Kako se izdela vodikovo gorivo – 8 proizvodnih korakov

Če pomislimo, kako nastane vodikovo gorivo, se bomo vprašali, zakaj se vodik uporablja kot gorivo. Ko se vodik uporablja kot gorivo v gorivni celici, je to čisto gorivo, ki proizvaja samo vodo.

Številni viri, vključno z zemeljski plin, jedrska energija, biomasain obnovljivih virov energije kot sončna in veter, se lahko uporablja za proizvodnjo vodika.

Zaradi njegovih prednosti je zaželena izbira goriva za aplikacije, ki vključujejo proizvodnjo energije in transport. Ima številne uporabe, vključno s prenosnim napajanjem, domovi, avtomobili in še več.

Uporaba vodikovih gorivnih celic kot čistega in učinkovitega nadomestka za konvencionalni motorji z notranjim zgorevanjem se je znatno povečalo. Edini rezultat kemijske interakcije med vodikom in kisikom v teh gorivnih celicah, ki proizvaja elektriko, je voda.

Za popoln izkoristek potenciala vodikovih gorivnih celic je potreben sofisticiran proizvodni postopek.

Kako se izdela vodikovo gorivo – 4 glavne proizvodne metode

Obstajajo različni načine za proizvodnjo vodikovega goriva. Dandanes sta najpogosteje uporabljeni tehniki elektroliza in reformiranje zemeljskega plina – termični proces. Biološki procesi in procesi na sončno energijo sta še dva pristopa.

• Toplotni procesi
• Elektrolitski procesi
• Procesi, ki jih poganja sončna energija
• Biološki procesi

1. Toplotni procesi

Najpogostejša termična metoda za pridobivanje vodika je parni reforming, ki je visokotemperaturna reakcija med paro in ogljikovodikovim gorivom, ki daje vodik.

Vodik je mogoče proizvesti z reformingom različnih ogljikovodikovih goriv, ​​kot so dizel, zemeljski plin, uplinjen premog, uplinjena biomasa in obnovljiva tekoča goriva. Danes zemeljski plin s parno reformo proizvede skoraj 95 % vsega vodika.

2. Elektrolitski procesi

Vodik in kisik lahko iz vode pridobimo s tehniko elektrolize. Elektrolizer je naprava, ki izvaja elektrolitske procese. Podobna je gorivni celici, saj proizvaja vodik iz molekul vode in ne izkorišča energije molekule vodika.

3. Procesi, ki jih poganja sončna energija

V sistemih na sončno energijo svetloba deluje kot sredstvo za proizvodnjo vodika. Nekaj ​​procesov, ki jih poganja sonce, je termokemičnih, fotoelektrokemičnih in fotobioloških. Vodik se proizvaja s fotobiološkimi procesi, ki temeljijo na naravni fotosintetični aktivnosti bakterij in zelenih alg.

Fotoelektrokemične reakcije z uporabo posebnih polprevodnikov vodo razdelijo na vodik in kisik. Koncentrirana sončna energija se uporablja v solarni termokemični sintezi vodika za spodbujanje reakcij cepitve vode, pogosto v povezavi z dodatnimi vrstami, kot so kovinski oksidi.

4. Biološki procesi

Mikroorganizmi, kot so bakterije in mikroalge, se uporabljajo v bioloških procesih in ti organizmi lahko proizvajajo vodik z biološkimi reakcijami.

Z razgradnjo organskih materialov, kot je biomasa ali odpadna voda, lahko bakterije proizvedejo vodik v procesu, znanem kot pretvorba mikrobne biomase. Nasprotno pa fotobiološki procesi uporabljajo sončno svetlobo kot vir energije za mikrobe.

Kako se izdela vodikovo gorivo – 8 proizvodnih korakov

Po razpravi o različnih proizvodnih metodah preučimo posebne postopke, vključene v proizvodnjo vodikove gorivne celice, od iskanja surovin do proizvodnje čistega vira energije. Preučili bomo postopke, ki sestavljajo postopek elektrolize.

• Nabava surovin
• Priprava katalizatorja
• Izdelava sklopa membranske elektrode (MEA).
• Izdelava bipolarne plošče
• Sklop sklada gorivnih celic
• Ravnovesje rastlinskih sestavin
• Kontrola in testiranje kakovosti
• Uvajanje in integracija

1. Nabava surovin

Nabava surovin, potrebnih za izdelavo vodikovih gorivnih celic, je prvi korak v proizvodnem procesu. Bistvene komponente vključujejo materiale na osnovi ogljika za bipolarne plošče, polimere za elektrolitsko membrano in platino ali druge katalizatorje za elektrodne reakcije.

Običajno pridobljeni od številnih prodajalcev, gredo ti materiali skozi stroge postopke zagotavljanja kakovosti, da se zagotovi njihova primernost za proizvodnjo gorivnih celic.

2. Priprava katalizatorja

Katalizator, ki je pogosto narejen iz platine, je bistvenega pomena za sposobnost gorivne celice za izvajanje elektrokemičnih reakcij.

Za izdelavo visoko aktivne in stabilne plasti katalizatorja je material katalizatorja obdelan in izdelan z uporabo različnih metod, vključno s kemičnim nanašanjem in fizičnim nanašanjem s paro.

Površine elektrod se nato prekrijejo s to plastjo s tehnikami, kot je pršenje ali sitotisk.

3. Izdelava sklopa membranske elektrode (MEA).

Elektrode, prevlečene s katalizatorjem, in membrana iz polimernega elektrolita sestavljajo sklop membranske elektrode, ki je bistveni del gorivne celice. Membrana polimernega elektrolita je natančno izdelana in oblikovana tako, da se ujema z arhitekturo sklada gorivnih celic.

Običajno je sestavljen iz polimera perfluorosulfonske kisline. MEA se nato oblikuje z integracijo elektrod, prevlečenih s katalizatorjem, na vsako stran membrane.

4. Izdelava bipolarne plošče

V nizu gorivnih celic so bipolarne plošče zadolžene za disperzijo reaktantov in prenos električne energije med gorivnimi celicami. Običajno se za izdelavo teh plošč uporabljajo materiali na osnovi ogljika, ki so odporni proti koroziji in so lahki.

Za dosego zahtevane oblike in strukture se med proizvodnim procesom uporabljajo postopki oblikovanja, strojne obdelave ali stiskanja. Kanali in pretočna polja so vključeni tudi v bipolarne plošče, da olajšajo učinkovit prehod plinov kisika in vodika.

5. Sklop sklada gorivnih celic

Bistveni sestavni del sistema vodikovih gorivnih celic je sklop gorivnih celic, ki je sestavljen iz več gorivnih celic, povezanih vzporedno in zaporedno. Sklop je sestavljen iz popolnoma zloženih bipolarnih plošč, plasti za difuzijo plina in MEA.

Uhajanje plina je preprečeno in dobro tesnjenje je zagotovljeno z uporabo tesnilnih materialov, kot so lepila in tesnila. Sklop sklada je narejen tako, da proizvaja največjo moč, hkrati pa ohranja idealen pretok hladilne tekočine in plina.

6. Ravnovesje rastlinskih sestavin

Celoten sistem gorivnih celic potrebuje poleg sklopa gorivnih celic več komponent za uravnoteženje obrata (BOP). Ti so sestavljeni iz vlažilcev, hladilnih sistemov, sistemov za oskrbo z vodikom in kisikom ter močnostne elektronike za upravljanje in regulacijo električne moči.

Da bi zagotovili ustrezen pretok goriva in hladilne tekočine, toplotno upravljanje in električno povezljivost, so komponente BOP integrirane v celotno zasnovo sistema.

7. Kontrola in testiranje kakovosti

Med proizvodnim procesom se uporabljajo strogi postopki nadzora kakovosti, ki zagotavljajo zanesljivost in učinkovitost vsake gorivne celice. V več fazah se izvajajo pregledi kakovosti, kot so vizualni pregled, električno testiranje in pregledi delovanja.

Popolno testiranje se opravi na končnih sklopih gorivnih celic, da se potrdi njihova električna moč, vzdržljivost, učinkovitost in varnost. Za izpolnjevanje zahtevanih standardov kakovosti se vse okvarjene celice ali komponente najdejo in zamenjajo.

8. Uvajanje in integracija

Gorivne celice so po uspešni proizvodnji in testiranju pripravljene za uporabo in integracijo v vrsto aplikacij. Prenosna elektronika, stacionarna oprema za proizvodnjo električne energije in avtomobili lahko spadajo v to kategorijo.

Za izdelavo uporabne in učinkovite naprave, ki poganja vodik, postopek integracije vključuje povezavo sistema gorivnih celic z zahtevanimi pomožnimi sistemi, kot so rezervoarji za shranjevanje vodika, sistemi za dovod zraka in enote za upravljanje energije.

zaključek

Proizvodnja vodikovih gorivnih celic je večstopenjski proces, ki se začne z nabavo surovin in konča z integracijo sistemov gorivnih celic.

Ta kompleksen proces zagotavlja proizvodnjo čistih, zanesljivih in učinkovitih virov energije, ki lahko popolnoma preoblikujejo proizvodnjo električne energije, transport in druge industrije.

Proizvodni proces za vodikove gorivne celice se nenehno razvija zaradi nenehnih raziskav in razvoja, kar spodbuja razvoj trajnostnih energetskih rešitev.

Priporočila

• 20 dejstev o hidroelektrarnah, ki jih še niste vedeli
  .
• Vozila s pogonom na vodik: Spoznajte prednosti in slabosti
  .
• Kako deluje hidroelektrarna
  .
• Hidrološki cikel okolja
  .
• Kako metan vpliva na globalno segrevanje?