การแยกอิเล็กโทรไลซิสเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน-การแยกด้วยไฟฟ้า ) ใช้เยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอนเป็นอิเล็กโทรไลต์ โดยปฏิกิริยาเคมีต่อไปนี้เกิดขึ้นที่ขั้วบวกและขั้วลบ:
ขั้วบวก:
2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻
แคโทด:
4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂
อิเล็กโทรไลซิส เป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าเทคโนโลยีที่ใช้หลักๆ เพื่อแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน อุปกรณ์อิเล็กโทรไลซิส ประกอบด้วยอิเล็กโทรไลเซอร์และระบบเสริม โดยส่วนประกอบหลักของอิเล็กโทรไลเซอร์ ได้แก่ อิเล็กโทรดเมมเบรน ชั้นการแพร่กระจายก๊าซ และแผ่นไบโพลาร์ อิเล็กโทรดเมมเบรนเป็นส่วนประกอบสำคัญอย่างหนึ่งของเยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอนอุปกรณ์อิเล็กโทรไลซิส เมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน (พีอีเอ็ม) เคลือบด้วยชั้นเร่งปฏิกิริยาทั้งสองด้าน ทำให้เกิดอิเล็กโทรดเมมเบรน ตัวเร่งปฏิกิริยาแคโทดโดยทั่วไปจะเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทำจากแพลตตินัม ซึ่งคล้ายกับตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้ในเซลล์เชื้อเพลิงซึ่งส่งเสริมให้เกิดประสิทธิภาพการผลิตไฮโดรเจนข้อกำหนดสำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาขั้วบวกนั้นเข้มงวดยิ่งขึ้นเนื่องจากสภาพแวดล้อมออกซิเดชันที่รุนแรงที่ด้านขั้วบวก ปฏิกิริยาการวิวัฒนาการของออกซิเจนต้องใช้สารเร่งปฏิกิริยาที่ทนต่อการออกซิเดชันและการกัดกร่อน ปัจจุบัน อิริเดียม () รูทีเนียม () และออกไซด์ของพวกมัน (เช่น และ ) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาขั้วบวกที่ใช้กันทั่วไปมากที่สุด เนื่องจากสารเหล่านี้มีเสถียรภาพและประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาที่ยอดเยี่ยม โดยรักษาประสิทธิภาพการอิเล็กโทรไลซิสที่ดีที่ความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าสูง
การเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน ()มีบทบาทสำคัญในการแยกด้วยไฟฟ้า อุปกรณ์ วัสดุ ที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่ ซีรีส์ เช่น 115 และ 117 ซึ่งมีการนำโปรตอนและความเสถียรทางเคมีสูง สามารถแยกก๊าซและโปรตอนนำไฟฟ้าได้อย่างมีประสิทธิภาพ เนื่องจากเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอนมีความบาง จึงมีความต้านทานต่ำ ทำให้อุปกรณ์อิเล็กโทรไลซิส สามารถทนต่อกระแสไฟและแรงดันสูงได้โดยไม่ต้องควบคุมแรงดันอย่างเข้มงวดทั้งสองด้านของเมมเบรน นอกจากนี้ อุปกรณ์อิเล็กโทรไลซิส สามารถเริ่มและหยุดได้อย่างรวดเร็ว ตอบสนองต่อการปรับกำลังไฟได้อย่างรวดเร็ว ทำให้เหมาะสำหรับอินพุตที่ผันผวนจากแหล่งพลังงานหมุนเวียน
ชั้นการแพร่กระจายก๊าซ () เป็นส่วนประกอบสำคัญอีกประการหนึ่งของอุปกรณ์อิเล็กโทรไลซิส โดยทั่วไปแล้ว จะทำจากวัสดุไททาเนียมที่มีรูพรุนซึ่งเคลือบด้วยโลหะมีค่า ซึ่งไม่เพียงแต่ให้สภาพการนำไฟฟ้าและความแข็งแรงเชิงกลที่ดีเท่านั้น แต่ยังมีเส้นทางการแพร่กระจายก๊าซที่สม่ำเสมอ จึงช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการแยกด้วยไฟฟ้าและการผลิตก๊าซ
การแยกด้วยไฟฟ้า เทคโนโลยีมีข้อดีหลายประการ ประการแรก การนำโปรตอนสูงและความต้านทานต่ำของเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอนทำให้เครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ ทำงานที่ความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้าสูง ส่งผลให้การผลิตไฮโดรเจนเพิ่มขึ้น ประการที่สอง โครงสร้างที่กะทัดรัดของอุปกรณ์อิเล็กโทรไลซิส ช่วยให้มีความหนาแน่นของพลังงานสูง ซึ่งช่วยให้ผลิตไฮโดรเจนได้มากในพื้นที่จำกัด นอกจากนี้ อุปกรณ์อิเล็กโทรไลซิส ยังสามารถสตาร์ทและหยุดได้อย่างรวดเร็ว โดยปรับให้เข้ากับความแปรปรวนของการผลิตพลังงานหมุนเวียน ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผสานรวมกับพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์เพื่อการผลิตไฮโดรเจนสีเขียว
อย่างไรก็ตาม,การแยกด้วยไฟฟ้า เทคโนโลยียังเผชิญกับความท้าทายบางประการ ประการแรกคือต้นทุนของตัวเร่งปฏิกิริยา โดยเฉพาะโลหะมีค่าราคาแพง เช่น อิริเดียมและรูทีเนียมที่จำเป็นสำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาขั้วบวก ซึ่งจำกัดการใช้งานในระดับขนาดใหญ่ นอกจากนี้ ความทนทานและเสถียรภาพทางเคมีของเยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอนและชั้นการแพร่กระจายของก๊าซจำเป็นต้องมีการวิจัยและเพิ่มประสิทธิภาพเพิ่มเติม ด้วยความก้าวหน้าอย่างต่อเนื่องในด้านวิทยาศาสตร์วัสดุและเทคโนโลยีการผลิต เชื่อกันว่าปัญหาเหล่านี้จะได้รับการแก้ไขอย่างค่อยเป็นค่อยไปในอนาคต
สรุปแล้ว,การแยกด้วยไฟฟ้า เทคโนโลยีดังกล่าวแสดงให้เห็นถึงศักยภาพที่สำคัญในการผลิตไฮโดรเจน โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้ร่วมกับการผลิตพลังงานหมุนเวียน ซึ่งให้ข้อได้เปรียบที่ชัดเจน ผ่านการปรับปรุงและเพิ่มประสิทธิภาพทางเทคโนโลยีอย่างต่อเนื่อง คาดว่ากระบวนการอิเล็กโทรไลซิส จะกลายเป็นหนึ่งในเส้นทางเทคโนโลยีหลักสำหรับการผลิตไฮโดรเจนสีเขียวในอนาคต โดยมีส่วนสนับสนุนที่สำคัญในการส่งเสริมและการใช้พลังงานสะอาด
