Elektrochemische Koproduktion von Wasserstoff, Sauerstoff, Natriumhydroxid und Salzsäure aus Sole mittels direkter Elektrosynthese mit Chlorunterdrückung

Die Wasserstoffproduktion gewinnt als kohlenstoffarmer Energieträger zunehmend an Interesse. Während die Technologien zur Herstellung von H2 durch Dampfreformierung von Methan und elektrolytische Wasserspaltung gut entwickelt sind, gewinnt die Verwendung von Soleelektrolyse aufgrund der Machbarkeit der Produktion mehrerer hochwertiger Mitprodukte, einschließlich Säuren, Basen und O2, zunehmend an Aufmerksamkeit. Allerdings verbraucht die konventionelle Methode zur gleichzeitigen Herstellung von Säure und Base mittels bipolarem Membran-Elektrodialyse (BMED) erhebliche Energie und hat eine komplexe Prozesskonfiguration. Darüber hinaus ist es wichtig, die Cl2-Gasentwicklung während der Soleelektrolyse zu unterdrücken und stattdessen HCl zu produzieren. Diese Studie untersucht die Leistung und wirtschaftliche Rentabilität von drei verschiedenen Soleelektrolysesystemen: direkter Elektrosynthese (DE) ohne bipolare Membran, Anionenaustauschmembranen (AEM) und Kationenaustauschmembranen (CEM), unter Verwendung einer neuen Mangan-Molybdän-beschichteten Titan (MnMo/Ti) Elektrode, die die Cl2-Gasentwicklung unterdrückt. Die Ergebnisse zeigen, dass das DE-MnMo/Ti-Systems 0,005 mol H2, 0,0041 mol O2, 0,37 M NaOH und 0,2 M HCl (∼98 % Reinheit) produzierte. Im Vergleich zur reinen Wasserelektrolyse bietet die Soleelektrolyse ein höheres wirtschaftliches Potenzial durch die Produktion von wertschöpfenden Produkten wie O2, NaOH und HCl. Die jährlich generierten Einnahmen durch den vorgeschlagenen Ansatz sind viermal höher als die der alkalischen Elektrolyse mit reinem Wasser, obwohl die H2-Ausbeuten im Vergleich zur Wasserelektrolyse niedriger sind. Durch die Erschließung der Machbarkeit der Nutzung von minderwertigen Sole für die Soleelektrolyse werden die mit der Produktion von Trinkwasser durch energieintensive Entsalzungsprozesse verbundenen Energiebedarfe umgangen. Daher hebt diese Studie das Potenzial der Soleelektrolyse mit dem DE-MnMo/Ti-Systems als wirtschaftlich gangbaren und umweltfreundlichen Weg zur Produktion von H2, NaOH, HCl und O2 hervor.