تحضير الهيدروجين بالتحلل الكهربائي للماء

المؤلف:  الدكتور محمد رأفت اسماعيل والدكتور علي الجمعان

المصدر:  الطاقة المتجددة

الجزء والصفحة:  135

23-7-2021

2757

تحضير الهيدروجين بالتحلل الكهربائي للماء

تعتبرهذه الطريقة أبسط الطرق لمعروفة للحصول على الهيدروجين من الماء واكثرها إنتشارا. يظهر الشكل (١) جهاز مخبري بسيط لتحيل الماءكهربيا. يسمى مثل هذا الجهاز تغلية التحليل الكهربي. وتتألف هذه الخلية من وعاء زجاجي يحوي محلول إلكتروليتي (محلول حمضي أو قلوي) .

يحتوي الوعاء على قضيبين أو صفيحتين من البلاتين ، يتصل أحدهما بالقطب الموجب لمولد كهربائي ويسمى (المصعد) ، والآخر بالقطب السالب للمولد الكهربائي ويسمى المهبط . وإذا كان فرق الجهد بين المصعد والمهبط حوالي 1.5 فولت بإمرار تياركهربي في الدائرة نلاحظ تصاعد فقاعات من غاز الهيدروجين على المهبط ، وفقاعات من غاز الأكسجين على المصعد . ويكون ذلك نتيجة تحلل الماء في المحلول الالكتروليت إلى أيونات الهيدروجين الموجبة وأيونات الأكسجين السالبة .

وتنتقل أيونات الهيدروجين إلى المهبط لتأخذ منه إلكترونات (يكتسب كل أيون إلكترون واحد) وتتحول إلى ذرات هيدروجين ، وتتحد كل ذرتين لتكونا جزىء هيدروجين يتصاعد عند المهبط . أما أيونات الأكسجين فتتجه إلى المصعد حيث تعطى له إلكترونات (يفقدكل أيون إلكترونين) وتتحول بالتالي إلى ذرات فجزيئات تتصاعد عند المصعد بنفس طريقة غاز الهيدروجين.

وتتألف أجهزة التحلل الكهربي في الصناعة من عددكبير من خلايا متتاجهة من ناحية التركيب ومبدأ عملها كتلك المبينة في الشكل (١) ولكنها تختلف عنها بطبيعة المواد المستعملة فيها إذ تستعمل معظم هذه الأجهزة الفولاذ كمهبط والنيكل كمصعد . أما الألكتروليت المستعمل فهو غالبا محلول مالي لأملاح البوتاسيوم . تبلغ درجة الحرارة في هذه الخلايا ٦٠ إلى ٩٠ درجة مثوية ، كما يبلغ فرق الجهد بين المصعد والمهبط 109 إلى 203 فولت وشدة التيار الكهربي المار في وحدة السطح من المصعد أوالمهبط ١٥٠ إلى ٢٠٠ ملي أمبير لكل ستتيمتر مربع . ويستهلك إنتاج واحد متر مكعب من غاز الهيدروجين (في درجة ٢٥ مئوية وضغط جوي نظامي) في معظم الأجهزة المنتشرة في وقتنا الحاضر كمية من الكهرباء تتراوح بين 4.50 إلى 4.85 كيلو وات ساعة . وهذا ما يجعل تكاليف إنتاج الهيدروجين حسب هذه الطريقة بالأجهزة المتوفرة مرتفع نسبيا لذلك تتركز الأنجاث حاليا على نحسين المردود لهذه الخلايا .

ويتعلق مردود أجهزة التحلل الكهربي (كمية الهيدروجين المنتجة /كمية الكهرباء اللازمة) بفرق الجهد بين المصعد والمهبط وبكثافة التيار الكهربي (أي شدة التيار المار في وحدة السطح بين المصعد والمهبط ) . فيزداد هذا المردود بإزدياد كثافة التيار الكهربي حيث يؤدي إلى زيادة سرعة تحلل الماء . كما يزداد المردود بانقاح فرق الجهد أي يتناسب معه عكسيا. لذا فإنه يلزم لتحسين المردود انقاص فرق الجهد مثلا على أن تبتقى كثافة التيار الكهربي ثابتة أو تزداد قيمتها . أو زيادة كثافة التيار مع إبقاء فرق الجهد ثابتا . إلا أن تحقيق ذلك عمليا أمراً صعباً جداً . إذ تؤدي أي زيادة لكثافة التيار الكهربي إلى رفع فرق الجهد. ومازالت هذه الطريقة ونحسينها هدفاً للبحث العلمي من أجل تحسين المردود وخفض تكاليف إنتاج الهيدروجين.