Mengapa Elektrolisis Alkali Unggul dengan Air Berkualiti Rendah

Sains di Sebalik Rintangan Alkali: Peranan Ion Hidroksida (OH–)

Elektroliser alkali berfungsi dengan menggunakan ion hidroksida OH negatif dalam elektrolit cecair mereka, biasanya larutan kalium hidroksida atau natrium hidroksida sekitar 20 hingga 30 peratus. Ini mencipta persekitaran pH tinggi yang membantu meneutralkan pencemar asid yang mengganggu seperti klorida dan sulfat yang terdapat dalam banyak sumber air. Komposisi kimia ini memberikan sistem-sistem ini rintangan semula jadi terhadap bendasing, jadi mereka tidak memerlukan air yang sangat tulen seperti yang diperlukan oleh sistem PEM. Dan kita semua tahu bahawa sistem PEM mempunyai masalah keracunan mangkin akibat pelbagai pencemar. Laporan terkini daripada Majlis Hidrogen pada tahun 2024 sebenarnya menunjukkan sesuatu yang menarik juga — ion OH negatif meningkatkan kekonduksian ionik kira-kira 1.7 kali lebih baik daripada keadaan normal. Ini bermakna sistem tersebut boleh beroperasi dengan lancar walaupun pepejal terlarut hadir pada tahap sehingga 500 bahagian sejuta, menjadikannya cukup fleksibel untuk pelbagai persekitaran operasi.

Bagaimana Elektrolit Cecair Menampan Terhadap Bendasing Lazim

Elektrolit alkali yang beredar berfungsi sebagai penampan bendasing dinamik:

• Ion logam berat mendapan sebagai hidroksida yang tidak larut, meminimumkan penyumbatan elektrod
• Zarah terampai ditahan di dalam matriks elektrolit dan tidak menyumbat komponen kritikal
• Ion bikarbonat terurai kepada CO₂ dan air dalam keadaan alkali, mengelakkan masalah silang gas

Pengujian menunjukkan sistem alkali mengekalkan kecekapan 92% dengan air suapan yang mengandungi 100 ppm silika, manakala prestasi PEM menurun sebanyak 18% dalam keadaan yang sama. Ketahanan ini telah mendorong Konsortium Elektrolizer Global merekomendasikan teknologi alkali untuk sumber air payau atau air berkualiti rendah.

Contoh Dunia Sebenar: Penghasilan Hidrogen Menggunakan Air Sungai dalam Projek Perintis

Projek perintis di Asia Tenggara pada tahun 2023 berjaya mengendalikan elektrolizer alkali menggunakan air sungai yang tidak dirawat (pH 6.8, kekeruhan 25 NTU), hanya memerlukan enap cepat asas. Selepas 8,000 jam operasi berterusan, tiada penurunan voltan diperhatikan, menunjukkan:

• Pengurangan 3.3% dalam kos hidrogen termeterai berbanding sistem PEM yang bergantung kepada deionisasi
• permintaan tenaga pra-rawatan 45% lebih rendah
• Kebolehlaksanaan untuk pemasangan berskala di kawasan yang tiada infrastruktur air ultra tulen

Keputusan ini menyerlahkan kelebihan praktikal sistem alkali dalam persekitaran tersebar atau terhad sumbernya.

Alkali berbanding Elektroliser PEM: Perbandingan Keperluan Ketulenan Air

Tuntutan Ketat Ketulenan Air bagi Elektroliser PEM dan AEM

Bagi elektroliser PEM (Membran Pemindah Proton) dan AEM (Membran Pemindah Anion), penggunaan air terion bebas yang mempunyai rintangan lebih daripada 1 MΩ·cm adalah sangat perlu untuk mengelakkan masalah seperti penyumbatan membran dan kerosakan katalis pada masa hadapan. Apabila sistem-sistem ini bersentuhan dengan air yang mengandungi lebih daripada 50 bahagian per bilion ion logam, prestasi menurun secara ketara dengan kehilangan kecekapan antara 15% hingga 20% seperti dilaporkan oleh Hyfindr baru-baru ini. Sistem beralkali pula mempunyai cerita yang berbeza. Mereka mampu mengendalikan bendasing pada tahap 10 hingga 100 kali lebih tinggi daripada apa yang boleh dikendalikan oleh PEM kerana elektrolit KOH cecair mereka bertindak sebagai perisai terhadap pencemar. Ini menjadikannya jauh lebih bertolak ansur dari segi keperluan kualiti air.

Kompromi Kecekapan: Adakah Prestasi PEM Menggambarkan Kepatuhan Terhadap Keperluan Kemurniannya?

Elektroliser PEM beroperasi pada kecekapan yang lebih baik, iaitu sekitar 75 hingga 80 peratus berbanding kira-kira 60 hingga 70 peratus yang dilihat pada unit alkali. Namun, terdapat kelemahan di sini kerana kos pengendaliannya agak tinggi apabila berkaitan dengan pengekalan air yang cukup tulen untuk operasi. Untuk menghasilkan hanya satu kilogram hidrogen, sistem PEM memerlukan antara sembilan hingga dua belas liter air terionkan menurut penyelidikan ACS Industries pada tahun 2025. Jumlah ini jauh melebihi lima hingga lapan liter yang diperlukan oleh kaedah alkali tradisional. Tambahan pula, teknologi PEM sangat bergantung kepada mangkin kumpulan platinum yang mahal, maka kos keseluruhan menjadi 25% hingga sebanyak 40% lebih tinggi berbanding sistem alkali dalam jangka masa panjang. Oleh itu, walaupun dari segi teknikalnya lebih cekap, perbelanjaan tambahan ini benar-benar mengurangkan sebarang kelebihan kewangan yang mungkin ditawarkan.

Perbezaan Utama dari Segi Kepekaan Terhadap Pencemar dan Jangka Hayat Sistem

Elektroliser alkali boleh mengendalikan pelbagai jenis bendasing tanpa rosak, termasuk bahan seperti klorida, sulfat, dan juga silika yang cenderung merosakkan membran PEM dari semasa ke semasa. Keputusannya? Sistem ini tahan lebih lama dalam keadaan sebenar. Kita bercakap tentang jangka hayat pengendalian yang berkisar antara kira-kira 60,000 hingga hampir 90,000 jam untuk model alkali, iaitu kira-kira dua kali ganda daripada kebanyakan unit PEM dalam prestasi terbaik mereka (biasanya antara 30,000 hingga 45,000 jam). Satu lagi kelebihan besar teknologi alkali datang daripada rekabentuk susunan yang mudah. Kesederhanaan ini bermaksud kurang masalah dari segi penyelenggaraan dan secara ketara mengurangkan kos baiki, sering kali menjimatkan antara 35% hingga separuh berbanding pilihan lain di pasaran hari ini.

Pertumbuhan Pemasangan di Kawasan yang Mengalami Kekurangan Air dan Kawasan Pedalaman

Analisis Tren: Penggunaan di Kawasan dengan Akses Terhad terhadap Pembersihan Air Tawar

Di tempat-tempat di mana kemudahan rawatan air bersih tidak wujud atau tidak praktikal untuk dijalankan, orang semakin beralih kepada elektrolizer alkali. Sistem ini boleh berfungsi dengan hampir semua sumber air tempatan yang mereka jumpai, sama ada dari sungai atau air yang sedikit masin, tanpa memerlukan pelbagai langkah pra-pemprosesan yang canggih. Ini menjadikannya sangat berguna untuk menubuhkan stesen penjanaan hidrogen jauh dari pusat penduduk utama. Ambil satu kes ujian terkini dari tahun 2023 sebagai contoh. Mereka berjaya mengekalkan operasi pada kecekapan kira-kira 92% walaupun menggunakan air sungai mentah yang mengandungi banyak kotoran terapung serta lebih daripada 15 bahagian sejuta bahan terlarut. Kawasan Asia Pasifik telah melihat trend ini semakin berkembang kebelakangan ini. Sistem alkali memberi pilihan lain kepada masyarakat biasa selain penapis air gaya tentera yang sangat mahal. Dan jangan lupa, susunan sedemikian mengurangkan penggunaan tenaga untuk penyediaan air sebanyak kira-kira sepertiga berbanding kaedah tradisional.

Manfaat Ketahanan: Mengurangkan Kebergantungan terhadap Infrastruktur Air Deionisasi

Dengan menggalakkan kehadiran kalsium (sehingga 50 mg/L) dan silika (sehingga 20 mg/L), elektroliser alkali menghapuskan keperluan untuk sistem osmosis songsang atau penukaran ion, yang menggunakan 2–4 kWh/m³ air dirawat. Ini secara ketara mengurangkan:

• Pelepasan karbon sebanyak 18–22% bagi setiap kilogram hidrogen yang dihasilkan
• Perbelanjaan modal untuk infrastruktur rawatan air sebanyak $400,000–$740,000 (Ponemon 2023)
• Waktu hentian penyelenggaraan yang disebabkan oleh penyumbatan membran dalam unit penapisan

Kecemerlangan ini selaras dengan Matlamat Pembangunan Mampan Pertubuhan Bangsa-Bangsa Bersatu 6, khususnya di kawasan gersang di mana kurang daripada 5% air yang tersedia secara semula jadi memenuhi piawaian keaslian industri, menjadikan elektrolisis alkali sebagai laluan mampan untuk pengembangan hidrogen hijau.

Soalan Lazim

• Apakah yang menjadikan elektroliser alkali lebih baik untuk air berkualiti rendah? Elektroliser alkali menggunakan ion hidroksida yang mencipta persekitaran pH tinggi, meneutralkan pencemar berasid. Struktur ini secara semula jadi rintang terhadap bendasing, berbeza dengan elektroliser PEM yang memerlukan air ultra tulen untuk mengelakkan keracunan pemangkin dan isu lain.
• Bagaimanakah elektroliser alkali mengendalikan bendasing? Elektrolit cecair mereka bertindak sebagai penampan, mengendapkan logam berat sebagai hidroksida tak larut dan menangkap zarah terampai untuk mengelakkan penyumbatan dan pendosaan elektrod.
• Mengapakah sistem alkali lebih diutamakan di kawasan terpencil dan kawasan kekurangan air? Mereka boleh beroperasi secara cekap dengan pelbagai sumber air tanpa pemprosesan awal yang meluas seperti yang diperlukan oleh sistem lain, menjadikannya sesuai untuk pengeluaran hidrogen teragih di kawasan yang mempunyai akses terhad kepada air tulen.
• Apakah implikasi kecekapan dan kos bagi elektroliser alkali berbanding PEM? Walaupun sistem PEM sedikit lebih cekap, sistem alkali adalah lebih berkesan dari segi kos kerana ia memerlukan air yang kurang tulen, menggunakan mangkin yang kurang mahal, dan tahan lebih lama, mengurangkan kos operasi secara keseluruhan.