水素製造技術の進歩と経済性分析 - アルカリ電解槽での水素製造

アルカリ電池水素製造は、比較的成熟した電解水素製造技術です。アルカリ電池は安全で信頼性が高く、寿命は 15 年で、広く商用化されています。アルカリ電池の作業効率は一般的に 42% ~ 78% です。ここ数年で、アルカリ電解セルは主に 2 つの面で進歩を遂げました。一方では、改善されたセル効率が改善され、電力消費に関連する運用コストが削減されました。一方、動作電流密度は増加し、投資コストは減少します。

アルカリ電解槽の動作原理を図に示します。バッテリーは気密ダイヤフラムで区切られた 2 つの電極で構成されています。電池アセンブリは、イオン伝導性を最大化するために、高濃度のアルカリ液体電解質 KOH (20% ～ 30%) に浸漬されます。 NaOH および NaCl 溶液も電解質として使用できますが、一般的には使用されていません。電解液の主な欠点は、腐食性があることです。セルは 65 °C ～ 100 °C の温度で動作します。セルのカソードは水素を生成し、生成された OH - はダイヤフラムを通ってアノードに流れ、そこで再結合して酸素を生成します。

高度なアルカリ電解セルは、大規模な水素製造に適しています。一部のメーカーが製造するアルカリ電解セルは、非常に高い水素生成能力 (500 ~ 760Nm3/h) を持ち、対応する電力消費量は 2150 ~ 3534kW です。実際には、可燃性ガス混合物の生成を防ぐために、水素収率は定格範囲の 25% から 100% に制限され、最大許容電流密度は約 0.4A/cm2 であり、動作温度は 5 から 100°C です。最大電解圧力は 2.5 ～ 3.0 MPa に近くなります。電解圧力が高すぎると、投資コストが増加し、有害なガス混合物の形成リスクが大幅に増加します。補助精製装置がなくても、アルカリ電池の電気分解で生成される水素の純度は 99% に達することができます。アルカリ電解セルの電解水は、電極を保護し安全に操作するために、水の導電率が 5S/cm 未満である必要があります。