Elektrolyse

Een elektrolyser (elektrolysecel) is min of meer het omgekeerde van een brandstofcel (accu, galvanische cel): een brandstofcel produceert elektriciteit door waterstof met zuurstof te laten reageren tot water terwijl een elektrolyser elektriciteit gebruikt om water te splitsen in waterstof en zuurstof. Het rendement van een elektrolyser is 70-80%.

Er bestaan verschillende soorten elektrolyers voor waterstofproductie, zoals de alkaline waterelektrolyser en de proton exchange membrane waterelektrolyser. Van deze twee types bestaat de alkaline waterelektrolyser het langst en is daarmee ook het meest ontwikkeld. De nieuwere proton exchange membrane waterelektrolyser heeft als voordeel de mogelijkheid van flexible dynamische operatie waardoor goed ingespeeld kan worden op wisselende beschikbaarheid van elektriciteit. Nadeel van het nieuwere type is het gebruik van kritieke en waardevolle materialen zoals titaan, platina, iridium voor de elektrodes en het benodigde polymeermateriaal voor het membraan. Dit type is hierdoor ook duurder (Bareiß et al., 2019).

Alkaline waterelektrolyser

Bij de alkaline waterelektrolyser (AWE) wordt gewoonlijk een waterige oplossing van kaliumhydroxide (KOH) als elektrolyt gebruikt (Santos et al., 2013). De twee elektrodes worden gescheiden door een poreus diafragma dat wel de hydroxide-ionen (OH^-) doorlaat maar niet de gevormde gassen, zodat waterstof en zuurstof van elkaar gescheiden blijven. Onderstaande figuur laat het principeschema van een AWE zien.


De deelreacties die bij de anode, resp. de kathode plaatsvinden zijn:

$$ 2 \OH^{-} → 0,5 \O_2+ \H_2\O + 2 \e^{-} $$
$$ 2 \H_2\O + 2 \e^{-} → \H_2 + 2 \OH^{-} $$

Proton exchange membrane waterelektrolyser

Een proton exchange membrane waterelektrolyser (PEMWE) gebruikt in plaats van een vloeibare elektrolyt een dunne membraan bestaande uit een polymeer als elektrolyt (Bareiß et al., 2019). Onderstaande figuur laat het principeschema inclusief de betreffende reacties zien.

Achtergrondinformatie

• alkaline waterelektrolyse^w (Santos et al., Hydrogen production by alkaline water electrolysis)
• proton exchange membrane waterelektrolyse^w (Bareiß et al., Life cycle assessment of hydrogen from ptoton exchange membrane electrolysis in future energy systems))

Bronnen

Bareiß et al., 2019, Bareiß, K., C. de la Rua, M. Möckl, T. Hamacher (1999). Life cycle assessment of hydrogen from proton exchange membrane electrolysis in future energy systems. Applied Energy 237:862-872
Santos et al., 2013, Santos, D.M.F., C.A.C. Sequeira, J.L. Figueiredo (2013). Hydrogen production by alkaline water electrolysis. Quim. Nova 36(8):1176-1193