Waterstofproductie is een sleuteltechnologie voor de energietransitie en industriële processen, vooral in de chemische, energie- en auto-industrie. Zuiver water is een essentiële voorwaarde voor veel waterstofproductieprocessen, zoals elektrolyse, een van de meest efficiënte en duurzame methoden. De kwaliteit van het gebruikte water heeft een beslissende invloed op de efficiëntie, levensduur en operationele veiligheid van de systemen. Ultrazuiver water en volledig gedemineraliseerd water (demiwater) voldoen aan de hoge eisen voor deze processen.
Inhoudsopgave
Het belang van waterkwaliteit bij waterstofproductie
Bij de productie van waterstof, met name door elektrolyse, wordt water afgebroken in waterstof (H₂) en zuurstof (O₂). De zuiverheid van het gebruikte water is cruciaal, omdat onzuiverheden corrosie, vervuiling of membraanschade in de elektrolysecellen kunnen veroorzaken.
Waterkwaliteitsvereisten
Ultrazuiver water voor elektrolyse:
- Leitfähigkeit: Extrem niedrige Werte (< 0,1 µS/cm), um elektrische Kurzschlüsse und Ablagerungen in den Elektroden oder Membranen zu verhindern.
- Organische verbindingen: Vrijwel geen organische onzuiverheden, omdat deze de efficiëntie van elektrolyse kunnen verstoren.
- Deeltjesvrij: zwevende deeltjes en colloïden moeten volledig worden verwijderd om mechanische schade aan de systemen te voorkomen.
- Ionenconcentratie: Geen opgeloste ionen zoals natrium, chloride of sulfaat, omdat deze tot corrosie kunnen leiden.
Gedemineraliseerd water voor technische processen:
Gedemineraliseerd water is minder zuiver dan ultrazuiver water, maar voldoet aan de vereisten voor minder kritische waterstofproductieprocessen of ondersteunende systemen zoals stoomgeneratoren.- Geleidbaarheid: lager dan 20 µS/cm.
- Hardheidsvrij: geen calcium- of magnesiumionen om afzettingen te voorkomen.
Waterbehandeling voor waterstofproductie: Inzichten en technologieën
Waterbehandeling voor de productie van waterstof vereist hoogontwikkelde technologieën om te voldoen aan de kwaliteitseisen voor ultrazuiver water en gedemineraliseerd water. De keuze van het proces hangt grotendeels af van de herkomst van het te behandelen water. Terwijl bronwater vaak vervuild is met hoge gehaltes aan hardheidsbestanddelen, ijzer of mangaan, heeft gemeentelijk water over het algemeen een gestandaardiseerde basiskwaliteit, maar bevat het vaak chloor en organische verbindingen die verwijderd moeten worden. Beide waterbronnen vereisen aangepaste behandelingsprocessen om de efficiëntie van de waterstofproductie te garanderen.
1. voorbehandeling
Voorbehandeling is cruciaal om de volgende behandelingsfasen te beschermen tegen vervuiling en om een consistente waterkwaliteit te garanderen. Het wordt aangepast aan de specifieke vervuiling van het ruwe water.
Herkomst van het water en specifieke vereisten
- Bronwater:
- Vaak verhoogde concentraties van ijzer, mangaan en hardheidsbestanddelen.
- Mogelijke troebelheid door colloïdale deeltjes of microbiologische verontreiniging.
- Vereist extra stappen zoals ontijzering, demanganisatie of precipitatie en flocculatie.
- Stadswater:
- Chloor en desinfectiebijproducten moeten worden verwijderd omdat ze membranen en ionenwisselaarharsen kunnen beschadigen.
- Organische verbindingen en geurstoffen vormen een uitdaging.
- Actieve koolstoffilters spelen een belangrijke rol.
Typische voorbehandelingsprocessen
- Meerlagenfilter:
Verwijdert zwevende deeltjes, deeltjes en grove onzuiverheden. De gelaagdheid van kwartszand, antraciet en grind houdt deeltjes van verschillende grootte efficiënt tegen. - Actieve koolstoffilters:
Adsorbeert chloor, organische verbindingen en geuren. Actieve kool beschermt stroomafwaartse membranen tegen chemische schade. - Precipitatie en flocculatie:
Colloïdale deeltjes, fosfaten of opgeloste metalen worden door chemische reacties omgezet in vaste deeltjes, die vervolgens worden verwijderd door bezinking of filtratie.
Foto: Ons dubbele filtratiesysteem met zand en actieve kool
2. membraanproces
Membraanprocessen vormen de ruggengraat van waterbehandeling voor waterstofproductie, vooral wanneer ultrazuiver water nodig is.
Omgekeerde osmose (RO):
- Functie:
Bij omgekeerde osmose wordt het ruwe water onder hoge druk door semi-permeabele membranen geperst die opgeloste zouten, organische stoffen en microverontreinigingen bijna volledig tegenhouden. - Prestaties:
Verwijdert tot 99 % van opgeloste zouten en verontreinigende stoffen. Bijzonder geschikt voor het verwijderen van zware metalen, nitraten en organische residuen. - Toepassing:
Eerste hoofdfase van demineralisatie, vooral voor water met een hoog geleidingsvermogen of zoutgehalte.
Elektrodeïonisatie (EDI):
- Functie:
Een combinatie van ionenuitwisseling en elektrochemie die continu ultrazuiver water produceert. De harsen worden geregenereerd door elektrische velden zonder dat er chemische regeneratiemiddelen nodig zijn. - Leistungsfähigkeit:
Erreicht Leitfähigkeitswerte von < 0,1 µS/cm. - Toepassing:
Ideale aanvulling op omgekeerde osmose om de laatste restjes ionen te verwijderen en aan de hoogste zuiverheidseisen te voldoen.
Afbeelding: Ons ALMA OSMO omgekeerde osmose systeem voor de productie van gedemineraliseerd water
3. ionenwisselaar
Ionenwisselaars zijn onmisbaar voor de selectieve verwijdering van specifieke ionen uit water. Ze kunnen flexibel worden ingezet en zijn zuinig, vooral bij wisselende ruwwaterkwaliteiten.
- Anionenwisselaars:
Verwijder chloride-, nitraat- en sulfaationen die corrosie of vervuiling kunnen veroorzaken. - Kationenwisselaar:
Verwijdert hardheidsvormers zoals calcium en magnesium, die tot aanslag leiden. - Mixed bed harsen:
Combineren anion en kation wisselaars en zorgen voor bijzonder zuiver water. Vaak gebruikt in combinatie met EDI.
Voordelen van ionenwisselaars:
- Hoge selectiviteit voor specifieke ionen.
- Regeneratieve harsen verminderen het chemicaliënverbruik.
- Geschikt voor de productie van gedemineraliseerd water en als polijststap voor ultrapuur water.
Foto: Ons ALMA ION ionenwisselaarsysteem met voorwaarts ALMA FIL meerlagenfilter
Belangrijke technologische processen in de praktijk
De specifieke combinatie van technologieën hangt af van de kwaliteit van het ruwe water en de uiteindelijke vereisten. Typische voorbeelden zijn
Combinatie van omgekeerde osmose en EDI:
- Toepassing: Productie van ultrazuiver water voor protonuitwisselingsmembraanelektrolysers (PEMEL).
- Voordeel: vrijwel chemievrije werking en consistente kwaliteit.
Ionenwisselaar voor gedemineraliseerd water:
- Toepassing: Productie van gedeïoniseerd water voor alkaline elektrolysers.
- Voordeel: hoge flexibiliteit en eenvoudige integratie in bestaande systemen.
Foto: Ons ultrazuiver watersysteem met ontharding, omgekeerde osmose en EDI, voor kleine waterstromen
Toepassingsgebieden voor waterstofproductie
Industriële waterstofproductie vereist water met een hoge zuiverheidsgraad voor een groot aantal toepassingen:
energie-industrie:
- Waterstofproductie op basis van elektrolyse voor brandstofcellen en power-to-gastoepassingen.
Chemische industrie:
- Productie van waterstof als uitgangsmateriaal voor de productie van ammoniak en methanol.
Auto-industrie:
- Waterstof voor brandstofcelvoertuigen (FCEV).
Metallurgie:
- Gebruik van waterstof als reductiemiddel bij de productie van staal.
farmaceutische en elektronica-industrie:
- Ultrazuiver water voor gevoelige productieprocessen met de hoogste eisen.
Conclusie
De productie van waterstof is nauw verbonden met de beschikbaarheid van zeer zuiver water. De productie van ultrazuiver en gedemineraliseerd water vereist het gerichte gebruik van moderne waterbehandelingstechnologieën zoals omgekeerde osmose, EDI en ionenwisselaars. Het waarborgen van de waterkwaliteit is niet alleen cruciaal voor de efficiëntie en levensduur van de systemen, maar ook voor het duurzame gebruik van hulpbronnen. Dankzij innovatieve installatieconcepten en modulaire systemen kan op betrouwbare en economische wijze worden voldaan aan de eisen van de waterstofindustrie.
Voor meer informatie over onze producten kunt u altijd contact met ons opnemen!
