Nipa atẹle agbara hydrogen

A yoo ṣafihan “hydrogen”, iran ti o tẹle ti agbara ti o jẹ didoju erogba. Hydrogen ti pin si awọn oriṣi mẹta: “Hydrogen alawọ ewe”, “hydrogen bulu” ati “hydrogen grẹy”, ọkọọkan wọn ni ọna iṣelọpọ ti o yatọ. A yoo tun ṣe alaye ọna kọọkan ti iṣelọpọ, awọn ohun-ini ti ara bi awọn eroja, ibi ipamọ / awọn ọna gbigbe, ati awọn ọna lilo. Ati pe Emi yoo tun ṣafihan idi ti o jẹ orisun agbara agbara iran atẹle.

Electrolysis ti Omi lati Ṣe agbejade Hydrogen Green

Nigba lilo hydrogen, o ṣe pataki lati "gbejade hydrogen" lonakona. Ọna to rọọrun ni lati "electrolyze omi". Boya o ṣe ni imọ-jinlẹ ile-iwe giga. Kun beaker pẹlu omi ati awọn amọna ninu omi. Nigbati batiri ba ti sopọ si awọn amọna ati fi agbara mu, awọn aati atẹle yoo waye ninu omi ati ni elekiturodu kọọkan.
Ni cathode, H + ati awọn elekitironi darapọ lati ṣe gaasi hydrogen, lakoko ti anode nmu atẹgun jade. Sibẹsibẹ, ọna yii dara fun awọn adanwo imọ-jinlẹ ile-iwe, ṣugbọn lati gbejade ni iṣelọpọ hydrogen, awọn ọna ṣiṣe to munadoko ti o dara fun iṣelọpọ iwọn-nla gbọdọ wa ni imurasilẹ. Iyẹn jẹ “electrolysis polimer electrolyte membrane (PEM)”.
Ni ọna yii, awọ ara olominira polima ti o fun laaye aye ti awọn ions hydrogen jẹ sandwiched laarin anode ati cathode kan. Nigba ti a ba da omi sinu anode ẹrọ naa, awọn ions hydrogen ti a ṣe nipasẹ electrolysis gbe nipasẹ awọ-ara kan ti o ni semipermeable si cathode, nibiti wọn ti di hydrogen molikula. Ni ida keji, awọn ions atẹgun ko le kọja nipasẹ awọ ara semipermeable ati ki o di awọn ohun elo atẹgun ni anode.
Paapaa ni electrolysis omi ipilẹ, o ṣẹda hydrogen ati atẹgun nipasẹ yiya sọtọ anode ati cathode nipasẹ oluyapa nipasẹ eyiti awọn ions hydroxide nikan le kọja. Ni afikun, awọn ọna ile-iṣẹ wa bii elekitirosi nya si ni iwọn otutu giga.
Nipa ṣiṣe awọn ilana wọnyi ni iwọn nla, iwọn nla ti hydrogen le ṣee gba. Ninu ilana naa, iye ti o pọju ti atẹgun tun ni a ṣe (idaji iwọn didun hydrogen ti a ṣe), ki o ma ba ni ipa ikolu ti ayika ti o ba tu silẹ sinu afẹfẹ. Sibẹsibẹ, electrolysis nilo ina pupọ, nitorinaa hydrogen ti ko ni erogba le ṣejade ti o ba jẹ iṣelọpọ pẹlu ina ti ko lo awọn epo fosaili, gẹgẹbi awọn turbines afẹfẹ ati awọn panẹli oorun.
O le gba “hydrogen alawọ ewe” nipa gbigbe omi eletiriki ni lilo agbara mimọ.

Olupilẹṣẹ hydrogen tun wa fun iṣelọpọ iwọn nla ti hydrogen alawọ ewe yii. Nipa lilo PEM ni apakan elekitirolizer, hydrogen le ṣe iṣelọpọ nigbagbogbo.

Hydrogen Blue Ṣe lati Awọn epo Fosaili

Nitorina, kini awọn ọna miiran lati ṣe hydrogen? Hydrogen wa ninu awọn epo fosaili gẹgẹbi gaasi adayeba ati edu bi awọn nkan miiran yatọ si omi. Fun apẹẹrẹ, ronu methane (CH4), paati akọkọ ti gaasi adayeba. Awọn ọta hydrogen mẹrin wa nibi. O le gba hydrogen nipa gbigbe hydrogen yii jade.
Ọkan ninu awọn wọnyi ni ilana ti a npe ni "steam methane reforming" ti o nlo steam. Ilana kemikali ti ọna yii jẹ bi atẹle.
Gẹgẹbi o ti le rii, monoxide carbon ati hydrogen ni a le fa jade lati inu moleku methane kan.
Ni ọna yii, hydrogen le ṣe iṣelọpọ nipasẹ awọn ilana bii “atunṣe nya si” ati “pyrolysis” ti gaasi adayeba ati eedu. "Hydrogen buluu" tọka si hydrogen ti a ṣe ni ọna yii.
Ni idi eyi, sibẹsibẹ, erogba monoxide ati erogba oloro ni a ṣe gẹgẹbi awọn ọja-ọja. Nitorina o ni lati tunlo wọn ṣaaju ki o to tu wọn sinu afẹfẹ. Ọja erogba oloro-ọja, ti ko ba gba pada, di gaasi hydrogen, ti a mọ ni "hydrogen grẹy".

Iru eroja wo ni Hydrogen?

Hydrogen ni nọmba atomiki ti 1 ati pe o jẹ ipin akọkọ lori tabili igbakọọkan.
Nọmba awọn ọta jẹ eyiti o tobi julọ ni agbaye, ṣiṣe iṣiro fun iwọn 90% ti gbogbo awọn eroja ti o wa ni agbaye. Atọmu ti o kere julọ ti o ni proton ati elekitironi jẹ atomu hydrogen.
Hydrogen ni awọn isotopes meji pẹlu neutroni ti a so si arin. Isopọ-neutroni kan “deuterium” ati asopọ-neutroni meji “tritium”. Iwọnyi tun jẹ awọn ohun elo fun iṣelọpọ agbara idapọ.
Ninu irawo bi oorun, idapọ iparun lati hydrogen si helium n ṣẹlẹ, eyiti o jẹ orisun agbara fun irawọ lati tan.
Sibẹsibẹ, hydrogen ṣọwọn wa bi gaasi lori Earth. Hydrogen ṣe awọn agbo ogun pẹlu awọn eroja miiran gẹgẹbi omi, methane, amonia ati ethanol. Niwọn igba ti hydrogen jẹ ẹya ina, bi iwọn otutu ti n dide, iyara gbigbe ti awọn ohun elo hydrogen n pọ si, o si yọ kuro ninu walẹ ilẹ si aaye ita.

Bawo ni lati Lo Hydrogen? Lo nipasẹ ijona

Lẹhinna, bawo ni a ṣe lo “hydrogen”, eyiti o ti fa ifojusi agbaye bi orisun agbara iran-tẹle, ti lo? O ti lo ni awọn ọna akọkọ meji: "ijona" ati "epo epo". Jẹ ká bẹrẹ pẹlu awọn lilo ti "iná".
Awọn oriṣi akọkọ meji ti ijona lo wa.
Ni igba akọkọ ti jẹ bi rocket idana. Rọkẹti H-IIA ti Japan nlo gaasi hydrogen “hydrogen olomi” ati “atẹgun olomi” eyiti o tun wa ni ipo cryogenic bi idana. Awọn wọnyi meji ti wa ni idapo, ati awọn ooru agbara ti ipilẹṣẹ ni akoko ti accelere awọn abẹrẹ ti awọn omi moleku ti ipilẹṣẹ, fò sinu aaye. Sibẹsibẹ, nitori pe o jẹ ẹrọ ti o nira ti imọ-ẹrọ, ayafi fun Japan, Amẹrika nikan, Yuroopu, Russia, China ati India ti ṣajọpọ epo yii ni ifijišẹ.
Awọn keji ni agbara iran. Iran tobaini gaasi tun nlo ọna ti apapọ hydrogen ati atẹgun lati ṣe ina agbara. Ni awọn ọrọ miiran, o jẹ ọna ti o n wo agbara igbona ti a ṣe nipasẹ hydrogen. Ni awọn ile-iṣẹ agbara igbona, ooru lati inu eedu sisun, epo ati gaasi adayeba n ṣe agbejade nya ti o wakọ awọn turbines. Ti a ba lo hydrogen bi orisun ooru, ile-iṣẹ agbara yoo jẹ didoju erogba.

Bawo ni lati Lo Hydrogen? Lo bi A idana Cell

Ọna miiran lati lo hydrogen jẹ bi sẹẹli epo, eyiti o yi hydrogen pada taara sinu ina. Ni pataki, Toyota ti fa akiyesi ni Ilu Japan nipa gbigbe awọn ọkọ ayọkẹlẹ ti o ni epo hydrogen dipo awọn ọkọ ina mọnamọna (EVs) bi yiyan si awọn ọkọ ayọkẹlẹ petirolu gẹgẹ bi apakan ti awọn iwọn igbona agbaye rẹ.
Ni pato, a n ṣe ilana iyipada nigba ti a ba ṣafihan ọna iṣelọpọ ti "hydrogen alawọ ewe". Ilana kemikali jẹ bi atẹle.
Hydrogen le ṣe agbejade omi (omi gbigbona tabi nya si) lakoko ti o nmu ina mọnamọna, ati pe o le ṣe ayẹwo nitori pe ko fa ẹru lori ayika. Ni apa keji, ọna yii ni ṣiṣe iṣelọpọ agbara kekere ti 30-40%, ati pe o nilo Pilatnomu bi ayase, nitorinaa nilo awọn idiyele ti o pọ si.
Lọwọlọwọ, a nlo awọn sẹẹli epo elekitirolyte polymer (PEFC) ati awọn sẹẹli epo phosphoric acid (PAFC). Ni pato, awọn ọkọ ayọkẹlẹ epo lo PEFC, nitorina o le nireti lati tan ni ojo iwaju.

Ṣe Ibi ipamọ Hydrogen ati Gbigbe Ailewu?

Ni bayi, a ro pe o loye bi a ṣe ṣe gaasi hydrogen ati lilo. Nitorina bawo ni o ṣe tọju hydrogen yii? Bawo ni o ṣe gba ibi ti o nilo rẹ? Kini nipa aabo ni akoko yẹn? A yoo ṣe alaye.
Ni otitọ, hydrogen tun jẹ nkan ti o lewu pupọ. Ní ìbẹ̀rẹ̀ ọ̀rúndún ogún, a máa ń lo hydrogen gẹ́gẹ́ bí gáàsì láti fò fọnfọn, fọnfọn, àti ọkọ̀ ojú òfuurufú ní ojú ọ̀run torí pé ìmọ́lẹ̀ pọ̀ gan-an. Bí ó ti wù kí ó rí, ní May 6, 1937, ní New Jersey, USA, “bubúgbàù ọkọ̀ òfuurufú Hindenburg” ṣẹlẹ̀.
Niwon ijamba naa, o ti mọ ni ibigbogbo pe gaasi hydrogen jẹ ewu. Paapa nigbati o ba mu ina, yoo gbamu ni agbara pẹlu atẹgun. Nitoribẹẹ, “jina si atẹgun” tabi “dabọ kuro ninu ooru” jẹ pataki.
Lẹhin gbigbe awọn iwọn wọnyi, a wa pẹlu ọna gbigbe.
Hydrogen jẹ gaasi ni iwọn otutu yara, nitorinaa botilẹjẹpe o tun jẹ gaasi, o pọ pupọ. Ọna akọkọ ni lati lo titẹ giga ati compress bi silinda nigba ṣiṣe awọn ohun mimu carbonated. Ṣetan ojò titẹ agbara pataki kan ki o tọju rẹ labẹ awọn ipo titẹ-giga bii 45Mpa.
Toyota, eyiti o ndagba awọn ọkọ ayọkẹlẹ idana (FCV), n ṣe agbekalẹ ojò hydrogen giga-titẹ resini ti o le koju titẹ 70 MPa.
Ọna miiran ni lati tutu si -253°C lati ṣe hydrogen olomi, ati tọju ati gbe lọ sinu awọn tanki ti o ni aabo ooru pataki. Bii LNG (gaasi adayeba olomi) nigbati gaasi ayeba ti wa lati ilu okeere, hydrogen jẹ liquefied lakoko gbigbe, dinku iwọn rẹ si 1/800 ti ipo gaseous rẹ. Ni ọdun 2020, a pari ti ngbe hydrogen olomi akọkọ ni agbaye. Sibẹsibẹ, ọna yii ko dara fun awọn ọkọ ayọkẹlẹ idana nitori pe o nilo agbara pupọ lati tutu.
Ọna kan wa ti fifipamọ ati gbigbe sinu awọn tanki bii eyi, ṣugbọn a tun n dagbasoke awọn ọna miiran ti ipamọ hydrogen.
Ọna ipamọ ni lati lo awọn alloy ipamọ hydrogen. Hydrogen ni ohun-ini ti awọn irin ti nwọle ati ibajẹ wọn. Eyi jẹ imọran idagbasoke ti o ni idagbasoke ni Amẹrika ni awọn ọdun 1960. JJ Reilly et al. Awọn idanwo ti fihan pe hydrogen le wa ni ipamọ ati tu silẹ nipa lilo alloy ti iṣuu magnẹsia ati vanadium.
Lẹhin iyẹn, o ṣaṣeyọri ni idagbasoke nkan kan, bii palladium, eyiti o le fa hydrogen ni igba 935 iwọn didun tirẹ.
Anfani ti lilo alloy yii ni pe o le ṣe idiwọ awọn ijamba jijo hydrogen (paapaa awọn ijamba bugbamu). Nitorina, o le wa ni ipamọ lailewu ati gbigbe. Bibẹẹkọ, ti o ko ba ṣọra ati fi silẹ ni agbegbe ti ko tọ, awọn allo ipamọ hydrogen le tu silẹ gaasi hydrogen ni akoko pupọ. O dara, paapaa sipaki kekere le fa ijamba bugbamu, nitorina ṣọra.
O tun ni aila-nfani ti o tun jẹ gbigba hydrogen ati ipadanu yori si embrittlement ati dinku oṣuwọn gbigba hydrogen.
Awọn miiran ni lati lo paipu. Ipo kan wa ti o gbọdọ jẹ ti kii-fisinuirindigbindigbin ati kekere titẹ lati se embrittlement ti awọn oniho, ṣugbọn awọn anfani ni wipe tẹlẹ gaasi pipes le ṣee lo. Gaasi Tokyo ṣe iṣẹ ikole lori FLAG Harumi, ni lilo awọn opo gigun ti gaasi ilu lati pese hydrogen si awọn sẹẹli idana.

Future Society Da nipa Hydrogen Energy

Nikẹhin, jẹ ki a wo ipa ti hydrogen le ṣe ni awujọ.
Ni pataki julọ a fẹ lati ṣe igbega awujọ ti ko ni erogba, a lo hydrogen lati ṣe ina ina dipo bi agbara ooru.
Dipo awọn ile-iṣẹ agbara igbona nla, diẹ ninu awọn idile ti ṣafihan awọn eto bii ENE-FARM, eyiti o lo hydrogen ti a gba nipasẹ atunṣe gaasi adayeba lati ṣe ina ina ti o nilo. Sibẹsibẹ, ibeere ti kini lati ṣe pẹlu awọn ọja-ọja ti ilana atunṣe tun wa.

Ni ojo iwaju, ti sisan ti hydrogen funrarẹ ba pọ si, gẹgẹbi jijẹ nọmba awọn ibudo epo ti hydrogen, yoo ṣee ṣe lati lo ina mọnamọna laisi itujade carbon dioxide. Ina nmu hydrogen alawọ ewe, dajudaju, nitorina o nlo ina ti a ṣe lati oorun tabi afẹfẹ. Agbara ti a lo fun elekitirolisisi yẹ ki o jẹ agbara lati dinku iye iran agbara tabi lati gba agbara si batiri ti o le gba agbara nigba ti agbara iyọkuro wa lati agbara adayeba. Ni awọn ọrọ miiran, hydrogen wa ni ipo kanna bi batiri gbigba agbara. Ti eyi ba ṣẹlẹ, yoo ṣee ṣe nikẹhin lati dinku iṣelọpọ agbara gbona. Awọn ọjọ nigbati awọn ti abẹnu ijona engine disappears lati awọn ọkọ ayọkẹlẹ ti wa ni sare approaching.

Hydrogen tun le gba nipasẹ ọna miiran. Ni pato, hydrogen jẹ ṣi kan nipasẹ-ọja ti isejade ti caustic soda. Lara awọn ohun miiran, o jẹ nipasẹ-ọja ti iṣelọpọ coke ni ironmaking. Ti o ba fi hydrogen yii sinu pinpin, iwọ yoo ni anfani lati gba awọn orisun pupọ. Gaasi hydrogen ti a ṣe ni ọna yii tun pese nipasẹ awọn ibudo hydrogen.

Jẹ ki a wo siwaju si ojo iwaju. Iwọn agbara ti o padanu tun jẹ ariyanjiyan pẹlu ọna gbigbe ti o nlo awọn okun waya lati pese agbara. Nitorinaa, ni ọjọ iwaju, a yoo lo hydrogen ti a fi jiṣẹ nipasẹ awọn paipu, gẹgẹ bi awọn tanki carbonic acid ti a lo ninu ṣiṣe awọn ohun mimu carbonated, ati ra ojò hydrogen kan ni ile lati ṣe ina ina fun gbogbo idile. Awọn ẹrọ alagbeka ti o nṣiṣẹ lori awọn batiri hydrogen ti di ibi ti o wọpọ. Yoo jẹ ohun ti o dun lati rii iru ọjọ iwaju.