Πώς παράγεται το καύσιμο υδρογόνου – 8 βήματα παραγωγής

Αν σκεφτούμε πώς παράγεται το καύσιμο υδρογόνου, θα αναρωτηθούμε γιατί χρησιμοποιείται το υδρογόνο ως καύσιμο. Λοιπόν, όταν το υδρογόνο χρησιμοποιείται ως καύσιμο σε μια κυψέλη καυσίμου, είναι ένα καθαρό καύσιμο που παράγει αποκλειστικά νερό.

Πολυάριθμοι πόροι, συμπεριλαμβανομένων φυσικό αέριο, πυρηνική δύναμη, βιομάζα, να ΑΝΑΝΕΩΣΙΜΕΣ ΠΗΓΕΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ Μου αρέσει ηλιακός και τον άνεμο, μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή υδρογόνου.

Τα πλεονεκτήματά του το καθιστούν μια επιθυμητή επιλογή καυσίμου για εφαρμογές που περιλαμβάνουν την παραγωγή ενέργειας και τις μεταφορές. Έχει πολλές χρήσεις, όπως φορητή ενέργεια, σπίτια, αυτοκίνητα και πολλά άλλα.

Η χρήση κυψελών καυσίμου υδρογόνου ως καθαρό και αποτελεσματικό υποκατάστατο συμβατικούς κινητήρες εσωτερικής καύσης έχει αυξηθεί σημαντικά. Το μόνο αποτέλεσμα της χημικής αλληλεπίδρασης μεταξύ υδρογόνου και οξυγόνου σε αυτές τις κυψέλες καυσίμου που παράγει ηλεκτρισμό είναι το νερό.

Απαιτείται μια εξελιγμένη διαδικασία παραγωγής για την πλήρη αξιοποίηση του δυναμικού των κυψελών καυσίμου υδρογόνου.

Πώς παράγεται το καύσιμο υδρογόνου – 4 κύριες μέθοδοι παραγωγής

Υπάρχουν διάφορες τρόποι παραγωγής καυσίμου υδρογόνου. Σήμερα, η ηλεκτρόλυση και η αναμόρφωση φυσικού αερίου —μια θερμική διαδικασία— είναι οι πιο συχνά χρησιμοποιούμενες τεχνικές. Οι βιολογικές και η ηλιακή ενέργεια είναι δύο ακόμη προσεγγίσεις.

• Θερμικές διεργασίες
• Ηλεκτρολυτικές διεργασίες
• Ηλιακές Διεργασίες
• Βιολογικές Διεργασίες

1. Θερμικές διεργασίες

Η πιο κοινή θερμική μέθοδος για την παραγωγή υδρογόνου είναι η αναμόρφωση με ατμό, η οποία είναι μια αντίδραση υψηλής θερμοκρασίας μεταξύ ατμού και καυσίμου υδρογονάνθρακα που παράγει υδρογόνο.

Το υδρογόνο μπορεί να παραχθεί μέσω της αναμόρφωσης διαφόρων καυσίμων υδρογονανθράκων, όπως το ντίζελ, το φυσικό αέριο, ο αεριοποιημένος άνθρακας, η αεριοποιημένη βιομάζα και τα ανανεώσιμα υγρά καύσιμα. Σήμερα, το φυσικό αέριο που μετασχηματίζει τον ατμό παράγει σχεδόν το 95% του συνόλου του υδρογόνου.

2. Ηλεκτρολυτικές διεργασίες

Το υδρογόνο και το οξυγόνο μπορούν να εξαχθούν από το νερό χρησιμοποιώντας μια τεχνική ηλεκτρόλυσης. Ο ηλεκτρολύτης είναι μια συσκευή που εκτελεί ηλεκτρολυτικές διεργασίες. Είναι παρόμοιο με μια κυψέλη καυσίμου στο ότι παράγει υδρογόνο από μόρια νερού αντί να χρησιμοποιεί την ενέργεια ενός μορίου υδρογόνου.

3. Ηλιακές διεργασίες

Στα συστήματα που λειτουργούν με ηλιακή ενέργεια, το φως δρα ως παράγοντας για την παραγωγή υδρογόνου. Μερικές διεργασίες που οδηγούνται από τον ήλιο είναι θερμοχημικές, φωτοηλεκτροχημικές και φωτοβιολογικές. Το υδρογόνο παράγεται μέσω φωτοβιολογικών διεργασιών, οι οποίες βασίζονται στη φυσική φωτοσυνθετική δραστηριότητα των βακτηρίων και των πράσινων φυκών.

Χρησιμοποιώντας συγκεκριμένους ημιαγωγούς, οι φωτοηλεκτροχημικές αντιδράσεις διαιρούν το νερό σε υδρογόνο και οξυγόνο. Η συγκεντρωμένη ηλιακή ενέργεια χρησιμοποιείται στην ηλιακή θερμοχημική σύνθεση υδρογόνου για να τροφοδοτήσει τις αντιδράσεις διάσπασης του νερού, συχνά σε συνδυασμό με πρόσθετα είδη όπως οξείδια μετάλλων.

4. Βιολογικές διεργασίες

Μικροοργανισμοί όπως τα βακτήρια και τα μικροφύκη χρησιμοποιούνται σε βιολογικές διεργασίες και αυτοί οι οργανισμοί μπορούν να παράγουν υδρογόνο μέσω βιολογικών αντιδράσεων.

Διασπώντας οργανικά υλικά όπως η βιομάζα ή τα λύματα, τα βακτήρια μπορούν να παράγουν υδρογόνο σε μια διαδικασία γνωστή ως μετατροπή μικροβιακής βιομάζας. Αντίθετα, οι φωτοβιολογικές διεργασίες χρησιμοποιούν το ηλιακό φως ως πηγή ενέργειας για τα μικρόβια.

Πώς παράγεται το καύσιμο υδρογόνου – 8 βήματα παραγωγής

Αφού συζητήσουμε τις διάφορες μεθόδους παραγωγής, ας εξετάσουμε τις συγκεκριμένες διαδικασίες που εμπλέκονται στην παραγωγή κυψέλης καυσίμου υδρογόνου, από τον εντοπισμό πρώτων υλών έως την παραγωγή μιας καθαρής πηγής ενέργειας. Θα εξετάσουμε τις διαδικασίες που συνθέτουν την ηλεκτρολυτική διαδικασία.

• Προμήθεια πρώτων υλών
• Παρασκευή καταλύτη
• Κατασκευή συναρμολόγησης ηλεκτροδίων μεμβράνης (MEA).
• Κατασκευή διπολικών πλακών
• Συναρμολόγηση στοίβας κυψελών καυσίμου
• Ισοζύγιο Συστατικών Φυτών
• Έλεγχος ποιότητας και έλεγχος
• Ανάπτυξη και Ενοποίηση

1. Προμήθεια πρώτων υλών

Η προμήθεια των πρώτων υλών που απαιτούνται για την κατασκευή κυψελών καυσίμου υδρογόνου είναι το πρώτο βήμα στη διαδικασία παραγωγής. Τα βασικά συστατικά περιλαμβάνουν υλικά με βάση τον άνθρακα για τις διπολικές πλάκες, πολυμερή για τη μεμβράνη ηλεκτρολύτη και πλατίνα ή άλλους καταλύτες για αντιδράσεις ηλεκτροδίων.

Συνήθως αγοράζονται από πολλούς πωλητές, αυτά τα υλικά περνούν από αυστηρές διαδικασίες διασφάλισης ποιότητας για να εγγυηθούν την καταλληλότητά τους για την κατασκευή κυψελών καυσίμου.

2. Παρασκευή καταλύτη

Ο καταλύτης, ο οποίος είναι συχνά κατασκευασμένος από πλατίνα, είναι απαραίτητος για την ικανότητα της κυψέλης καυσίμου να διεξάγει ηλεκτροχημικές αντιδράσεις.

Για την παραγωγή ενός εξαιρετικά ενεργού και σταθερού στρώματος καταλύτη, το υλικό του καταλύτη υποβάλλεται σε επεξεργασία και κατασκευάζεται χρησιμοποιώντας μια ποικιλία μεθόδων, συμπεριλαμβανομένης της χημικής εναπόθεσης και της φυσικής εναπόθεσης ατμών.

Οι επιφάνειες των ηλεκτροδίων στη συνέχεια καλύπτονται με αυτό το στρώμα χρησιμοποιώντας τεχνικές όπως η επίστρωση με ψεκασμό ή η μεταξοτυπία.

3. Κατασκευή συναρμολόγησης ηλεκτροδίων μεμβράνης (MEA).

Τα επικαλυμμένα με καταλύτη ηλεκτρόδια και η μεμβράνη του πολυμερούς ηλεκτρολύτη συνθέτουν το συγκρότημα ηλεκτροδίων μεμβράνης, το οποίο αποτελεί ουσιαστικό μέρος της κυψέλης καυσίμου. Η μεμβράνη πολυμερούς ηλεκτρολύτη παράγεται και σμιλεύεται σχολαστικά ώστε να ταιριάζει με την αρχιτεκτονική στοίβας κυψελών καυσίμου.

Συνήθως αποτελείται από ένα πολυμερές υπερφθοροσουλφονικού οξέος. Το ΜΕΑ σχηματίζεται στη συνέχεια με την ενσωμάτωση των ηλεκτροδίων που είναι επικαλυμμένα με καταλύτη σε κάθε πλευρά της μεμβράνης.

4. Κατασκευή διπολικών πλακών

Σε μια στοίβα κυψελών καυσίμου, οι διπολικές πλάκες είναι υπεύθυνες για τη διασπορά των αντιδρώντων αερίων και τη μεταφορά ηλεκτρικής ενέργειας μεταξύ των κυψελών καυσίμου. Συνήθως, για την κατασκευή αυτών των πλακών χρησιμοποιούνται υλικά με βάση τον άνθρακα που είναι ανθεκτικά στη διάβρωση και είναι ελαφριά.

Για να επιτευχθεί το απαιτούμενο σχήμα και δομή, χρησιμοποιούνται διαδικασίες χύτευσης, μηχανικής κατεργασίας ή συμπίεσης κατά τη διαδικασία παραγωγής. Κανάλια και πεδία ροής περιλαμβάνονται επίσης σε διπολικές πλάκες για να διευκολύνουν την αποτελεσματική διέλευση αερίων οξυγόνου και υδρογόνου.

5. Συναρμολόγηση στοίβας κυψελών καυσίμου

Το βασικό συστατικό του συστήματος κυψελών καυσίμου υδρογόνου είναι η στοίβα κυψελών καυσίμου, η οποία αποτελείται από πολλές κυψέλες καυσίμου συζευγμένες σε παράλληλες και σειριακές διατάξεις. Το συγκρότημα αποτελείται από τέλεια στοιβαγμένες διπολικές πλάκες, στρώματα διάχυσης αερίου και ΜΕΑ.

Οι διαρροές αερίου αποτρέπονται και η καλή στεγανοποίηση εξασφαλίζεται με τη χρήση στεγανοποιητικών υλικών όπως κόλλες και παρεμβύσματα. Το συγκρότημα στοίβας είναι κατασκευασμένο για να παράγει τη μεγαλύτερη ισχύ διατηρώντας παράλληλα την ιδανική ροή ψυκτικού και αερίου.

6. Ισοζύγιο Συστατικών Φυτών

Ένα πλήρες σύστημα κυψελών καυσίμου χρειάζεται πολλά ισοζύγια εξαρτημάτων εγκατάστασης (BOP) εκτός από τη στοίβα κυψελών καυσίμου. Αυτά αποτελούνται από υγραντήρες, συστήματα ψύξης, συστήματα τροφοδοσίας υδρογόνου και οξυγόνου και ηλεκτρονικά ισχύος για τη διαχείριση και τη ρύθμιση της ηλεκτρικής παραγωγής.

Για να εξασφαλιστεί η κατάλληλη ροή καυσίμου και ψυκτικού υγρού, η θερμική διαχείριση και η ηλεκτρική συνδεσιμότητα, τα εξαρτήματα BOP είναι ενσωματωμένα στη συνολική σχεδίαση του συστήματος.

7. Έλεγχος ποιότητας και έλεγχος

Κατά τη διαδικασία κατασκευής χρησιμοποιούνται αυστηρές διαδικασίες ποιοτικού ελέγχου για την εγγύηση της αξιοπιστίας και της αποτελεσματικότητας κάθε κυψέλης καυσίμου. Σε διάφορα στάδια, πραγματοποιούνται ποιοτικοί έλεγχοι, όπως οπτική επιθεώρηση, ηλεκτρικές δοκιμές και επιθεωρήσεις απόδοσης.

Γίνεται πλήρης δοκιμή στα τελικά συγκροτήματα κυψελών καυσίμου για να επιβεβαιωθεί η ηλεκτρική απόδοση, η ανθεκτικότητα, η απόδοση και η ασφάλειά τους. Για να ικανοποιηθούν τα απαιτούμενα πρότυπα ποιότητας, τυχόν ελαττωματικά στοιχεία ή εξαρτήματα βρίσκονται και αντικαθίστανται.

8. Ανάπτυξη και Ενοποίηση

Οι κυψέλες καυσίμου προετοιμάζονται για ανάπτυξη και ενσωμάτωση σε μια σειρά εφαρμογών μετά την επιτυχή παραγωγή και δοκιμή τους. Τα φορητά ηλεκτρονικά είδη, ο σταθερός εξοπλισμός παραγωγής ενέργειας και τα αυτοκίνητα μπορούν όλα να εμπίπτουν σε αυτήν την κατηγορία.

Για την κατασκευή μιας χρήσιμης και αποτελεσματικής συσκευής υδρογόνου, η διαδικασία ολοκλήρωσης συνεπάγεται τη σύνδεση του συστήματος κυψελών καυσίμου με τα απαιτούμενα βοηθητικά συστήματα, όπως δεξαμενές αποθήκευσης υδρογόνου, συστήματα εισαγωγής αέρα και μονάδες διαχείρισης ισχύος.

Συμπέρασμα

Η κατασκευή κυψελών καυσίμου υδρογόνου είναι μια διαδικασία πολλαπλών σταδίων που ξεκινά με την προμήθεια πρώτων υλών και τελειώνει με την ενοποίηση συστημάτων κυψελών καυσίμου.

Αυτή η πολύπλοκη διαδικασία εγγυάται την παραγωγή καθαρών, αξιόπιστων και αποδοτικών πηγών ενέργειας που έχουν τη δυνατότητα να μεταμορφώσουν πλήρως την παραγωγή ενέργειας, τις μεταφορές και άλλες βιομηχανίες.

Η διαδικασία παραγωγής κυψελών καυσίμου υδρογόνου εξελίσσεται πάντα λόγω της συνεχούς έρευνας και ανάπτυξης, η οποία ωθεί την ανάπτυξη βιώσιμων ενεργειακών λύσεων.

συστάσεις

• 20 γεγονότα για την υδροηλεκτρική ενέργεια που δεν γνωρίζατε ποτέ
  .
• Οχήματα που κινούνται με υδρογόνο: Γνωρίστε τα υπέρ και τα κατά
  .
• Πώς λειτουργεί η Υδροηλεκτρική Ενέργεια
  .
• Ο Υδρολογικός Κύκλος του Περιβάλλοντος
  .
• Πώς το μεθάνιο επηρεάζει την υπερθέρμανση του πλανήτη;