Wysokociśnieniowy Elektrolizer Alkaliczny 200 bar

Zracjonalizować produkcję wodoru

Produkcja wodoru ma olbrzymi potencjał. Wodór traktowany jest bowiem jako czyste i niewyczerpywalne źródło energii. W wyniku spalania tego pierwiastka powstaje jedynie woda, co oznacza, że nie dochodzi do emisji szkodliwych substancji do atmosfery. Chociaż obecnie wodór znajduje zastosowanie głównie w przemyśle chemicznym, metalurgicznym i naftowym, to w bliskiej przyszłości może stać się konkurencyjną alternatywą dla paliw kopalnych i odegrać istotną rolę w procesie tzw. dekarbonizacji gospodarek światowych. Choć sam wodór ma wiele zalet, to pewnym problemem jest jego produkcja. Ze względu na to, że jest to dosyć skomplikowany proces, wymagający wieloelementowych instalacji, finalna cena wodoru jest stosunkowa wysoka, a to ogranicza jego szersze zastosowanie. Nad uproszczeniem produkcji wodoru pracuje mgr inż. Korneliusz Sierpowski z Instytutu Techniki Górniczej KOMAG w Gliwicach, który buduje i zamierza przebadać wysokociśnieniowy elektrolizer alkaliczny – urządzenie do produkcji sprzężonego wodoru. Badania są finansowane z programu Fundusze Europejskie dla Nowoczesnej Gospodarki (FENG) w ramach działania Proof of Concept realizowanego przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej.

Wodór od dawna wykorzystywany jest w przemyśle metalurgicznym, hutniczym, chemicznym czy spożywczym, gdzie służy m.in. do utwardzania olejów roślinnych do postaci margaryny. Nowo otwierającym się rynkiem jest branża motoryzacyjna, a zwłaszcza produkcja pojazdów zasilanych sprężonym wodorem. Aktualnie prowadzone są badania nad wykorzystaniem wodoru do zastosowań grzewczych w sieciach ciepłowniczych, a także nad możliwością magazynowania energii elektrycznej pod postacią sprężonego wodoru.

Proces produkcji zielonego wodoru odbywa się za pomocą urządzenia zwanego elektrolizerem, w którym dzięki użyciu prądu, cząsteczka wody jest rozdzielana na cząsteczki wodoru i tlenu. Wraz z dynamicznym rozwojem rynku wodorowego rozwija się również technologia samych elektrolizerów. Jednym z rodzajów elektrolizerów jest elektrolizer alkaliczny, którego działanie opiera się na zastosowaniu elektrod: katody i anody, elektrolitu oraz membrany separującej i wytwarzaniu wodoru i tlenu poprzez przepływ energii elektrycznej między elektrodami.

„Projekt elektrolizera rozwijam w ramach moich zainteresowań badawczych już od pewnego czasu, a otrzymanie grantu na kontynuację prac w celu osiągnięcia wysokiego ciśnienia w elektrolizerze jest spełnieniem jednego z moich marzeń” – mówi mgr inż. Korneliusz Sierpowski. „Pierwszą innowacją w budowanym przeze mnie elektrolizerze jest to, elektrody są zbudowane z łatwo dostępnych materiałów i zawierają małe ilości niklu. Jeśli dojdzie do boomu gospodarki wodorowej, dostępność niklu może być utrudniona, a przez to jego ceny mogą być bardzo wysokie, co przełoży się na ceny samych elektrolizerów” – wyjaśnia badacz.

To jednak nie wszystko. Elektrolizer rozwijany przez mgr. inż. Sierpowskiego będzie produkować wodór pod ciśnieniem 200 barów. Pozwoli to na pominięcie pierwszego stopnia sprężenia wodoru, a zatem na wyeliminowanie części elementów sprężających w instalacji produkującej wodór. „Prosta konstrukcja naszego elektrolizera i to, że dzięki niemu będzie można pomijać pewne elementy, które obecnie się stosuje w instalacjach do produkcji wodoru, wpłynie na niższy koszt inwestycyjny instalacji, co przełoży się bezpośrednio na obniżenie cen wodoru. Ponadto produkcja wodoru w takiej instalacji będzie wymagała mniejszego zużycia energii elektrycznej, co dodatkowo obniży koszty i jest rozwiązaniem bardziej przyjaznym dla środowiska” – zapewnia konstruktor.

Projekt jest realizowany we współpracy z partnerem przemysłowym, którym jest firma SBB, będąca m.in. integratorem rozwiązań wodorowych. „W ramach grantu Proof of Concept zamierzamy wykazać potencjał komercjalizacyjny naszego urządzenia. Jeśli uda się ten etap zakończyć sukcesem, to na pewno zaczną po kolei otwierać się różne drogi wdrożenia urządzenia do przemysłu” – kończy mgr inż. Sierpowski.

Mgr inż. Korneliusz Sierpowski jest absolwentem Wydziału Mechaniczno-Energetycznego Politechniki Wrocławskiej. Jego głównymi zainteresowaniami naukowymi są energetyka wodorowa, obliczenia numeryczne i bezzałogowe statki powietrzne. Posiada doświadczenie naukowe z pracy w kilku projektach badawczych z zakresu energetyki (realizowanych na Politechnice Wrocławskiej oraz ITG KOMAG) i obronności państwa (realizowanego w Akademii Wojsk Lądowych). W 2024 roku otrzymał nagrodę dla najlepszego młodego naukowca na Krajowej Konferencji Elektroniki (XXIII KKE) za referat dotyczący wykorzystania wodoru jako źródła zasilania w bezzałogowych statkach powietrznych.