Wy sille "hydrogen" yntrodusearje, de folgjende generaasje enerzjy dy't koalstofneutraal is. Wetterstof is ferdield yn trije soarten: "griene wetterstof", "blauwe wetterstof" en "grize wetterstof", dy't elk in oare produksjemetoade hawwe. Wy sille ek elke metoade fan fabrikaazje, fysike eigenskippen as eleminten, metoaden foar opslach / ferfier, en gebrûksmetoaden útlizze. En ik sil ek yntrodusearje wêrom't it de folgjende generaasje dominante enerzjyboarne is.
Elektrolyse fan wetter om griene wetterstof te produsearjen
By it brûken fan wetterstof is it dochs wichtich om "wetterstof" te produsearjen. De maklikste manier is om "wetter te elektrolysearjen". Miskien hawwe jo dien yn 'e basisskoallewittenskip. Folje de beker mei wetter en elektroden yn wetter. As in batterij ferbûn is mei de elektroden en bekrêftige wurdt, komme de folgjende reaksjes foar yn it wetter en yn elke elektrode.
By de kathode kombinearje H+ en elektroanen om wetterstofgas te produsearjen, wylst de anode soerstof produsearret. Noch altyd is dizze oanpak prima foar skoalwittenskiplike eksperiminten, mar om wetterstof yndustrieel te produsearjen, moatte effisjinte meganismen geskikt foar grutskalige produksje wurde taret. Dat is "polymer electrolyte membraan (PEM) electrolysis".
Yn dizze metoade wurdt in polymeer semipermeabel membraan dat de trochgong fan wetterstofionen mooglik makket tusken in anode en in kathode. As wetter yn 'e anode fan it apparaat wurdt getten, ferpleatse wetterstofionen produsearre troch elektrolyse troch in semipermeabel membraan nei de kathode, wêr't se molekulêre wetterstof wurde. Oan 'e oare kant kinne soerstofionen net troch it semipermeabele membraan passe en wurde soerstofmolekulen by de anode.
Ek yn alkaline wetterelektrolyse meitsje jo wetterstof en soerstof troch de anode en katoade te skieden troch in skieding dêr't allinich hydroxide-ionen troch kinne. Derneist binne d'r yndustriële metoaden lykas stoomelektrolyse op hege temperatueren.
Troch dizze prosessen op grutte skaal út te fieren kinne grutte hoemannichten wetterstof krigen wurde. Yn it proses wurdt ek in flinke hoemannichte soerstof produsearre (de helte fan it produsearre folume fan wetterstof), sadat it gjin negative miljeu-ynfloed hat as it yn 'e sfear frijkomt. Foar elektrolyse is lykwols in soad elektrisiteit nedich, dus kin koalstoffrije wetterstof makke wurde as it produsearre wurdt mei elektrisiteit dy't gjin fossile brânstoffen brûkt, lykas wynturbines en sinnepanielen.
Jo kinne "griene wetterstof" krije troch wetter te elektrolysearjen mei skjinne enerzjy.
Der is ek in wetterstofgenerator foar grutskalige produksje fan dizze griene wetterstof. Troch PEM te brûken yn 'e elektrolyzerseksje, kin wetterstof kontinu wurde produsearre.
Blauwe wetterstof makke fan fossile brânstoffen
Dus, wat binne oare manieren om wetterstof te meitsjen? Wetterstof komt foar yn fossile brânstoffen lykas ierdgas en stienkoal as oare stoffen as wetter. Tink bygelyks oan metaan (CH4), de wichtichste komponint fan ierdgas. Hjir binne fjouwer wetterstofatomen. Jo kinne wetterstof krije troch dizze wetterstof út te nimmen.
Ien fan dizze is in proses neamd "steam metaan reforming" dat brûkt stoom. De gemyske formule fan dizze metoade is as folget.
Sa't jo sjen kinne, kinne koalmonokside en wetterstof wurde wûn út ien metaanmolekule.
Op dizze manier kin wetterstof produsearre wurde troch prosessen lykas "stoomherfoarming" en "pyrolyse" fan ierdgas en stienkoal. "Blauwe wetterstof" ferwiist nei wetterstof produsearre op dizze manier.
Yn dit gefal wurde koalmonokside en koaldiokside lykwols produsearre as byprodukten. Sa moatte jo se recycle foardat se yn 'e sfear frijlitten wurde. It byprodukt koaldiokside, as net weromhelle, wurdt wetterstofgas, bekend as "grize wetterstof".
Hokker soarte elemint is wetterstof?
Wetterstof hat in atoomnûmer 1 en is it earste elemint op it periodyk systeem.
It oantal atomen is it grutste yn it hielal, goed foar sa'n 90% fan alle eleminten yn it hielal. It lytste atoom dat bestiet út in proton en in elektroan is it wetterstofatoom.
Wetterstof hat twa isotopen mei neutroanen oan 'e kearn. Ien neutron-bûn "deuterium" en twa neutron-bûn "tritium". Dit binne ek materialen foar opwekking fan fúzje-enerzjy.
Binnen in stjer as de sinne fynt kearnfúzje plak fan wetterstof nei helium, dat is de enerzjyboarne foar de stjer om te skinen.
Wetterstof bestiet lykwols selden as gas op ierde. Wetterstof foarmet ferbiningen mei oare eleminten lykas wetter, metaan, ammoniak en ethanol. Sûnt wetterstof is in ljocht elemint, as de temperatuer nimt ta, de beweging snelheid fan wetterstof molekulen tanimt, en ûntsnapt út de swiertekrêft fan 'e ierde nei bûtenste romte.
Hoe kinne jo wetterstof brûke? Brûk by Combustion
Dan, hoe wurdt "wetterstof", dy't wrâldwiid omtinken hat lutsen as in enerzjyboarne fan folgjende generaasje, brûkt? It wurdt brûkt yn twa wichtige manieren: "ferbaarning" en "brânstofsel". Litte wy begjinne mei it brûken fan "burn".
D'r binne twa haadtypen fan ferbaarning brûkt.
De earste is as raketbrânstof. De Japanske H-IIA-raket brûkt wetterstofgas "floeibere wetterstof" en "floeibere soerstof", dy't ek yn in kryogene steat is as brânstof. Dizze twa wurde kombinearre, en de waarmte-enerzjy dy't op dat stuit ûntstiet, fersnelt de ynjeksje fan 'e generearre wettermolekulen, dy't de romte yn fleane. Lykwols, om't it is in technysk drege motor, útsein Japan, allinne de Feriene Steaten, Europa, Ruslân, Sina en Yndia hawwe mei súkses kombinearre dizze brânstof.
De twadde is macht generaasje. Gasturbine-enerzjygeneraasje brûkt ek de metoade fan kombinearjen fan wetterstof en soerstof om enerzjy te generearjen. Mei oare wurden, it is in metoade dy't sjocht nei de termyske enerzjy produsearre troch wetterstof. Yn termyske enerzjysintrales produsearret de waarmte fan it ferbaarnen fan stienkoal, oalje en ierdgas stoom dy't turbines oandriuwt. As wetterstof brûkt wurdt as waarmteboarne, sil de sintrale koalstofneutraal wêze.
Hoe kinne jo wetterstof brûke? Wurdt brûkt as brânstofsel
In oare manier om wetterstof te brûken is as brânsel, dy't wetterstof direkt omset yn elektrisiteit. Benammen Toyota hat de oandacht yn Japan lutsen troch auto's mei wetterstof oan te lûken ynstee fan elektryske auto's (EV's) as alternatyf foar benzineauto's as ûnderdiel fan har tsjinmaatregels foar opwaarming fan 'e wrâld.
Spesifyk dogge wy de omkearde proseduere as wy de produksjemetoade fan "griene wetterstof" yntrodusearje. De gemyske formule is as folget.
Waterstof kin generearje wetter (hyt wetter of stoom) wylst it opwekken fan elektrisiteit, en it kin wurde evaluearre omdat it net oplizze in lêst op it miljeu. Oan 'e oare kant hat dizze metoade in relatyf lege effisjinsje fan enerzjyopwekking fan 30-40%, en fereasket platina as katalysator, sadat ferhege kosten nedich binne.
Op it stuit brûke wy polymearelektrolytbrânstofsellen (PEFC) en phosphoric acid fuel sellen (PAFC). Benammen brânselselauto's brûke PEFC, sadat it kin wurde ferwachte dat se yn 'e takomst ferspriede.
Is opslach en ferfier fan wetterstof feilich?
Tsjintwurdich tinke wy dat jo begripe hoe't wetterstofgas wurdt makke en brûkt. Dus hoe bewarje jo dizze wetterstof? Hoe krije jo it wêr't jo it nedich hawwe? Hoe sit it mei feiligens yn dy tiid? Wy sille útlizze.
Yn feite is wetterstof ek in tige gefaarlik elemint. Oan it begjin fan 'e 20e ieu brûkten wy wetterstof as gas om ballonnen, ballonnen en loftskippen yn 'e loft te driuwen, om't it tige ljocht wie. Lykwols, op 6 maaie 1937, yn New Jersey, FS, barde de "loftskip Hindenburg eksploazje".
Sûnt it ûngelok is breed erkend dat wetterstofgas gefaarlik is. Benammen as it yn 'e brân komt, sil it mei soerstof fûleindich eksplodearje. Dêrom, "hâld fuort fan soerstof" of "hâld fuort fan waarmte" is essinsjeel.
Nei't wy dizze maatregels nommen hawwe, kamen wy mei in ferstjoermetoade.
Wetterstof is in gas by keamertemperatuer, dus ek al is it noch in gas, it is tige bulk. De earste metoade is om hege druk oan te passen en te komprimearjen as in silinder by it meitsjen fan koolzuurhoudende dranken. Bereid in spesjale hege druk tank en bewarje it ûnder hege druk betingsten lykas 45Mpa.
Toyota, dy't brânstofselauto's (FCV) ûntwikkelet, ûntwikkelet in hars-hegedrukwetterstoftank dy't 70 MPa-druk kin wjerstean.
In oare metoade is om ôf te koelen nei -253 ° C om floeibere wetterstof te meitsjen, en it op te slaan en te ferfieren yn spesjale waarmte-isolearre tanks. Lykas LNG (liquified natural gas) as ierdgas wurdt ymportearre út it bûtenlân, wetterstof wurdt floeiber by ferfier, it ferminderjen fan syn folume ta 1/800 fan syn gasfoarmige steat. Yn 2020 hawwe wy de earste drager foar floeibere wetterstof yn 'e wrâld foltôge. Dizze oanpak is lykwols net geskikt foar brânselselauto's, om't it in protte enerzjy nedich is om te koelen.
D'r is in metoade foar opslach en ferstjoering yn tanks lykas dizze, mar wy ûntwikkelje ek oare metoaden foar wetterstofopslach.
De opslachmetoade is om wetterstofopslachlegeringen te brûken. Hydrogen hat de eigenskip om metalen yn te dringen en se te ferneatigjen. Dit is in ûntwikkelingstips dy't yn 'e 1960's yn 'e Feriene Steaten ûntwikkele is. JJ Reilly et al. Eksperiminten hawwe sjen litten dat wetterstof kin wurde opslein en frijlitten mei help fan in alloy fan magnesium en vanadium.
Dêrnei ûntwikkele er mei súkses in stof, lykas palladium, dy't wetterstof 935 kear syn eigen folume opfange kin.
It foardiel fan it brûken fan dizze alloy is dat it kin foarkomme wetterstof lekkage ûngemakken (benammen eksploazje ûngemakken). Dêrom kin it feilich wurde opslein en ferfierd. As jo lykwols net foarsichtich binne en it yn 'e ferkearde omjouwing litte, kinne alloys foar wetterstofopslach oer tiid wetterstofgas frijlitte. No, sels in lytse fonk kin in eksploazjeûngelok feroarsaakje, dus wês foarsichtich.
It hat ek it neidiel dat werhelle wetterstof absorption en desorption liede ta brosheid en ferminderje de wetterstof absorption rate.
De oare is om pipes te brûken. Der is in betingst dat it moat wêze net komprimearre en lege druk om foar te kommen brosheid fan de liedingen, mar it foardiel is dat besteande gas liedingen kinne brûkt wurde. Tokyo Gas hat bouwurk útfierd oan 'e Harumi FLAG, mei help fan stedsgaspipelines om wetterstof oan brânstofsellen te leverjen.
Future Society makke troch Hydrogen Energy
As lêste, lit ús beskôgje de rol wetterstof kin spylje yn 'e maatskippij.
Noch wichtiger wolle wy in koalstoffrije maatskippij befoarderje, wy brûke wetterstof om elektrisiteit op te wekken ynstee fan as waarmte-enerzjy.
Yn stee fan grutte termyske enerzjysintrales hawwe guon húshâldings systemen yntrodusearre lykas ENE-FARM, dy't wetterstof brûke dy't krigen wurdt troch herfoarming fan ierdgas om de fereaske elektrisiteit te generearjen. De fraach bliuwt lykwols wat te dwaan mei de byprodukten fan it herfoarmingsproses.
Yn 'e takomst, as de sirkulaasje fan wetterstof sels tanimt, lykas it fergrutsjen fan it oantal wetterstoftankstasjons, sil it mooglik wêze om elektrisiteit te brûken sûnder koaldiokside út te stjoeren. Elektrisiteit produsearret griene wetterstof, fansels, dus it brûkt elektrisiteit opwekt út sinneljocht of wyn. De krêft dy't brûkt wurdt foar elektrolyse moat de krêft wêze om de hoemannichte enerzjyopwekking te ûnderdrukken of de oplaadbare batterij op te laden as d'r oerskot fan enerzjy is fan natuerlike enerzjy. Mei oare wurden, de wetterstof is yn deselde posysje as de oplaadbare batterij. As dit bart, sil it úteinlik mooglik wêze om de opwekking fan termyske enerzjy te ferminderjen. De dei dat de ferbaarningsmotor út auto's ferdwynt komt hurd oan.
Wetterstof kin ek fia in oare rûte helle wurde. Yn feite is wetterstof noch altyd in byprodukt fan 'e produksje fan kaustyske soda. It is ûnder oare in byprodukt fan koksproduksje by de izerfabryk. As jo dizze wetterstof yn 'e distribúsje sette, kinne jo meardere boarnen krije. Op dizze wize produsearre wetterstofgas wurdt ek levere troch wetterstofstasjons.
Lit ús fierder yn 'e takomst sjen. De hoemannichte enerzjy ferlern is ek in probleem mei de metoade fan oerdracht dy't draden brûkt om stroom te leverjen. Dêrom sille wy yn 'e takomst de wetterstof brûke dy't troch pipelines wurdt levere, krekt lykas de koalstofsûre tanks dy't brûkt wurde by it meitsjen fan koalhydrate dranken, en keapje in wetterstoftank thús om elektrisiteit foar elke húshâlding te generearjen. Mobile apparaten dy't rinne op wetterstofbatterijen wurde gewoanlik. It sil nijsgjirrich wêze om sa'n takomst te sjen.
Post tiid: Jun-08-2023
