Jei pagalvosime apie tai, kaip gaminamas vandenilinis kuras, paklausime, kodėl vandenilis naudojamas kaip kuras. Na, kai vandenilis naudojamas kaip kuras kuro elemente, tai yra švarus kuras, gaminantis tik vandenį.
Daugybė išteklių, įskaitant gamtinės dujos, atominė energija, biomasėir atsinaujinantys energijos šaltiniai kaip saulės ir vėjas, gali būti naudojami vandenilio gamybai.
Dėl jo pranašumų jis yra pageidautinas kuro pasirinkimas energijos gamybai ir transportavimui. Jis naudojamas daugeliui naudojimo būdų, įskaitant nešiojamąjį maitinimą, namus, automobilius ir kt.
Vandenilio kuro elementų naudojimas kaip švarus ir veiksmingas pakaitalas įprastiniais vidaus degimo varikliais gerokai išaugo. Vienintelis cheminės vandenilio ir deguonies sąveikos rezultatas šiuose kuro elementuose, gaminančiuose elektrą, yra vanduo.
Norint visiškai išnaudoti vandenilio kuro elementų potencialą, reikalinga sudėtinga gamybos procedūra.
Turinys
Kaip gaminamas vandenilio kuras – 4 pagrindiniai gamybos metodai
Yra įvairių vandenilio kuro gamybos būdai. Šiais laikais elektrolizė ir gamtinių dujų reformavimas – terminis procesas – yra dažniausiai naudojami metodai. Biologiniai ir saulės energija varomi procesai yra dar du būdai.
- Šiluminiai procesai
- Elektrolitiniai procesai
- Saulės energija varomi procesai
- Biologiniai procesai
1. Šiluminiai procesai
Labiausiai paplitęs terminis vandenilio gamybos būdas yra garų riformingas, kuris yra aukštos temperatūros reakcija tarp garų ir angliavandenilio kuro, iš kurio gaunamas vandenilis.
Vandenilis gali būti gaminamas reformuojant įvairius angliavandenilių degalus, tokius kaip dyzelinas, gamtinės dujos, dujofikuota anglis, dujofikuota biomasė ir atsinaujinantis skystasis kuras. Šiais laikais iš garų reformavimo gamtinių dujų gaunama beveik 95 % viso vandenilio.
2. Elektrolitiniai procesai
Vandenilis ir deguonis gali būti išgaunami iš vandens naudojant elektrolizės metodą. Elektrolizatorius – prietaisas, atliekantis elektrolitinius procesus. Jis panašus į kuro elementą tuo, kad gamina vandenilį iš vandens molekulių, o ne naudoja vandenilio molekulės energiją.
3. Saulės energija varomi procesai
Saulės energija varomose sistemose šviesa veikia kaip vandenilio gamybos agentas. Kai kurie saulės veikiami procesai yra termocheminiai, fotoelektrocheminiai ir fotobiologiniai. Vandenilis gaminamas per fotobiologinius procesus, kurie priklauso nuo natūralios bakterijų ir žaliųjų dumblių fotosintezės veiklos.
Naudojant specifinius puslaidininkius, fotoelektrocheminės reakcijos padalija vandenį į vandenilį ir deguonį. Koncentruota saulės energija naudojama saulės termocheminėje vandenilio sintezėje, siekiant paskatinti vandens skaidymo reakcijas, dažnai kartu su papildomomis rūšimis, pavyzdžiui, metalų oksidais.
4. Biologiniai procesai
Mikroorganizmai, tokie kaip bakterijos ir mikrodumbliai, naudojami biologiniuose procesuose, o šie organizmai gali gaminti vandenilį per biologines reakcijas.
Skaldydamos organines medžiagas, tokias kaip biomasė ar nuotekos, bakterijos gali gaminti vandenilį procese, vadinamame mikrobų biomasės konversija. Priešingai, fotobiologiniai procesai naudoja saulės šviesą kaip mikrobų energijos šaltinį.
Kaip gaminamas vandenilio kuras – 8 gamybos etapai
Aptarę įvairius gamybos būdus, panagrinėkime konkrečias vandenilio kuro elemento gamybos procedūras – nuo žaliavų paieškos iki švaraus energijos šaltinio gamybos. Išnagrinėsime procedūras, kurios sudaro elektrolitinį procesą.
- Žaliavų tiekimas
- Katalizatoriaus paruošimas
- Membraninio elektrodo mazgo (MEA) gamyba
- Bipolinių plokščių gamyba
- Kuro elementų kamino mazgas
- Augalų komponentų balansas
- Kokybės kontrolė ir testavimas
- Diegimas ir integravimas
1. Žaliavų tiekimas
Vandenilio kuro elementų statybai reikalingų žaliavų pirkimas yra pirmasis gamybos proceso žingsnis. Pagrindiniai komponentai yra anglies pagrindu pagamintos medžiagos bipolinėms plokštėms, polimerai elektrolitų membranai ir platina ar kiti elektrodų reakcijų katalizatoriai.
Šios medžiagos paprastai įsigyjamos iš daugelio pardavėjų, joms taikomos griežtos kokybės užtikrinimo procedūros, užtikrinančios jų tinkamumą kuro elementų gamybai.
2. Katalizatoriaus paruošimas
Katalizatorius, kuris dažnai yra pagamintas iš platinos, yra būtinas kuro elemento gebėjimui atlikti elektrochemines reakcijas.
Norint pagaminti labai aktyvų ir stabilų katalizatoriaus sluoksnį, katalizatoriaus medžiaga apdorojama ir gaminama naudojant įvairius metodus, įskaitant cheminį nusodinimą ir fizinį nusodinimą garais.
Tada elektrodų paviršiai padengiami šiuo sluoksniu, naudojant tokius metodus kaip purškimas arba šilkografija.
3. Membraninio elektrodo mazgo (MEA) gamyba
Katalizatoriumi padengti elektrodai ir polimero elektrolito membrana sudaro membraninį elektrodą, kuris yra esminė kuro elemento dalis. Polimero elektrolito membrana yra kruopščiai pagaminta ir suformuota taip, kad atitiktų kuro elementų kamino architektūrą.
Paprastai jis sudarytas iš perfluorsulfonrūgšties polimero. Vėliau MEA susidaro integruojant katalizatoriumi padengtus elektrodus į kiekvieną membranos pusę.
4. Bipolinių plokščių gamyba
Kuro elementų krūvoje dvipolės plokštės yra atsakingos už reaguojančių dujų išsklaidymo ir elektros perdavimo tarp kuro elementų. Paprastai šioms plokštėms gaminti naudojamos anglies pagrindu pagamintos medžiagos, kurios yra atsparios korozijai ir yra lengvos.
Norint pasiekti reikiamą formą ir struktūrą, gamybos proceso metu naudojami formavimo, apdirbimo arba presavimo procesai. Kanalai ir srauto laukai taip pat yra įtraukti į dvipolies plokštes, kad būtų lengviau efektyviai praleisti deguonies ir vandenilio dujas.
5. Kuro elementų kamino mazgas
Esminis vandenilio kuro elementų sistemos komponentas yra kuro elementų kaminas, sudarytas iš kelių lygiagrečiai ir nuosekliai sujungtų kuro elementų. Agregatas sudarytas iš puikiai sukrautų bipolinių plokščių, dujų difuzijos sluoksnių ir MEA.
Dujų nuotėkio išvengiama ir geras sandarumas užtikrinamas naudojant sandarinimo medžiagas, tokias kaip klijai ir tarpikliai. Kamino mazgas pagamintas taip, kad išgautų didžiausią galią, išsaugant idealų aušinimo skysčio ir dujų srautą.
6. Augalų komponentų balansas
Visiškai kuro elementų sistemai, be kuro elementų kamino, reikia kelių gamyklos (BOP) komponentų balanso. Jas sudaro drėkintuvai, aušinimo sistemos, vandenilio ir deguonies tiekimo sistemos ir galios elektronika, skirta valdyti ir reguliuoti elektros išvestį.
Siekiant užtikrinti tinkamą degalų ir aušinimo skysčio srautą, šilumos valdymą ir elektros ryšį, BOP komponentai yra integruoti į bendrą sistemos dizainą.
7. Kokybės kontrolė ir testavimas
Gamybos proceso metu taikomos griežtos kokybės kontrolės procedūros, užtikrinančios kiekvieno kuro elemento patikimumą ir efektyvumą. Keliais etapais atliekami kokybės patikrinimai, pvz., vizualinė apžiūra, elektrinis bandymas ir veikimo peržiūra.
Atliekamas visiškas galutinių kuro elementų rinkinių bandymas, siekiant patvirtinti jų elektros galią, ilgaamžiškumą, efektyvumą ir saugumą. Kad atitiktų reikiamus kokybės standartus, surandami ir pakeičiami sugedę elementai ar komponentai.
8. Diegimas ir integravimas
Kuro elementai yra paruošti diegti ir integruoti į įvairias programas po sėkmingo jų gamybos ir bandymo. Į šią kategoriją gali patekti nešiojama elektronika, stacionari elektros energijos gamybos įranga ir automobiliai.
Norint sukurti naudingą ir efektyvų vandeniliu varomą įrenginį, integravimo procedūra apima kuro elementų sistemos prijungimą prie reikalingų pagalbinių sistemų, tokių kaip vandenilio talpyklos, oro įsiurbimo sistemos ir galios valdymo blokai.
Išvada
Vandenilio kuro elementų gamyba yra kelių etapų procesas, kuris prasideda nuo žaliavų įsigijimo ir baigiasi kuro elementų sistemų integravimu.
Šis sudėtingas procesas garantuoja švarių, patikimų ir efektyvių energijos šaltinių, galinčių visiškai pakeisti energijos gamybą, transportavimą ir kitas pramonės šakas, gamybą.
Vandenilio kuro elementų gamybos procesas nuolat vystosi dėl nuolatinių tyrimų ir plėtros, o tai skatina kurti tvarius energijos sprendimus.
Rekomendacijos
- 20 faktų apie hidroenergetiką, kurių niekada nežinojote
. - Vandeniliu varomos transporto priemonės: žinokite privalumus ir trūkumus
. - Kaip veikia hidroelektrinė
. - Aplinkos hidrologinis ciklas
. - Kaip metanas veikia visuotinį atšilimą?
Iš širdies aistringas aplinkosaugininkas. „EnvironmentGo“ pagrindinis turinio rašytojas.
Stengiuosi šviesti visuomenę apie aplinką ir jos problemas.
Visada buvo kalbama apie gamtą, turime saugoti, o ne naikinti.