آلية إنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي

التحليل الكهربائي للماء
يعد التحليل الكهربائي للماء تقنية راسخة تم استخدامها على مدار قرن تقريبًا للتطبيقات المتنوعة في الصناعة، وتعتبر أيضًا عملية أساسية يمكن استخدامها كذلك في توضيح آلية إنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي للماء وغيرها من الآليات المختلفة، ومن المتوقع أن تحتل المحولات الكهرومائية في المستقبل القريب مكانًا بارزًا بشكل متزايد للإنتاج اللامركزي للهيدروجين تحديدًا، وسيتحدث هذا المقال عن آليةإنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي.[١]
آلية إنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي
يعتبر التحليل الكهربائي للماء القلوي منخفض التكلفة طريقة مستدامة وثابتة، وذلك باستخدام مدخلات الطاقة المتجددة، ولكن منع خلط الهيدروجين/ الأكسجين واستخدام الطاقة المتجددة غير المستقرة بكفاءة يمثلان تحديًا كبيرًا، وتتم آلية إنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي للماء القلوي باستخدام هيدروكسيد النيكل كوسيط للأكسدة والاختزال، وقد يزيد من استخدام الطاقة المتجددة، وتحدث آلية إنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي عند الكاثود عن طريق تقليل المياه؛ إذ يتأكسد الأنوديك Ni(OH)2 في نفس الوقت إلى نيكل أوكسي هيدروكسيد NiOOH، ويتضمن إنتاج الأكسجين اللاحق تقليل النيكل أوكسي هيدروكسيد الكاثودي، ويمكن التعبير عن ذلك بالمعادلة الآتية:
NiOOH → Ni(OH)2
ويمكن أن يقترن إنتاج النيكل أوكسي هيدروكسيد NiOOH أثناء إنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي مع أنود الزنك لتكوين بطارية من الزنك مع النيكل أوكسي هيدروكسيد NiOOH-Zn ، ويمكن استخدام منتج التفريغ، أي هيدروكسيد النيكل الثنائي Ni(OH)2، في آلية إنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي مرة أخرى، ويتم إجراء التحليل الكهربائي للماء في درجة حرارة الغرفة بشكل عام تحت الظروف الحمضية أو القلوية، حيث يتم إجراء التحليل الكهربائي للماء في ظل الحالة الحمضية في محلل كهربائي مع غشاء تبادل البروتون PEM؛ ويطلق عليه PEM، وعلى الرغم من أن أنظمة التحليل الكهربي للمياه PEM توفر العديد من المزايا، مثل كفاءة الطاقة العالية، ومعدل كبير من إنتاج هيدروجين بالتحليل الكهربائي، وتصميم مضغوط ، إلا أن استخدامها يواجه الكثير من التحديات بسبب التكلفة العالية للمحفزات والأغشية.[٢]
تأثير الضغط على التحليل الكهربائي للماء
سرعة الضغط على جزيء الماء تحدد كمية الطاقة المطلوبة، لذا فإن زيادة الضغط ستعني أنه ستكون هناك حاجة إلى مزيد من الطاقة، ويمكن استخدام نفس الكمية من الجهد عن طريق زيادة التيار الكهربائي، وهذا يعتمد على الكمية المتحللة بالكهرباء عند الأنود / الكاثود والمستخدمة في مولد الكهرباء، وإذا كان بمقدور المرء أن يصنع بيئة متوسطة من الغلاف الجوي كبطارية سيارة مثلًا فلن يتغير التيار الكهربي فيما يتعلق بالوسيلة ولكن بالنسبة للجو؛ حيث تتسبب جزيئات الماء في انعكاس الانكسار و/ أو الانكسار المنعكس الذي من شأنه أن يجعل طاقة البرق أكثر إثارة مما هو عليه بالفعل ولكنه سيزيد من قوة التيار الكهربائي إلى حد ما، من خلال التمرير عبر جزيء الماء في الهواء ثم الارتداد، والاستمرار بعدها في قياس قوة البرق فيما يتعلق بعدد المرات التي يتم فيها تكبير طاقة الترباس في العديد من سلسلة من الانعكاسات المنعكسة أسفل مسار الإلكترون، وكلما زادت الرطوبة، كلما زادت الطاقة.[٣]