Якщо ми подумаємо про те, як виготовляється водневе паливо, ми будемо змушені запитати, чому водень використовується як паливо. Що ж, коли водень використовується як паливо в паливних елементах, це чисте паливо, яке виробляє виключно воду.
Численні ресурси, в т.ч природний газ, ядерна держава, біомаса та відновлюваних джерел енергії як сонячний і вітер, можна використовувати для виробництва водню.
Його переваги роблять його бажаним вибором палива для додатків, що включають виробництво енергії та транспорт. Його можна використовувати в багатьох випадках, включаючи портативне живлення, будинки, автомобілі тощо.
Використання водневих паливних елементів як чистої та ефективної заміни звичайні двигуни внутрішнього згоряння значно зросла. Єдиним результатом хімічної взаємодії між воднем і киснем у цих паливних елементах, який виробляє електроенергію, є вода.
Для повного використання потенціалу водневих паливних елементів потрібна складна виробнича процедура.
Зміст
Як виготовляється водневе паливо – 4 основні способи виробництва
Є різні способи виробництва водневого палива. Сьогодні електроліз і конверсія природного газу — термічний процес — є найбільш часто використовуваними методами. Біологічні та сонячні процеси є ще двома підходами.
- Теплові процеси
- Електролітичні процеси
- Процеси, керовані сонячними променями
- Біологічні процеси
1. Теплові процеси
Найпоширенішим термічним методом отримання водню є паровий риформінг, який є високотемпературною реакцією між парою та вуглеводневим паливом, що дає водень.
Водень можна виробляти шляхом риформінгу різних вуглеводневих палив, таких як дизельне паливо, природний газ, газифіковане вугілля, газифікована біомаса та відновлювані рідкі палива. Нині природний газ парового риформінгу виробляє майже 95% усього водню.
2. Електролітичні процеси
Водень і кисень можна добути з води за допомогою електролізу. Електролізер - це пристрій, який здійснює електролітичні процеси. Він схожий на паливний елемент тим, що виробляє водень із молекул води, а не використовує енергію молекули водню.
3. Процеси, керовані сонячними променями
У системах, що працюють від сонячних батарей, світло діє як агент для виробництва водню. Кілька процесів, керованих сонцем, є термохімічними, фотоелектрохімічними та фотобіологічними. Водень виробляється за допомогою фотобіологічних процесів, які спираються на природну фотосинтетичну активність бактерій і зелених водоростей.
Використовуючи специфічні напівпровідники, фотоелектрохімічні реакції поділяють воду на водень і кисень. Концентрована сонячна енергія використовується в сонячному термохімічному синтезі водню для підживлення реакцій розщеплення води, часто в поєднанні з додатковими речовинами, такими як оксиди металів.
4. Біологічні процеси
Такі мікроорганізми, як бактерії та мікроводорості, використовуються в біологічних процесах, і ці організми можуть виробляти водень за допомогою біологічних реакцій.
Розщеплюючи органічні матеріали, такі як біомаса або стічні води, бактерії можуть виробляти водень у процесі, відомому як перетворення мікробної біомаси. Навпаки, фотобіологічні процеси використовують сонячне світло як джерело енергії для мікробів.
Як виготовляється водневе паливо – 8 етапів виробництва
Після обговорення різних методів виробництва давайте розглянемо конкретні процедури виробництва водневих паливних елементів, від пошуку сировини до виробництва чистого джерела енергії. Ми розглянемо процедури, які складають процес електролізу.
- Постачання сировини
- Приготування каталізатора
- Виготовлення мембранного електродного вузла (MEA).
- Виробництво біполярної пластини
- Збірка стека паливних елементів
- Баланс рослинних компонентів
- Контроль якості та тестування
- Розгортання та інтеграція
1. Постачання сировини
Закупівля сировини, необхідної для будівництва водневих паливних елементів, є першим кроком у виробничому процесі. Основні компоненти включають вуглецеві матеріали для біполярних пластин, полімери для електролітної мембрани та платину або інші каталізатори для електродних реакцій.
Ці матеріали, як правило, придбані у багатьох постачальників, проходять суворі процедури забезпечення якості, щоб гарантувати їх придатність для виробництва паливних елементів.
2. Приготування каталізатора
Каталізатор, який часто виготовляють із платини, необхідний для здатності паливного елемента проводити електрохімічні реакції.
Щоб отримати високоактивний і стабільний шар каталізатора, матеріал каталізатора обробляють і виготовляють за допомогою різноманітних методів, включаючи хімічне осадження та фізичне осадження з парової фази.
Поверхні електродів потім покриваються цим шаром за допомогою таких методів, як розпилення або трафаретний друк.
3. Виготовлення мембранного електродного вузла (MEA).
Покриті каталізатором електроди та полімерна електролітна мембрана складають мембранний електродний вузол, який є важливою частиною паливного елемента. Полімерна електролітна мембрана ретельно виготовлена та сформована відповідно до архітектури паливних елементів.
Зазвичай він складається з полімеру перфторсульфонової кислоти. Згодом MEA утворюється шляхом інтеграції електродів, покритих каталізатором, у кожну сторону мембрани.
4. Виробництво біполярної пластини
У пакеті паливних елементів біполярні пластини відповідають за диспергування газів-реагентів і передачу електроенергії між паливними елементами. Зазвичай для виготовлення таких пластин використовуються матеріали на основі вуглецю, стійкі до корозії та мають легку вагу.
Щоб досягти необхідної форми та структури, у процесі виробництва використовуються процеси формування, механічної обробки або пресування. Канали та поля потоку також включені в біполярні пластини для полегшення ефективного проходження газів кисню та водню.
5. Збірка стека паливних елементів
Важливим компонентом системи водневих паливних елементів є блок паливних елементів, який складається з кількох паливних елементів, з’єднаних паралельно та послідовно. Конструкція складається з ідеально складених біполярних пластин, газодифузійних шарів і MEA.
Запобігання витоку газу та гарне ущільнення забезпечується використанням ущільнювальних матеріалів, таких як клей і прокладки. Конструкція блоку забезпечує максимальну потужність, зберігаючи ідеальний потік охолоджуючої рідини та газу.
6. Баланс рослинних компонентів
Повна система паливних елементів потребує кількох балансових компонентів установки (BOP) на додаток до блоку паливних елементів. Вони складаються із зволожувачів повітря, систем охолодження, систем подачі водню та кисню та силової електроніки для управління та регулювання електричної потужності.
Для забезпечення відповідного потоку палива та охолоджуючої рідини, керування температурою та електричного підключення компоненти BOP інтегровані в загальну конструкцію системи.
7. Контроль якості та тестування
Процедури суворого контролю якості використовуються під час виробничого процесу, щоб гарантувати надійність і ефективність кожного паливного елемента. На кількох етапах проводяться перевірки якості, такі як візуальний огляд, електричні випробування та перевірка продуктивності.
Повне тестування проводиться на кінцевих вузлах паливних елементів, щоб підтвердити їх електричну потужність, довговічність, ефективність і безпеку. Щоб задовольнити необхідні стандарти якості, будь-які несправні елементи або компоненти знаходять і замінюють.
8. Розгортання та інтеграція
Паливні елементи готуються до розгортання та інтеграції в ряд додатків після успішного виробництва та випробувань. До цієї категорії можна віднести портативну електроніку, стаціонарне обладнання для виробництва електроенергії та автомобілі.
Щоб побудувати корисний і ефективний пристрій, що працює на водні, процедура інтеграції передбачає підключення системи паливних елементів до необхідних допоміжних систем, таких як резервуари для зберігання водню, системи повітрозабірника та блоки керування живленням.
Висновок
Виробництво водневих паливних елементів — це багатоетапний процес, який починається із закупівлі сировини та закінчується інтеграцією систем паливних елементів.
Цей складний процес гарантує виробництво чистих, надійних та ефективних джерел енергії, які мають потенціал повністю трансформувати виробництво електроенергії, транспорт та інші галузі.
Процес виробництва водневих паливних елементів постійно розвивається завдяки постійним дослідженням і розробкам, що сприяє розробці екологічно чистих енергетичних рішень.
Рекомендації
- 20 фактів про гідроенергію, яких ви ніколи не знали
. - Автомобілі, що працюють на водні: знайте плюси та мінуси
. - Як працює гідроелектростанція
. - Гідрологічний кругообіг навколишнього середовища
. - Як метан впливає на глобальне потепління?
Завзятий еколог у душі. Провідний автор контенту в EnvironmentGo.
Я прагну інформувати громадськість про довкілля та його проблеми.
Це завжди було про природу, ми повинні берегти, а не руйнувати.