Gezegendeki en önemli kimyasallardan biri olan hidrojen, yenilenebilir ve yenilenemeyen enerji kullanılarak çeşitli tekniklerle üretiliyor. Günümüzde ise, çoğunlukla fosil yakıtlardan üretilirken, bunun da çevre üzerinde olumsuz bir etkisi oluyor. Buna karşılık, alkali su elektrolizi kullanılarak üretilen hidrojen, eğer üretmek için yenilenebilir enerji kullanılırsa, sıfır sera gazı emisyonu ile sonuçlanabiliyor.
Çevre dostu enerji üretimine yönelik önemli bir adım olan alkali su elektroliz işlemiyle daha çevreci hidrojen üretebiliyor. North Ridge Pumps, iki adet yüksek basınçlı dikey çok kademeli pompa tedarik ederek, bu makalede yer alan büyük ölçekli bir yeşil hidrojen üretimini destekliyor.
Alkali su elektrolizi nedir?
Su moleküllerini (H2O) elektrik kullanarak hidrojen gazı ve oksijen gazına ayırmak için bir elektrolizör kullanan kimyasal bir süreçtir. Alkali su elektrolizi, büyük ölçekli hidrojen üretiminin geleceği için çok önemlidir. Çünkü büyük miktarlarda yeşil hidrojen üretebilen kanıtlanmış, uygun maliyetli bir teknoloji sunar. Dahası, elektroliz işlemi için rüzgar, güneş ve gelgit enerjisi gibi yenilenebilir enerji kaynakları kullanılarak üretildiğinde, hidrojen üretimi tamamen karbon emisyonsuz olabilir. Bu da iklim değişikliğini ele almak ve daha uygulanabilir bir enerji geleceğine geçiş yapmak için dünya çapında yürütülen net sıfır çabalarına önemli bir katkı sağlar.
Süreç nasıl işliyor?
Elektrolizörde biri pozitif yüklü anot ve diğeri negatif yüklü katot olmak üzere iki elektrot bulunur. Bunlar %30 Potasyum Hidroksit (KOH) kostik sulu çözeltisine daldırılır ve bir diyafram veya membran ile ayrılır. KOH ile elektroliz sırasında su, hidrojen ve oksijene ayrılır. Elektrolite bir elektrik akımı uygulandığında, negatif elektrotta su moleküllerinin indirgenmesine neden olarak hidrojen gazı üretimine yol açar. Eş zamanlı olarak, pozitif elektrotta hidroksil iyonlarının oksidasyonu gerçekleşir ve oksijen gazı üretilir.
Ortaya çıkan hidrojen ve oksijen gazları karışımı elektrik üretmek için veya yakıt kaynağı olarak kullanılabilir. Bu elektroliz işleminin tek yan ürünü sudan meydana gelir ve KOH ile alkali su elektrolizini yeşil enerji üretimi için sürdürülebilir ve çevre dostu bir çözüm haline getirir.
Alkali su elektrolizinin avantajları
Proton değişim membran elektrolizi (PEM), katı oksit elektrolizi (SOEC) ve anyon değişim membran elektrolizi (AEM) gibi diğer elektroliz teknolojileri de mevcuttur. Ancak alkali su elektrolizi (AWE) tüm bu diğer proseslere göre önemli avantajlar sunar:
Enerji verimliliği: AWE ile verilen elektriğin büyük bir kısmı hidrojen gazına dönüştürülür. Verimlilik seviyesi, genellikle %30 potasyum hidroksit kostik sulu çözeltisi olan elektrolit çözeltisinin bileşimine, sıcaklığa ve kullanılan elektrot malzemesine bağlıdır. Genel olarak %70 ila %80 civarındadır.
Çevre dostu: AWE rüzgar, gelgit veya güneş gibi yenilenebilir enerji kaynaklarından güç alabilir; bu da onu sera gazı emisyonlarına ihmal edilebilir bir katkısı olan gerçek anlamda yeşil hidrojen haline getirir.
Ölçeklenebilir: AWE, megavat aralığındaki üretim seviyelerine kadar kolayca ölçeklendirilebilir. Bu, yıl boyunca değişen tüketici enerji talebini karşılamak için olağanüstü esneklik sunduğu anlamına gelir.
Uygun maliyetli: AWE, PEM elektrolizinde kullanılanlardan daha ucuz ve daha uzun ömürlü katalizörler kullanır. Bu da onu yeşil hidrojen üretmek için daha uygun maliyetli bir yol haline getirir.
Daha güvenli: AWE, gaz geçişi sorunları veya katalizör zehirlenmesi riski çok az olan kanıtlanmış bir teknoloji kullanan temiz ve çevre dostu bir prosestir.
Daha saf hidrojen: Hidrojen ve oksijen gazlarının daha iyi ayrıştırılması sayesinde AWE, yakıt hücreleri gibi bazı uygulamalar için gerekli olan yüksek saflıkta hidrojen gazı üretir.
Bu özel seçimin nedenleri
Çok çeşitli endüstriyel uygulamalar ve sektörler için geniş bir pompa yelpazesi sunan North Ridge Pumps, deneyimli teknik ekibiyle sadece tek bir pompa teknolojisiyle sınırlı kalmayarak ihtiyaçlara özel çözümler de sunar. Böylece herhangi bir müşteri, proje veya uygulama için her zaman en uygun maliyetli pompayı seçebilir. Alkali su elektrolizinin kullanıldığı bu özel hidrojen gazı üretim projesi için iki adet yüksek basınçlı dikey çok kademeli pompa seçen North Ridge Pumps, bu özel seçiminin nedenini şöyle açıklıyor:
Yatay santrifüj pompalara karşı dikey çok kademeli pompalar
Bu uygulamanın gereklilikleri ve işleme sistemini barındırmak için mevcut alan dikkate alındığında, daha az yer kaplaması nedeniyle yatay bir pompa yerine dikey çok kademeli bir pompa seçildi. Bir diğer faktör de dikey çok kademeli pompanın 63 Bar basınca kadar çıkabilecek bir toplam gövde basıncına sahip olmasıydı. Dikey pompalarda ayrıca pompa ucunda pompalanan akışkan tarafından yağlanan ve sürekli ve verimli çalışma sağlayan bir kovan yatağı bulunur. Buna karşılık, yatay pompalarda tahrik ucunun karşı ucunda bulunan ve gerekli olmayan ağır hizmet tipi bir baskı yatağı bulunur.
Çok kademeli ne anlama gelir?
Santrifüj pompalar ister yatay ister dikey olsun, tipik olarak tek bir çarka sahipken, çok kademeli pompalar sırayla düzenlenmiş birden fazla çark içerir. Ekstra çarkların eklenmesi, pompanın maksimum çaptaki tek bir çarkın elde edebileceğinden önemli ölçüde daha yüksek basınçlar üretmesini sağlar. Bunun nedeni, bir çarkın çapı artıkça yan sürtünmenin de artarak genel pompa verimliliğini azaltmasıdır. Bu sınırlamanın üstesinden gelmek ve yüksek basınçlar elde etmek için halka bölümleri olarak bilinen aşamalar halinde mil boyunca ek çarklar eklenir.
Daha yüksek basınç için daha fazla çark
Bu ek halka bölümleri, akış hızını olumsuz etkilemeden toplam basma yüksekliğini ve mil gücünü eklenen kademe sayısıyla orantılı olarak artırır. Özünde, çok kademeli pompalar son derece verimlidir ve değişken hızlı bir sürücü veya aynı pompada birden fazla çıkış kullanımı yoluyla birden fazla görev noktası sunabilir. Yüksek basınçlı sirkülasyon, kazan besleme ve temiz akışkanların basıncını artırma gerektiren uygulamalarda mükemmeldir. Ayrıca, pompalar daha büyükse ve katı maddelerin geçmesine izin verecek yeterli açıklıkla tasarlanmışsa hafif kirli sıvıları da işleyebilir. Bu hidrojen üretim projesi için 40 Bar giriş basıncına ve 10 Bar’a kadar fark basınç kapasitesine sahip dikey çok kademeli pompalar seçilerek; sağlam paslanmaz çelikten üretilen bu pompalarla 50L/dk. ila 150L/dk. arasında değişen akış hızları elde ediliyor.
