektřině atd.

Zařízení elektrolýzy je uspořádáno následovně. Venku je ovládací panel generátoru vodíku. Dále je instalován usměrňovač, transformátor, rozvod, systém demineralizované vody a blok pro její doplňování.

V elektrolytickém článku se na straně katodové desky vyrábí vodík a na straně anody kyslík. To je místo, kde plyny opouštějí buňku. Jsou odděleny a přiváděny do separátoru, poté ochlazeny demineralizovanou vodou, poté odděleny gravitací od kapalné fáze. Vodík je posílán do pračky, kde jsou kapičky kapaliny odstraněny z plynu a ochlazovány v cívce.

Nakonec je vodík zfiltrován (filtr v horní části separátoru), kde jsou kapičky vody zcela odstraněny, a vstupuje do sušící komory. Kyslík je obvykle směrován do atmosféry. Demineralizovaná voda se čerpá do pračky.

Zde se louh používá ke zvýšení elektrické vodivosti vody. Pokud provoz elektrolyzéru pokračuje jako obvykle, pak se kapalina doplňuje jednou ročně v malém množství. Pevný hydroxid draselný se umístí do nádrže na kapalinu ze dvou třetin plné demineralizované vody a poté se přečerpá do roztoku.

Systém vodního chlazení elektrolyzéru slouží ke dvěma účelům: ochlazuje kapalinu na 80-90 °C a ochlazuje vzniklé plyny na 40 °C.

Systém analýzy plynu odebírá vzorky vodíku. Kapky louhu v separátoru se oddělí, plyn se přivede do analyzátoru, sníží se tlak a zkontroluje se obsah kyslíku ve vodíku. Před nasměrováním vodíku do nádrže se změří rosný bod ve vlhkoměru. Operátorovi nebo počítači bude zaslán signál k rozhodnutí, zda je vyrobený vodík vhodný pro dodání do zásobníku, zda plyn splňuje podmínky přijetí.

Pracovní tlak jednotky je regulován automatickým řídicím systémem. Snímač přijímá informaci o tlaku v elektrolyzéru, načež jsou data odeslána do počítače, kde jsou porovnána s nastavenými parametry. Výsledek je poté převeden na signál v řádu 10 mA a provozní tlak je udržován na předem stanovené úrovni.

Provozní teplota jednotky je regulována pneumatickým membránovým ventilem.Počítač obdobně porovná teplotu s nastavenou hodnotou a rozdíl převede na vhodný signál pro PLC.

Bezpečnost elektrolyzéru zajišťuje blokovací a poplašný systém. V případě úniku vodíku je detekce provedena automaticky detektory. V tomto případě program okamžitě vypne generování a spustí ventilátor pro odvětrání místnosti. Obsluha by si měla ponechat přenosný detektor netěsností. Všechna tato opatření umožňují dosáhnout vysokého stupně bezpečnosti při provozu elektrolyzérů.