Ja mēs domājam par to, kā tiek ražota ūdeņraža degviela, mums liks jautāt, kāpēc ūdeņradi izmanto kā degvielu. Ja kurināmā elementā kā degvielu izmanto ūdeņradi, tā ir tīra degviela, kas ražo tikai ūdeni.
Daudzi resursi, tostarp dabas gāze, kodolenerģija, biomasa, un atjaunojamiem enerģijas avotiem tāpat saules un vēju, var izmantot ūdeņraža ražošanai.
Tā priekšrocības padara to par vēlamu degvielas izvēli lietojumiem, kas saistīti ar enerģijas ražošanu un transportēšanu. Tam ir daudz pielietojumu, tostarp pārnēsājama jauda, mājas, automašīnas un citi.
Ūdeņraža kurināmā elementu izmantošana kā tīrs un efektīvs aizstājējs parastajiem iekšdedzes dzinējiem ir ievērojami pieaudzis. Vienīgais ūdeņraža un skābekļa ķīmiskās mijiedarbības rezultāts šajos kurināmā elementos, kas ražo elektrību, ir ūdens.
Lai pilnībā izmantotu ūdeņraža kurināmā elementu potenciālu, ir nepieciešama sarežģīta ražošanas procedūra.
Saturs
Kā tiek ražota ūdeņraža degviela — 4 galvenās ražošanas metodes
Ir dažādi ūdeņraža degvielas ražošanas veidi. Mūsdienās elektrolīze un dabasgāzes reformēšana — termiskais process — ir visbiežāk izmantotās metodes. Bioloģiskie un ar saules enerģiju darbināmi procesi ir vēl divas pieejas.
- Termiskie procesi
- Elektrolītiskie procesi
- Ar saules enerģiju darbināmi procesi
- Bioloģiskie procesi
1. Termiskie procesi
Visizplatītākā termiskā metode ūdeņraža iegūšanai ir tvaika riformings, kas ir augstas temperatūras reakcija starp tvaiku un ogļūdeņraža degvielu, kas dod ūdeņradi.
Ūdeņradi var iegūt, pārveidojot dažādas ogļūdeņražu degvielas, piemēram, dīzeļdegvielu, dabasgāzi, gazificētas ogles, gazificētu biomasu un atjaunojamo šķidro kurināmo. Mūsdienās tvaiku reformējošā dabasgāze ražo gandrīz 95% no visa ūdeņraža.
2. Elektrolītiskie procesi
Ūdeņradi un skābekli no ūdens var iegūt, izmantojot elektrolīzes metodi. Elektrolizators ir ierīce, kas veic elektrolītiskos procesus. Tas ir līdzīgs kurināmā elementam, jo tas ražo ūdeņradi no ūdens molekulām, nevis izmanto ūdeņraža molekulas enerģiju.
3. Ar saules enerģiju darbināmi procesi
Ar saules enerģiju darbināmās sistēmās gaisma darbojas kā līdzeklis ūdeņraža ražošanai. Daži ar saules enerģiju saistīti procesi ir termoķīmiski, fotoelektroķīmiski un fotobioloģiski. Ūdeņradis tiek ražots fotobioloģiskos procesos, kas balstās uz baktēriju un zaļo aļģu dabisko fotosintēzes aktivitāti.
Izmantojot īpašus pusvadītājus, fotoelektroķīmiskās reakcijas sadala ūdeni ūdeņradī un skābeklī. Koncentrēta saules enerģija tiek izmantota saules termoķīmiskajā ūdeņraža sintēzē, lai veicinātu ūdens sadalīšanas reakcijas, bieži vien kopā ar papildu sugām, piemēram, metālu oksīdiem.
4. Bioloģiskie procesi
Mikroorganismi, piemēram, baktērijas un mikroaļģes, tiek izmantoti bioloģiskajos procesos, un šie organismi var ražot ūdeņradi bioloģisku reakciju rezultātā.
Sadalot organiskos materiālus, piemēram, biomasu vai notekūdeņus, baktērijas var ražot ūdeņradi procesā, kas pazīstams kā mikrobu biomasas konversija. Turpretim fotobioloģiskie procesi izmanto saules gaismu kā enerģijas avotu mikrobiem.
Kā tiek ražota ūdeņraža degviela — 8 ražošanas posmi
Pēc dažādu ražošanas metožu apspriešanas apskatīsim īpašās procedūras, kas saistītas ar ūdeņraža kurināmā elementa ražošanu, sākot no izejvielu atrašanas līdz tīra enerģijas avota ražošanai. Mēs izskatīsim procedūras, kas veido elektrolītisko procesu.
- Izejvielu ieguve
- Katalizatora sagatavošana
- Membrānas elektrodu montāžas (MEA) izgatavošana
- Bipolāro plākšņu ražošana
- Degvielas elementu skursteņa montāža
- Augu sastāvdaļu līdzsvars
- Kvalitātes kontrole un pārbaude
- Izvēršana un integrācija
1. Izejvielu ieguve
Ūdeņraža kurināmā elementu būvniecībai nepieciešamo izejvielu iepirkums ir pirmais solis ražošanas procesā. Būtiskās sastāvdaļas ir materiāli uz oglekļa bāzes bipolārajām plāksnēm, polimēri elektrolīta membrānai un platīns vai citi katalizatori elektrodu reakcijām.
Šie materiāli parasti tiek iegūti no daudziem pārdevējiem, un tiem tiek veiktas stingras kvalitātes nodrošināšanas procedūras, lai garantētu to piemērotību kurināmā elementu ražošanai.
2. Katalizatora sagatavošana
Katalizators, kas bieži ir izgatavots no platīna, ir būtisks degvielas elementa spējai veikt elektroķīmiskas reakcijas.
Lai iegūtu ļoti aktīvu un stabilu katalizatora slāni, katalizatora materiālu apstrādā un ražo, izmantojot dažādas metodes, tostarp ķīmisko nogulsnēšanos un fizikālo tvaiku pārklāšanu.
Pēc tam elektrodu virsmas pārklāj ar šo slāni, izmantojot tādas metodes kā smidzināšanas pārklājums vai sietspiede.
3. Membrānas elektrodu montāžas (MEA) izgatavošana
Ar katalizatoru pārklātie elektrodi un polimēra elektrolīta membrāna veido membrānas elektrodu komplektu, kas ir būtiska degvielas šūnas sastāvdaļa. Polimēru elektrolīta membrāna ir rūpīgi izgatavota un veidota, lai tā atbilstu kurināmā elementu kaudzes arhitektūrai.
Tas parasti sastāv no perfluorsulfonskābes polimēra. Pēc tam MEA tiek veidots, integrējot ar katalizatoru pārklātos elektrodus katrā membrānas pusē.
4. Bipolāro plākšņu ražošana
Kurināmā elementu kaudzē bipolārās plāksnes ir atbildīgas par reaģentu gāzu izkliedēšanu un elektroenerģijas pārnešanu starp kurināmā elementiem. Parasti šo plākšņu izgatavošanai tiek izmantoti materiāli uz oglekļa bāzes, kas ir izturīgi pret koroziju un ir viegli.
Lai iegūtu vajadzīgo formu un struktūru, ražošanas procesā tiek izmantoti formēšanas, apstrādes vai presēšanas procesi. Kanāli un plūsmas lauki ir iekļauti arī bipolārajās plāksnēs, lai atvieglotu skābekļa un ūdeņraža gāzu efektīvu pāreju.
5. Degvielas elementu skursteņa montāža
Ūdeņraža kurināmā elementu sistēmas būtiska sastāvdaļa ir kurināmā elementu kaudze, kas sastāv no vairākiem paralēli un sērijveidā savienotiem kurināmā elementiem. Montāža sastāv no ideāli sakrautām bipolārām plāksnēm, gāzes difūzijas slāņiem un MEA.
Gāzes noplūdes novērš un labu blīvējumu nodrošina, izmantojot blīvējuma materiālus, piemēram, līmvielas un blīves. Skursteņa komplekts ir izveidots tā, lai radītu vislielāko jaudu, vienlaikus saglabājot ideālu dzesēšanas šķidruma un gāzes plūsmu.
6. Augu sastāvdaļu līdzsvars
Pilnai kurināmā elementu sistēmai papildus kurināmā elementu kaudzei ir nepieciešams vairākas iekārtas (BOP) komponentu līdzsvars. Tie sastāv no mitrinātājiem, dzesēšanas sistēmām, ūdeņraža un skābekļa padeves sistēmām un jaudas elektronikas elektriskās jaudas pārvaldīšanai un regulēšanai.
Lai nodrošinātu atbilstošu degvielas un dzesēšanas šķidruma plūsmu, siltuma vadību un elektrisko savienojumu, BOP komponenti ir integrēti kopējā sistēmas dizainā.
7. Kvalitātes kontrole un pārbaude
Ražošanas procesā tiek izmantotas stingras kvalitātes kontroles procedūras, lai garantētu katra kurināmā elementa uzticamību un efektivitāti. Vairākos posmos tiek veiktas kvalitātes pārbaudes, piemēram, vizuālā pārbaude, elektriskā pārbaude un veiktspējas pārbaudes.
Galīgo kurināmā elementu komplektu pilnīga pārbaude tiek veikta, lai apstiprinātu to elektrisko jaudu, izturību, efektivitāti un drošību. Lai atbilstu nepieciešamajiem kvalitātes standartiem, visas bojātās šūnas vai sastāvdaļas tiek atrastas un nomainītas.
8. Izvēršana un integrācija
Kurināmā elementi ir sagatavoti izvietošanai un integrācijai dažādās lietojumprogrammās pēc to veiksmīgas ražošanas un testēšanas. Pārnēsājama elektronika, stacionāras enerģijas ražošanas iekārtas un automašīnas var ietilpt šajā kategorijā.
Lai izveidotu noderīgu un efektīvu ar ūdeņradi darbināmu ierīci, integrācijas procedūra ietver degvielas šūnu sistēmas savienošanu ar nepieciešamajām palīgsistēmām, piemēram, ūdeņraža uzglabāšanas tvertnēm, gaisa ieplūdes sistēmām un jaudas vadības blokiem.
Secinājumi
Ūdeņraža kurināmā elementu ražošana ir daudzpakāpju process, kas sākas ar izejvielu iegādi un beidzas ar kurināmā elementu sistēmu integrāciju.
Šis sarežģītais process garantē tīru, uzticamu un efektīvu enerģijas avotu ražošanu, kas spēj pilnībā pārveidot elektroenerģijas ražošanu, transportu un citas nozares.
Ūdeņraža kurināmā elementu ražošanas process vienmēr attīstās, pateicoties nepārtrauktai izpētei un attīstībai, kas veicina ilgtspējīgu enerģijas risinājumu izstrādi.
Ieteikumi
- 20 fakti par hidroenerģiju, ko jūs nekad nezināt
. - Ar ūdeņradi darbināmi transportlīdzekļi: ziniet plusi un mīnusi
. - Kā darbojas hidroelektrostacija
. - Vides hidroloģiskais cikls
. - Kā metāns ietekmē globālo sasilšanu?
No sirds kaislīgs vides aizstāvis. Vadošais satura autors uzņēmumā EnvironmentGo.
Es cenšos izglītot sabiedrību par vidi un tās problēmām.
Tas vienmēr ir bijis par dabu, mums ir jāsargā, nevis jāiznīcina.