إلكتروليزر

أنواع المُحَلِّلات الكهربائية

المُحَلِّل الكهربائي هو جهاز يستخدم التحليل الكهربائي لتقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين، ويُعرف أيضًا بإنتاج الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي للماء. بشكل أساسي، هناك ثلاثة أنواع من آلات التحليل الكهربائي الصناعية لإنتاج الهيدروجين: المُحَلِّلات الكهربائية القلوية، ومُحَلِّلات غشاء تبادل البروتون (PEM)، ومُحَلِّلات أكسيد صلب.

• المُحَلِّل الكهربائي القلوي:

  يعمل المُحَلِّل الكهربائي القلوي في بيئة قلوية، عادةً باستخدام محلول هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH) كإلكتروليت. يتكون المُحَلِّل الكهربائي القلوي من أنود، وكاثود، ومُفَصِّل. عندما يمر تيار كهربائي عبر الماء، ينتج الهيدروجين عند الكاثود، وينتج الأكسجين عند الأنود. تعتبر المُحَلِّلات الكهربائية القلوية هي التكنولوجيا الناضجة في السوق، وكفاءتها تتراوح بين 60% و 80%.

• المُحَلِّل الكهربائي PEM:

  يستخدم مُحَلِّل غشاء تبادل البروتون (PEM) إلكتروليت بوليمر صلب، يُعرف أيضًا باسم غشاء موصل للبروتون، لفصل الهيدروجين عن الأكسجين. مبدأ عمل مُحَلِّل PEM هو فصل البروتونات والإلكترونات عن الماء. تنتقل البروتونات عبر غشاء البوليمر، بينما تتدفق الإلكترونات عبر الدائرة الخارجية، وتشكل في النهاية هيدروجينًا عند الكاثود. يتمتع مُحَلِّل PEM بمزايا معينة على المُحَلِّلات الكهربائية القلوية، مثل العمل في مجموعة واسعة من درجات الحرارة والضغوط. بالإضافة إلى ذلك، يتمتع مُحَلِّل PEM بكفاءة تحويل طاقة أعلى، والتي تصل عادةً إلى ما بين 70% و 90%.

• المُحَلِّل الكهربائي لأكسيد صلب:

  يستخدم مُحَلِّل أكسيد صلب، أو مُحَلِّل درجة حرارة عالية، إلكتروليت سيراميك صلب لإنتاج الهيدروجين والأكسجين. يتطلب تشغيل مُحَلِّلات أكسيد صلب درجات حرارة عالية تبلغ حوالي 700 إلى 800 درجة مئوية (1292 إلى 1472 فهرنهايت). تُستخدم طاقة الحرارة والكهرباء لتحويل بخار الماء إلى هيدروجين وأكسجين. نظرًا لارتفاع درجة الحرارة، تتمتع مُحَلِّلات أكسيد صلب بكفاءات أعلى من المُحَلِّلات الكهربائية القلوية و PEM، حيث تصل إلى ما بين 80% و 90%. مما يجعلها مناسبة أيضًا لاقترانها بالعمليات الصناعية ذات درجة الحرارة العالية.

مواصفات وصيانة المُحَلِّلات الكهربائية

تتضمن المُحَلِّلات الكهربائية المواصفات الرئيسية التالية:

• السعة

  يتم قياس خصائص المُحَلِّل الكهربائي المُستخدم لفصل الماء من خلال كمية الغاز التي ينتجها (عادةً هيدروجين، أحيانًا أكسجين) لكل وحدة زمنية، تُعبّر عنها عادةً باللتر في الساعة (L/h) أو المتر المكعب في الساعة (m³/h). بالنسبة للتطبيقات الصناعية أو المشاريع واسعة النطاق، قد يكون لدى المُحَلِّل الكهربائي المُختار سعة أعلى لتلبية الطلب على إنتاج الهيدروجين.

• إمداد الطاقة

  يجب تشغيل المُحَلِّل الكهربائي باستخدام التيار المستمر (DC). ومع ذلك، قد يختلف مصدر طاقة المُحَلِّل الكهربائي؛ في بعض الحالات، قد يكون تيار التيار المتردد (AC) القياسي، والذي يتم تحويله بعد ذلك إلى تيار مستمر (DC) من خلال مُستقيم ويتم إدخاله إلى المُحَلِّل الكهربائي. بدلاً من ذلك، يمكن توصيل المُحَلِّل الكهربائي مباشرةً بمصدر تيار مستمر (DC)، مثل لوحة شمسية. تولد اللوحة الشمسية تيارًا كهربائيًا مباشرًا يمكن استخدامه على الفور بواسطة المُحَلِّل الكهربائي. بغض النظر عن المصدر، يحتاج المُحَلِّل الكهربائي إلى تيار كهربائي مستمر ليعمل بشكل صحيح.

• الجهد

  عادةً ما يكون جهد المُحَلِّل الكهربائي بين 1 و 2.5 كيلو فولت. تتميز المُحَلِّلات الكهربائية منخفضة الجهد بحجم أكبر والحاجة إلى تبريد أكبر لإدارة توليد الحرارة. تنتج المُحَلِّلات الكهربائية ذات الجهد العالي المزيد من الهيدروجين لكل خلية، لكنها أكثر حساسية لجودة المواد الخام.

• كثافة التيار

  تشير كثافة التيار إلى كمية التيار الكهربائي الذي يمر عبر وحدة مساحة من القطب الكهربائي، تُقاس عادةً بالأمبير لكل متر مربع (A/m²). وهي معلمة تشغيلية مهمة تؤثر على أداء وكفاءة التحليل الكهربائي. يمكن أن تؤثر كثافة التيار على معدل التفاعل، والإنتاج، واستهلاك الطاقة للمُحَلِّل الكهربائي.

• نسبة الإنتاج

  عادةً ما تُعبّر نسبة الإنتاج من حيث حجم الإنتاج (مثل: لتر من الهيدروجين) لكل طاقة مُستهلكة (مثل: كيلو وات ساعة) أو كفاءة إنتاج الهيدروجين، والتي تُعرف غالبًا بمعدل التحويل.

• عمر الخدمة

  يُعد عمر المُحَلِّل الكهربائي عاملاً حاسمًا يؤثر على تشغيله على المدى الطويل وتكلفته الفعالة. يحدد المدة التي يمكن للجهاز فيها إنتاج الهيدروجين قبل الحاجة إلى استبداله أو إجراء صيانة كبيرة. يُعبر عن العمر عادةً بالسنوات أو عدد ساعات التشغيل.

• البعد والوزن

  يُعد حجم ووزن المُحَلِّل الكهربائي أيضًا عوامل رئيسية تؤثر على تطبيقه. تُستخدم المُحَلِّلات الكهربائية لإنتاج الهيدروجين من الماء والكهرباء، وقياس أبعادها ووزنها ضروري للتثبيت، والتكامل مع الأنظمة الأخرى، والنقل. يُقاس حجم المُحَلِّل الكهربائي عادةً من حيث طوله وعرضه وارتفاعه، مما يشير إلى المساحة التي يشغلها. من الشائع أيضًا استخدام "المساحة" لتمثيل المساحة التي يشغلها.

بشكل عام، يعتمد أداء وعمر خدمة المُحَلِّل الكهربائي إلى حد كبير على التنظيف والصيانة المنتظمين للأقطاب الكهربائية. بعد فترة معينة، ستكون هناك رواسب قشرية عنيدة على الأقطاب الكهربائية تحتاج إلى إزالتها. بشكل عام، يمكن إنجاز التنظيف والصيانة من خلال الخطوات الثلاث التالية:

• قبل التنظيف:

  تأكد من فصل إمداد الطاقة ومصدر الماء عن المُحَلِّل الكهربائي. ثم، قم بإزالة مجموعة لوحة القطب الكهربائي وإعداد محلول تنظيف. استخدم الماء منزوع الأيونات أو الماء المُنقي لشطف لوحات القطب الكهربائي بدقة، وإزالة الأوساخ السائبة والمواد الملوثة التي تراكمت على السطح باستخدام فرش ناعمة أو أقمشة.

• التنظيف:

  انقع لوحات القطب الكهربائي في محلول التنظيف للوقت المحدد وفقًا لتعليمات المحلول. سيسمح ذلك للمحلول بإذابة القشور أو المواد الملوثة بشكل فعال. بعد وقت النقع، أزل لوحات القطب الكهربائي من محلول التنظيف وشطفها بدقة بالماء منزوع الأيونات أو الماء المُنقي لإزالة أي بقايا من محلول التنظيف. تأكد من جفاف لوحة القطب الكهربائي تمامًا قبل إعادة التثبيت. استخدم الهواء المضغوط أو قطعة قماش نظيفة وجافة لمسحها حتى تجف. بينما تجف اللوحات، تفقد المكونات الأخرى للمُحَلِّل الكهربائي، مثل مضخات الماء والصمامات والدوائر، وتأكد من أنها في حالة جيدة وتعمل بشكل صحيح.

• بعد التنظيف:

  أعد تثبيت لوحات القطب الكهربائي المُنظفة في المُحَلِّل الكهربائي وتأكد من وضعها بشكل آمن. بعد إكمال الخطوات المذكورة أعلاه، أعد توصيل إمداد الطاقة ومصدر الماء للمُحَلِّل الكهربائي واختبر تشغيله لضمان عمله بشكل صحيح.

سيناريوهات للاستخدام الصحيح للمُحَلِّل الكهربائي

• محطات معالجة المياه الصناعية:

  المجال الرئيسي لتطبيق المُحَلِّلات الكهربائية في محطات معالجة المياه بالتحليل الكهربائي هو في مرافق إدارة النفايات الصناعية. تدير هذه المرافق النفايات الصناعية من خلال معالجتها بواسطة المُحَلِّل الكهربائي، مما يسمح بمعالجة آمنة وفعالة للنفايات.

• إنتاج المُطهرات ومُعقمات:

  تُعد المُحَلِّلات الكهربائية قطعًا أساسية من المعدات في إنتاج المُطهرات ومُعقمات. تُستخدم لتحويل الماء المالح إلى هيبوكلوريت الصوديوم من خلال عملية التحليل الكهربائي. يُعد هيبوكلوريت الصوديوم عاملًا مُبيضًا ومُطهّرًا واسع الاستخدام مُدرج في العديد من المُطهرات ومُعقمات.

• إدارة أحواض السمك وتربية الأحياء المائية:

  في مجالات تربية الأحياء المائية وتربية الأسماك، تجد المُحَلِّلات الكهربائية تطبيقًا واسعًا لصيانة جودة الماء. تُستخدم بشكل أساسي لإنتاج الكلور لمنع انتشار البكتيريا والعوامل الممرضة. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للوجود المستمر للكلور في الماء أيضًا القضاء على الطفيليات، مما يضمن صحة الكائنات الحية المائية. يصبح هذا أمرًا حيويًا بشكل خاص في سياق التكاثر والحفاظ على سلامة النظم البيئية المائية.

• مُسبحات ومرافق السبا:

  تُعد المُحَلِّلات الكهربائية لإنتاج الكلور ذات أهمية كبيرة في صيانة مُسبحات ومرافق السبا. باستخدام المُحَلِّل الكهربائي، يتم إنتاج الكلور مباشرة في ماء المُسبح أو السبا لتدمير البكتيريا والطحالب والمواد الملوثة الأخرى. تضمن هذه العملية استمتاع المُستحمين بالماء الآمن والنظيف، بينما تقلل في الوقت نفسه من الحاجة إلى إضافة الكلور الخارجي.

• الزراعة والبستنة:

  تلعب المُحَلِّلات الكهربائية دورًا محوريًا في مجالات الزراعة والبستنة، بشكل أساسي من خلال توليد المبيدات الحشرية والأسمدة. في عملية التحليل الكهربائي، يحول المُحَلِّل الكهربائي الماء المالح إلى أسيتات الصوديوم، والتي تتمتع بخصائص مُضادة للميكروبات. هذه الجودة تُمكنها من منع والتحكم في أمراض النبات المختلفة، وبالتالي حماية الإنتاج الزراعي. علاوة على ذلك، تم تجهيز بعض المُحَلِّلات الكهربائية بقدرة على إنتاج أسمدة مخصصة. يمكن توليد هذه الأسمدة بناءً على الاحتياجات المحددة للمحاصيل وخصائص التربة، وبالتالي تعزيز نمو المحاصيل الأمثل.

كيفية اختيار المُحَلِّلات الكهربائية

عند شراء المُحَلِّلات الكهربائية الصناعية للبيع، يحتاج المشترون إلى مراعاة عوامل مختلفة مثل جودة وميزات المُحَلِّل الكهربائي، وسعة الإنتاج، واستهلاك الطاقة، والتطبيقات، وقدرة التوريد، وخيارات الشحن.

• الجودة والميزات

  يحتاج مشتري الجملة إلى التأكد من أن المُحَلِّل الكهربائي الصناعي الذي يشترونه مُصمم ليدوم ويقدم أداءً موثوقًا به. انتبه إلى بنية المُحَلِّل الكهربائي، بما في ذلك جودة أقطابه الكهربائية، وتوافق الإلكتروليت، وجودة الغشاء، ودقة إمداد الطاقة. سيقلل المُحَلِّل الكهربائي طويل الأمد ذو الأداء الموثوق به من تكاليف الصيانة واحتياجات إصلاح المُحَلِّل الكهربائي مع مرور الوقت.

• سعة الإنتاج

  تُحدد سعة إنتاج المُحَلِّل الكهربائي الصناعي كمية الهيدروجين التي يمكنه إنتاجها في وقت معين. يجب على المشترين اختيار مُحَلِّل كهربائي بسعة إنتاج مناسبة لتلبية طلبات عملائهم. قد تكون سعة إنتاج أعلى كافية لقاعدة عملاء متنامية، بينما قد تكون سعة أصغر أكثر ملاءمة لدخول السوق بحذر.

• استهلاك الطاقة

  يتضمن إنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي استهلاك الطاقة، وستؤثر كمية الطاقة المُستخدمة على تكاليف تشغيل المُحَلِّل الكهربائي. اختر مُحَلِّل كهربائي صناعي ذو كفاءة تحويل طاقة عالية لمساعدة العملاء على تقليل نفقات الطاقة وتحسين ربحية عملياتهم.

• التطبيقات

  تُعد المُحَلِّلات الكهربائية الصناعية آلات متعددة الاستخدامات يمكنها خدمة تطبيقات مختلفة، مثل إنتاج الأكسجين والهيدروجين. يجب على مشتري الجملة اختيار المُحَلِّلات الكهربائية التي من المرجح أن تلبي متطلبات صناعات محددة. على سبيل المثال، يمكن للمشترين الذين يركزون على التطبيقات الصناعية استخدام المُحَلِّلات الكهربائية الصناعية ذات الإمكانات التجارية الهائلة في الصناعة الكيميائية. بدلاً من ذلك، قد يكون المُحَلِّل الكهربائي المخصص لتطبيقات معالجة المياه أفضل للاستخدام في صناعة الأغذية والمشروبات.

• قدرة التوريد

  يُعد عامل مهم آخر يجب مراعاته عند اختيار المُحَلِّلات الكهربائية الصناعية للبيع هو قدرة المورد على تسليم كميات كبيرة من المنتج بشكل متسق. عندما يتمتع المورد بقدرة توريد طويلة الأجل، يسهل على مشتري الجملة تلبية طلبات عملائهم دون مواجهة تحديات نفاد المخزون التي يمكن أن تعيق العمليات التجارية.

• خيارات الشحن

  من المهم للغاية بالنسبة لمشتري المُحَلِّل الكهربائي تقييم خيارات الشحن المختلفة المتاحة بعناية. تُعد المُحَلِّلات الكهربائية عناصر ضخمة تتطلب مناولة دقيقة وترتيبات نقل خاصة، خاصة عند الشراء بكميات كبيرة. يقدم العديد من الموردين المُحَلِّلات الكهربائية بأسعار جذابة بالجملة، لكن يجب على المشترين مقارنة الموردين للعثور على المورد الذي يقدم حلول شحن فعالة من حيث التكلفة.

أسئلة وأجوبة حول المُحَلِّل الكهربائي

س1: ما هي احتياطات السلامة عند استخدام المُحَلِّل الكهربائي؟

ج1: يجب على المستخدمين فحص إمداد الطاقة والتأكد من توصيل الجهاز بالأرض قبل العمل. أثناء التشغيل، يجب على المستخدمين عدم وضع أيديهم أو أجزاء أخرى من أجسامهم في البرميل العامل لتجنب الصدمات الكهربائية وغيرها من مخاطر السلامة. يُسمح فقط للأفراد المؤهلين بإجراء صيانة وتجارب التحليل الكهربائي.

س2: هل يمكن استخدام المُحَلِّل الكهربائي لأنواع متعددة من التحليل الكهربائي في وقت واحد؟

ج2: بشكل عام، يمكن للمُحَلِّل الكهربائي إجراء نوع واحد فقط من التحليل الكهربائي في وقت واحد. ومع ذلك، يمكن لبعض أجهزة التحليل الكهربائي متعددة الأغراض إجراء أنواع مختلفة من التحليل الكهربائي في وقت واحد من خلال تغيير المفتاح أو تغيير خلية التحليل الكهربائي.

س3: كم مرة يحتاج المُحَلِّل الكهربائي إلى الصيانة؟

ج3: يرتبط تواتر صيانة المُحَلِّل الكهربائي ارتباطًا وثيقًا باستخدامه وبيئة العمل. ومع ذلك، بشكل عام، فإن مرة أو مرتين من الصيانة سنويًا كافية للمُحَلِّل الكهربائي.

س4: هل يمكن استبدال خلية التحليل الكهربائي للمُحَلِّل الكهربائي؟

ج4: نعم، في العديد من الحالات، يمكن استبدال خلية التحليل الكهربائي للمُحَلِّل الكهربائي. ومع ذلك، من المهم اختيار خلية تحليل كهربائي مناسبة تتوافق مع معلمات تشغيل المُحَلِّل الكهربائي.