Электролиз воды это: Электролиз воды в промышленных генераторах водорода

Содержание

Электролизуем воду… а зачем?! — заказ воды для дома и офиса

Физико-электрохимическим термином «электролиз воды» каждый из нас познакомился еще в 8 классе средней школы. Принцип электролиза прост: под действием постоянного электрического тока вода разлагается на кислород и водород: 2Н2О = 2Н2↑ + О2↑.

Сейчас в науке и технике электролиз воды нашел положительное применение. Например, в связи с глобальным энергетическим кризисом в прессе часто упоминают электролиз воды как альтернативу нефтепродуктам и основу водородной энергетики. Французы создали стиральную машину, в основу работы которой положен принцип очистки белья ионами H+ и OH-, генерируемыми в её недрах при электролизе воды, причем ионы H+ стерилизуют одежду, а OH- занимаются удалением грязи. Электролиз уже используется в некоторых странах для обеззараживания питьевых и сточных вод.

Но, к сожалению, электролиз воды имеет отношение и к некоторым популистским «водным» теориям. И в связи с периодически подогреваемым к этим теориям интересом давайте обратимся к двум наиболее популярным.

Уже несколько десятков лет, не столько в науке, сколько в среде потребителей, с переменной интенсивностью обсуждается вопрос активированной воды, она же «живая», щелочная (pH – 8,0-10,5), или католит, и «мертвая», кислотная (pH – 2,5-5,5), или анолит, получаемая с помощью электролиза. Разработаны и продаются многочисленные приборы для получения такой воды в домашних и промышленных масштабах. Сторонниками теории «живой» и «мертвой» воды утверждается, что католит стимулирует биологические процессы, обладает повышенной растворяющей и экстрагирующей способностью, более абсорбционно-химически активен. А анолиту присущи выраженные угнетающие свойства, поэтому он замедляет биопроцессы и потому, якобы, является мощным антисептиком и консервантом, что позволяет рекомендовать его для борьбы с микроорганизмами. Утверждается, что, регулируя процесс электролиза (время, сила тока, исходный состав воды, исходное значение концентрации водородных ионов — рН) можно получить воду желаемых свойств, даже близкую по свойствам к крови и лимфе – основным жидкостям человеческого организма, а потому такая вода – якобы, панацея от всех болезней.

Сегодня также достаточно популярна другая теория — антиоксидантная — о необходимости защиты здоровой ткани от разрушительного окисления активным кислородом, постоянно производимым человеческим организмом. Вещества, предотвращающие окисление, называют антиоксидантами. Одним из таких веществ, по мнению сторонников этой теории, является ионизированная вода — водопроводная вода, преобразованная умеренным электролизом, в результате которого в ней образуется огромное количество электронов, которые могут быть доставлены активному кислороду в организме, чтобы прекратить нежелательное окисление нормальных клеток. И ведется безудержная реклама, и предлагаются приборы для производства такой воды…

Но о пользе различных теорий и изобретений для здоровья человека, имеют право рассуждать, утверждать в уважаемых научных и официальных изданиях, в серьезных рубриках только медики на основе длительных медицинских наблюдений, исследований, клинических испытаний на добровольцах и пр. Вот, например, статистически достоверная новость: ученые Копенгагенского университета в 2006 году, используя методику, которую разработала ведущая международная группа Cochrane Collaboration, специализирующаяся на анализе эффективности применяемых в медицине средств, пришли к выводу, что антиоксиданты в таблетках, известные и употребляемые уже не одно десятилетие, причинили принимающим их людям больше вреда, чем пользы. Что тогда говорить о «новоявленном» антиоксиданте – обработанной электролизом воде?!

Кроме того, нет однозначной физиологической оценки результатов электролиза, при котором уменьшается количество солей (растворенных и нерастворенных) в питьевой воде, в том числе и необходимых для человека, поскольку эффект электролиза воды сродни процессу дистилляции: в обоих случаях умягчается вода. Но Всемирная Организация Здравоохранения — законодатель для всех экономически развитых стран в разработке требований к питьевой воде, — рекомендует очень осторожно умягчать воду. Известно, что излишне мягкая вода «вымоет» из организма без разбору и «шлаки», и нужные минералы, в результате чего начнутся сбои в работе сердечно-сосудистой системы и других систем организма из-за невозможности синтеза полноценных ферментов, гормонов, секретов и пр.

Доказано также, что затрудняется утилизация организмом некоторых компонентов воды при изменении их физико-электро-химического состояния из-за электролиза.

Далее, доказано, что обычная (протиевая) вода содержит наряду с обычными молекулами воды (Н2О) незначительное количество молекул тяжелой (дейтериевой) воды (D2O), в состав которой входит тяжелый изотоп водорода. При электролизе такой воды разложению подвергаются преимущественно обычные молекулы, а остаток постепенно обогащается молекулами дейтерия, небезопасного для человека. Зафиксированы даже случаи тяжелых отравлений дейтериевой водой.

Существует жесткое, но справедливое правило: в производстве питьевой воды только государством могут быть признаны и рекомендованы к употреблению и использованию методы, приборы, аппараты…
Теперь о некоторых рекламных трюках. Понятно, что процесс электролиза воды будет длиться до разложения последней ее молекулы. Поэтому, когда, например, не совсем компетентные или честные продавцы так называемых фильтров — приборов для доочистки воды — в емкость с дистиллированной водой вставляют электроды, то начинается электролиз, и вода меняет цвет (если добавлен индикатор, реагирующий на смену рН) или прозрачность. Но это значит, что нам всего лишь показывают фокус, основанный на изменении концентрации водородных ионов, а вовсе не демонстрируют огромные «очистные» возможности предлагаемого метода или фильтра. И тем более не убеждают нас в необходимости покупки и использования прибора, как правило, достаточно дорогого.

Существует жесткое, но справедливое правило: в производстве питьевой воды только государством могут быть признаны и рекомендованы к употреблению и использованию методы, приборы, аппараты и пр., прошедшие полноценную, длительную, разностороннюю проверку. А пока в Украине нет упоминаний о вышеназванных методах ни в одном официальном документе.
Поэтому берегите здоровье, взвешивайте все «за» и «против», прежде чем приобретать рекламируемый товар или продукт, безопасность употребления которого не гарантирует Министерство здравоохранения.

Очистка воды электролизом — BWT

Главная

Статьи

О технологиях фильтрации

Очистка воды электролизом

Статьи

27. 08.2020

Вопрос о качестве воды, текущей из наших кранов, становится все актуальней с развитием промышленности в городах. Ведь её чистота и качество неразрывно связаны с нашим здоровьем. За год человек в среднем выпивает около 750 литров воды, он состоит из неё на 70%. Вода выполняет множество функций в нашем организме: обмен веществ, вывод накопившихся токсинов и продуктов распада, поддержание теплового баланса. Обезвоживание организма более опасно, чем недостаток пищи.

Вода из крана в лучшем случае подходит для купания в ванной и мытья посуды. Она содержит массу примесей: ржавчину, тяжелые металлы, химические примеси, соли кальция и магния и самые различные вещества класса канцерогенных химических соединений. Примеси попадают в водоём питьевой воды со сточными и грунтовыми водами и просто из старых ржавых водопроводов. Водоочистка — это процесс устранения загрязняющих примесей из воды, в большинстве случаев очистку производят, чтоб сделать воду пригодной для питья. Для того чтобы продемонстрировать всю грязь, которая содержится в водопроводной воде и которую мы пьем, достаточно провести процесс очистки воды электролизом в одном стакане воды, взятой из крана. Впечатляющее зрелище — кристально чистая на вид вода из крана за какое-то мгновение становится мутной и грязной, невооруженным глазом заметен слоистый зелено-коричневый осадок, падающий слоями на дно стакана. Любой наблюдатель процесса водоочистки сразу невольно задумается о здоровье внутренних органов, камнях в почках, иммунной системе и многом другом.

Решения BWT для промышленной и бытовой очистки воды:

Фильтры механической очистки

Фильтр с активированным углем

Удаление железа и марганца

Фильтры под мойку

Получить консультацию

Очистка воды электролизом представляет собой физико-химический процесс. Он заключается в выделении на электродах различных составных частей веществ, растворенных в воде. Процедура очистки воды электролизом возникает при пропускании через раствор или расплав электролита электрического разряда. Анодом в химии называется положительный электрод, катодом — отрицательный. Положительные ионы — (катионы) — начинают движение к катоду, отрицательные ионы — (анионы) — стремятся к аноду. Суть процесса в следующем: в электрическом поле, созданном соединенными с источником электрической энергии электродами, возникает упорядоченное движение ионов. Для возникновения процесса необходимо лишь поместить устройство в проводящую жидкость – воду. Электролиз воды — это сложный электролитический процесс доочистки водопроводной воды, при котором с помощью электрического тока вода распадается на составляющие — кислород и водород, иногда для этого процесса используется шестивольтная батарея. Ячейка электролиза состоит из двух электродов. Их присоединяют к противоположным полюсам источника электрической энергии. Первые примеры применения электролиза описаны в истории и датированы примерно 300 столетием до н.э.

Широкое применение процесса электролиза очистки воды обусловлено его эффективностью. Результатом такой водоподготовки является разрушение органических веществ в воде и извлечение металлов, кислот, неорганических веществ и примесей. Электролитическая очистка осуществляется с помощью специальных устройств — электролизеров. Стоит отметить, что обычный гидравлический насос – простой приборчик элементарного электролиза воды из крана.

Поскольку очистка воды электролизом основана на способности веществ распадаться под действием электрического тока, то использование этого метода имеет ряд преимуществ, главное из которых — высокая степень очистки, позволяющая передавать очищенную воду на коммунальные сооружения, также следует отметить, что вещества (СО2, Н2, О2), образующиеся при распаде воды, оказывают гораздо меньшее воздействие на окружающую среду, чем содержащиеся в исходной воде. К недостаткам этого метода можно отнести повышенный расход электроэнергии. Сегодня представляет интерес использование этого метода для локальной очистки водоемов, содержащих роданид, тиосульфат и сульфат натрия с высокой концентрацией загрязняющих примесей. В настоящее время установки для очистки воды электролизом разрабатываются повсеместно, ведутся исследования этого перспективного метода, который в дальнейшем позволит устранить ряд важных проблем, связанных со здоровьем человека и защитой окружающей среды.

Вода, которая подается в наши квартиры и дома, далеко не всегда подходит для питья. Однако выход ест…

Сейчас, когда угроза пандемии нависла над всем миром, многие семьи приняли решение о самоизоляции за…

Все статьи

Мы используем файлы «cookie», чтобы обеспечить максимальное удобство пользователям. Продолжая использовать сайт, вы соглашаетесь с условиями использования файлов cookie.

Согласен

Вход на сайт

Восстановить пароль

Введите код авторизации из письма, после чего Вы будете перенаправлены в «Личный кабинет» для изменения пароля.

Регистрация

Получать новости об акциях и скидках

Сообщить о поступлении

Получить консультацию по товару, снятому с производства

Получите предложение по аренде диспенсеров

Купить товар у дилера

Заказать оптом

Получить консультацию

Частное лицо

Сообщить о поступлении

Нажимая на кнопку «Отправить», вы соглашаетесь с политикой конфиденциальности

Спасибо!

Ошибка!

—>

Объяснение электролиза воды — основа большинства процессов Power-to-X

Водород — основной продукт большинства процессов PtX. На последующих этапах водород может быть преобразован в различные продукты PtX, такие как топливо или химикаты.

В настоящее время 95% мирового производства водорода основано на ископаемых материалах, которые вызывают значительные выбросы CO ₂. Однако водород также можно производить с помощью электролиза без негативных последствий для окружающей среды. Процесс расщепления воды на водород и кислород с помощью электричества используется с начала 19 века.^-й-й век.

Одним из важных предварительных условий для электролиза водорода является то, что источники воды и электричества не противоречат стандартам устойчивого развития (см. нашу концепцию EESG для устойчивого преобразования энергии в X). Электричество должно на 100% поступать из возобновляемых источников энергии, чтобы гарантировать производство водорода без выбросов CO ₂ . Также необходимо обеспечить устойчивое водоснабжение: подача воды не должна конкурировать с такими важными процессами, как местное снабжение питьевой водой или сельскохозяйственное орошение.

Как работает электролиз?

Основной принцип электролиза заключается в расщеплении воды на кислород и водород с помощью электричества. Расщепление происходит в результате двух парциальных реакций, протекающих на двух электродах – катоде (-) и аноде (+) – в электролизере. На практике электролизеры состоят из нескольких соединенных между собой электролизеров, также называемых стопками. При подаче напряжения на катоде образуется водород, а на аноде — кислород.

Между двумя парциальными реакциями происходит выравнивание заряда в форме ионной проводимости через электролит (который является электропроводящим веществом). Кроме того, мембрана необходима для пространственного разделения двух реакций и предотвращения смешения образующихся газов. И ионный заряд, и тип электролита различаются в различных технологиях электролиза.

Сегодня можно провести основное различие между щелочным электролизом (AEL), электролизом с протонообменной мембраной (PEM) и электролизом твердого оксида (SOEL). Электролиз AEL и PEM работает в низкотемпературном диапазоне, а SOEL — в высокотемпературном диапазоне.

Щелочной электролиз (AEL)

AEL работает с жидким электролитом в виде гидроксида калия. Электроды изготовлены из металла. Между двумя электродами находится диафрагма, непроницаемая для водорода и кислорода.

AEL достигает эффективности около 70%, а в долгосрочной перспективе ожидается около 80%. AEL — это проверенный временем процесс, так как он широко применяется с 1927 года, имеет более низкие инвестиционные затраты, более длительный срок службы, чем две другие технологии, и в настоящее время обеспечивает самую высокую номинальную мощность (> 100 МВт), не требуя критического сырья.

Однако AEL не так надежны, как электролизеры PEM. Они более чувствительны к примесям в продукт-газе, так как газы, растворенные в электролите, остаются в цикле. Кроме того, AEL имеет длительное время холодного пуска — 50 минут.

Электролиз с протонообменной мембраной (PEM)

Собственное описание электролиза с PEM на основе [1]

Электролиз с PEM начался в 1960-х годах, что делает его довольно новой технологией по сравнению с AEL. Тем не менее, он также уже доступен в промышленных масштабах, и может быть достигнута номинальная мощность более 10 МВт.

Электролиз PEM работает в кислой среде. Поэтому для защиты электродов от коррозии необходимо использовать драгоценные металлы, такие как иридий или платина. Кроме того, используется газонепроницаемая протонпроводящая пластиковая мембрана, позволяющая достичь более высокой чистоты, чем при использовании других технологий.

Благодаря хорошим динамическим свойствам электролиз PEM лучше всего подходит для работы с непостоянным электричеством из возобновляемых источников. Важным фактором является градиент нагрузки, который означает свойство увеличения или уменьшения поглощения нагрузки. Это самое высокое значение для электролизеров PEM. Кроме того, время холодного запуска составляет всего около 15 минут.

Электролиз твердого оксида (SOEL)

В SOEL два электрода разделены твердым оксидом, который проводит ионы кислорода. Особенностью SOEL является то, что он работает при температурах до 1000°C. Используется перегретый водяной пар. При использовании внешнего источника тепла, такого как отработанное промышленное тепло, с помощью SOEL может быть достигнут самый высокий уровень эффективности (около 80%).

Однако высокие термические напряжения приводят к высоким напряжениям материала. SOEL также подходит для совместного электролиза. Соответственно, синтез-газ может быть получен непосредственно, который затем может быть переработан в процессе Фишера-Тропша.

Учитывая, что процесс Фишера-Тропша может быть важным процессом в PtX, соэлектролиз особенно полезен. Для совместного электролиза требуется смесь воды и CO ₂ на входе, которая подается на катод. Полученный синтез-газ представляет собой смесь водорода и монооксида углерода.

В настоящее время SOEL все еще находится в стадии разработки. Следовательно, он предполагает самые высокие капитальные затраты и наименьшую номинальную мощность (150 кВт) по сравнению с AEL и PEM. Кроме того, существует очень длительное время холодного пуска, составляющее несколько часов.

Сравнение различных технологий электролиза

Взвешивание вариантов электролиза

Все технологии электролиза имеют свои преимущества и недостатки. Поэтому при выборе технологии необходимо учитывать конкретные требования проекта.

AEL — наиболее известная технология, обеспечивающая максимальную номинальную мощность. Однако для использования неустойчивых возобновляемых источников энергии лучше всего подходит электролиз PEM из-за его гибких и динамических свойств.

Но нельзя пренебрегать большим потенциалом SOEL, особенно в долгосрочной перспективе. Инвестиционные затраты будут продолжать падать. Особенно тот факт, что синтез-газ может быть получен непосредственно для дальнейших применений Фишера-Тропша, делает его очень интересным для процесса PtX.

Кроме того, следует учитывать, что исследования по электролизу продолжаются. Не только касаемо усовершенствования представленных технологий, но и новых технологий. Примером еще одной технологии является электролиз с анионообменной мембраной (АЕМ), который может стать многообещающим вариантом в будущем.

Информация и номера получены из:

[1] Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии (2021 г.): «Производство водорода: электролиз», доступно: https://www.energy.gov/eere/fuelcells /производство водорода-электролиз
Müller-Kirchenbauer et al (2018): «Технический стенд и гибкость при переходе от электроэнергии к газу»; рабочий документ; Доступно: https://www.er.tu-berlin.de/fileadmin/a38331300/Dateien/Technischer_Stand_und_Flexibilität_des_Power-to-Gas-Verfahrens.pdf
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (2020): ‚Wasserstoff als ein Fundament der Энергиявенде’; Доступно: https://www.dlr.de/content/en/downloads/2020/hydrogen-research-study-part-1.pdf

Соавтором этой статьи является Нильс Фукс.

Все новости и события

Электролиз воды | Институт Фрица Габера Общества Макса Планка

Электролиз воды является ключевой технологией для создания CO ₂ — нейтрального производства водорода. Одним из ключевых технологических препятствий является разработка стабильных, активных и доступных катализаторов для анодной реакции выделения кислорода (OER), которая является одним из узких мест в процессе производства водорода. Исследователи из Отдела науки о интерфейсе предоставили количественную информацию о приповерхностной структуре выделяющего кислород CoO 9.0005 x (OH) _y наночастиц, опубликованных сегодня в Nature Energy .

Электролиз воды является ключевой технологией для создания CO ₂ — производства нейтрального водорода с использованием непосредственно электрической энергии, вырабатываемой возобновляемыми источниками энергии от солнца и ветра. Одним из ключевых технологических препятствий является разработка стабильных, активных и доступных катализаторов для анодной реакции выделения кислорода (OER), которая является одним из узких мест в процессе производства водорода. Тем не менее, до сих пор приповерхностная структура работающих электрокатализаторов все еще в значительной степени неизвестна и, следовательно, ключевые каталитические свойства идеального катализатора в атомном масштабе. Это отсутствие понимания препятствует оптимизации катализатора, основанной на знаниях. Исследователи из отдела науки о интерфейсе в Институте Фрица Габера под руководством доктора Арно Бергманна и профессора Беатрис Ролдан Куэнья в тесном сотрудничестве с доктором Трэвисом Джонсом (отделение переменного тока) теперь предоставили количественные данные о приповерхностной структуре кислорода. -развивающийся CoO _x (OH) _y наночастицы, опубликованные в Nature Energy . Их выводы о преобладающем поверхностном концевом мотиве в электролизе щелочной воды подчеркивают, что давнее мнение о большой части научного сообщества, которое связано с ионами высоковалентных металлов, управляющими OER, должно быть пересмотрено.

Производство зеленого водорода без использования ископаемого топлива путем электролиза воды было предметом интенсивных исследований в течение нескольких десятилетий. Только недавно, после поздних политических событий, а также снижения стоимости электроэнергии из возобновляемых источников энергии и возможности прямого соединения электролизеров с чистыми источниками энергии, зеленый водород стал экономически привлекательным. В электролизе воды узким местом остается анодная реакция выделения кислорода (РВК), которая пока ограничивает общую эффективность и препятствует более широкому промышленному применению. При разработке катализатора размер наночастиц является критическим параметром, который сводит к минимуму использование материала. Изучение свойств, зависящих от размера, и их каталитической функции может дать решающее представление о наиболее важных свойствах активных катализаторов.

Следуя этой стратегии, исследователи отслеживали размерно-зависимую каталитическую активность наночастиц CoO _x (OH) _y размером до 1 нм, а также их структурную адаптацию к условиям OER. Они показали, что более мелкие наночастицы CoO _x (OH) _y, в частности менее 5 нм, более эффективно катализируют электролиз воды. Примечательно, что это увеличение каталитической активности наблюдалось не только в отношении массы развернутого катализатора, что обеспечивает более эффективное использование материала, но также и в отношении площади поверхности катализатора, что предполагает эффект собственного размера, связанный с увеличением количества высокоактивных поверхностных центров. . Эти результаты обеспечивают стратегии разработки улучшенных катализаторов для электролиза щелочной воды, которые теперь готовы к испытаниям в промышленных условиях.

Кроме того, исследователи также выявили зависящее от размера изменение структуры и химического состояния наночастиц CoO _x (OH) _y во время щелочной реакции выделения кислорода, что приводит к сокращению приповерхностной связи Co-O. . Здесь выдающиеся методические экспериментальные возможности и межведомственное сотрудничество в Институте Фрица позволили показать, что CoO _x (OH) _y обратимо накапливает заряд в приповерхностном слое в условиях OER, который обнаруживается только операндо X -анализ поглощения лучей. Это накопление заряда не только запускает каталитические процессы, но также вызывает окисление и сокращение связей Co-O. Сравнение экспериментальных данных с теоретическими расчетами Департамента переменного тока позволило нам локализовать накопленный окислительный заряд в кислороде на поверхности катализатора, что привело к присутствию оксил-адсорбата.