Dwar l-idroġenu tal-enerġija tal-ġenerazzjoni li jmiss

Se nintroduċu "idroġenu", il-ġenerazzjoni li jmiss ta 'enerġija li hija newtrali għall-karbonju. L-idroġenu huwa maqsum fi tliet tipi: "idroġenu aħdar", "idroġenu blu" u "idroġenu griż", li kull wieħed minnhom għandu metodu ta 'produzzjoni differenti. Se nispjegaw ukoll kull metodu ta 'manifattura, proprjetajiet fiżiċi bħala elementi, metodi ta' ħażna/trasport, u metodi ta 'użu. U se nintroduċi wkoll għaliex hija s-sors ta 'enerġija dominanti tal-ġenerazzjoni li jmiss.

Elettroliżi tal-Ilma biex Tipproduċi Idroġenu Aħdar

Meta tuża l-idroġenu, huwa importanti li "tipproduċi idroġenu" xorta waħda. L-eħfef mod huwa li "elettrolizza l-ilma". Forsi għamilt fix-xjenza tal-iskola grad. Imla t-tazza bl-ilma u elettrodi fl-ilma. Meta batterija tkun imqabbda mal-elettrodi u enerġizzata, ir-reazzjonijiet li ġejjin iseħħu fl-ilma u f'kull elettrodu.
Fil-katodu, H+ u l-elettroni jingħaqdu biex jipproduċu gass tal-idroġenu, filwaqt li l-anodu jipproduċi l-ossiġnu. Xorta waħda, dan l-approċċ huwa tajjeb għall-esperimenti tax-xjenza tal-iskola, iżda biex jiġi prodott l-idroġenu industrijalment, iridu jitħejjew mekkaniżmi effiċjenti adattati għall-produzzjoni fuq skala kbira. Jiġifieri "elettroliżi tal-membrana tal-elettroliti tal-polimeru (PEM)".
F'dan il-metodu, membrana semipermeabbli tal-polimeru li tippermetti l-mogħdija ta 'jonji ta' l-idroġenu hija mdaħħla bejn anodu u katodu. Meta l-ilma jitferra 'fl-anodu tal-apparat, il-joni tal-idroġenu prodotti mill-elettroliżi jiċċaqalqu minn membrana semipermeabbli għall-katodu, fejn isiru idroġenu molekulari. Min-naħa l-oħra, il-joni tal-ossiġnu ma jistgħux jgħaddu mill-membrana semipermeabbli u jsiru molekuli tal-ossiġnu fl-anodu.
Ukoll fl-elettroliżi tal-ilma alkalin, inti toħloq idroġenu u ossiġnu billi tissepara l-anodu u l-katodu permezz ta 'separatur li minnu jistgħu jgħaddu biss joni idrossidu. Barra minn hekk, hemm metodi industrijali bħal elettroliżi tal-fwar b'temperatura għolja.
Billi jitwettqu dawn il-proċessi fuq skala kbira, jistgħu jinkisbu kwantitajiet kbar ta 'idroġenu. Fil-proċess, jiġi prodott ukoll ammont sinifikanti ta 'ossiġnu (nofs il-volum ta' idroġenu prodott), sabiex ma jkollu l-ebda impatt ambjentali negattiv jekk jiġi rilaxxat fl-atmosfera. Madankollu, l-elettroliżi teħtieġ ħafna elettriku, għalhekk l-idroġenu mingħajr karbonju jista 'jiġi prodott jekk ikun prodott b'elettriku li ma jużax fjuwils fossili, bħal turbini tar-riħ u pannelli solari.
Tista 'tikseb "idroġenu aħdar" billi elettrolizza l-ilma billi tuża enerġija nadifa.

Hemm ukoll ġeneratur tal-idroġenu għall-produzzjoni fuq skala kbira ta 'dan l-idroġenu aħdar. Bl-użu tal-PEM fit-taqsima tal-elettrolizzatur, l-idroġenu jista 'jiġi prodott kontinwament.

Idroġenu Blu Magħmul minn Fjuwils Fossili

Allura, x'inhuma modi oħra biex tagħmel l-idroġenu? L-idroġenu jeżisti fil-fjuwils fossili bħall-gass naturali u l-faħam bħala sustanzi minbarra l-ilma. Pereżempju, ikkunsidra l-metanu (CH4), il-komponent ewlieni tal-gass naturali. Hemm erba 'atomi ta' l-idroġenu hawn. Tista 'tikseb l-idroġenu billi tieħu dan l-idroġenu barra.
Waħda minn dawn hija proċess imsejjaħ "riforma tal-metanu tal-fwar" li juża l-fwar. Il-formula kimika ta 'dan il-metodu hija kif ġej.
Kif tistgħu taraw, il-monossidu tal-karbonju u l-idroġenu jistgħu jiġu estratti minn molekula waħda tal-metanu.
B'dan il-mod, l-idroġenu jista 'jiġi prodott permezz ta' proċessi bħal "riforma tal-fwar" u "piroliżi" ta 'gass naturali u faħam. "Idroġenu blu" tirreferi għall-idroġenu prodott b'dan il-mod.
F'dan il-każ, madankollu, il-monossidu tal-karbonju u d-dijossidu tal-karbonju huma prodotti bħala prodotti sekondarji. Allura trid tirriċiklahom qabel ma jiġu rilaxxati fl-atmosfera. Id-dijossidu tal-karbonju tal-prodott sekondarju, jekk ma jiġix irkuprat, isir gass idroġenu, magħruf bħala "idroġenu griż".

X'Tip ta' Element Huwa l-Idroġenu?

L-idroġenu għandu numru atomiku ta' 1 u huwa l-ewwel element fuq it-tabella perjodika.
In-numru ta 'atomi huwa l-akbar fl-univers, li jammonta għal madwar 90% tal-elementi kollha fl-univers. L-iżgħar atomu li jikkonsisti fi proton u elettron huwa l-atomu tal-idroġenu.
L-idroġenu għandu żewġ iżotopi b'newtroni mwaħħla man-nukleu. "Dewterju" wieħed marbut man-newtroni u żewġ "tritju" marbut man-newtroni. Dawn huma wkoll materjali għall-ġenerazzjoni tal-enerġija mill-fużjoni.
Ġewwa stilla bħax-xemx, qed isseħħ fużjoni nukleari mill-idroġenu għall-elju, li hija s-sors tal-enerġija biex l-istilla tiddi.
Madankollu, l-idroġenu rari jeżisti bħala gass fid-Dinja. L-idroġenu jifforma komposti b'elementi oħra bħall-ilma, il-metan, l-ammonja u l-etanol. Peress li l-idroġenu huwa element ħafif, hekk kif it-temperatura togħla, il-veloċità tal-moviment tal-molekuli tal-idroġenu tiżdied, u taħrab mill-gravità tad-dinja għall-ispazju.

Kif tuża l-idroġenu? Użu bil-Kombustjoni

Imbagħad, kif jintuża l-"idroġenu", li ġibed l-attenzjoni dinjija bħala sors ta 'enerġija tal-ġenerazzjoni li jmiss? Jintuża f'żewġ modi ewlenin: "kombustjoni" u "ċellula tal-fjuwil". Nibdew bl-użu ta '"ħruq".
Hemm żewġ tipi ewlenin ta 'kombustjoni użati.
L-ewwel huwa bħala fjuwil rokit. Ir-rokit H-IIA tal-Ġappun juża gass idroġenu "idroġenu likwidu" u "ossiġnu likwidu" li huwa wkoll fi stat krijoġeniku bħala karburant. Dawn it-tnejn huma magħquda, u l-enerġija tas-sħana ġġenerata dak iż-żmien taċċellera l-injezzjoni tal-molekuli tal-ilma ġġenerati, li jtiru fl-ispazju. Madankollu, minħabba li hija magna teknikament diffiċli, ħlief għall-Ġappun, l-Istati Uniti, l-Ewropa, ir-Russja, iċ-Ċina u l-Indja biss għaqqdu b'suċċess dan il-fjuwil.
It-tieni hija l-ġenerazzjoni tal-enerġija. Il-ġenerazzjoni tal-enerġija tat-turbini tal-gass tuża wkoll il-metodu li tgħaqqad l-idroġenu u l-ossiġnu biex tiġġenera l-enerġija. Fi kliem ieħor, huwa metodu li jħares lejn l-enerġija termali prodotta mill-idroġenu. Fl-impjanti tal-enerġija termali, is-sħana mill-ħruq tal-faħam, iż-żejt u l-gass naturali tipproduċi fwar li jmexxi t-turbini. Jekk l-idroġenu jintuża bħala sors tas-sħana, l-impjant tal-enerġija jkun newtrali għall-karbonju.

Kif tuża l-idroġenu? Użat bħala Ċellula tal-Fjuwil

Mod ieħor biex tuża l-idroġenu huwa bħala ċellula tal-fjuwil, li tikkonverti l-idroġenu direttament f'elettriku. B'mod partikolari, Toyota ġibdet l-attenzjoni fil-Ġappun billi tħabbar vetturi li jaħdmu bl-idroġenu minflok vetturi elettriċi (EVs) bħala alternattiva għall-vetturi tal-gażolina bħala parti mill-kontromiżuri tat-tisħin globali tagħha.
Speċifikament, qed nagħmlu l-proċedura inversa meta nintroduċu l-metodu ta 'manifattura ta' "idroġenu aħdar". Il-formula kimika hija kif ġej.
L-idroġenu jista 'jiġġenera ilma (ilma sħun jew fwar) waqt li jiġġenera l-elettriku, u jista' jiġi evalwat minħabba li ma jimponix piż fuq l-ambjent. Min-naħa l-oħra, dan il-metodu għandu effiċjenza ta 'ġenerazzjoni ta' enerġija relattivament baxxa ta '30-40%, u jeħtieġ platinu bħala katalizzatur, u b'hekk jeħtieġ żieda fl-ispejjeż.
Bħalissa, qed nużaw ċelloli tal-fjuwil tal-elettroliti polimeru (PEFC) u ċelloli tal-fjuwil tal-aċidu fosforiku (PAFC). B'mod partikolari, il-vetturi taċ-ċelluli tal-fjuwil jużaw PEFC, u għalhekk jista 'jkun mistenni li jinfirex fil-futur.

Il-Ħżin u t-Trasport tal-Idroġenu huma Sikur?

Sa issa, naħsbu li tifhem kif isir u jintuża l-gass tal-idroġenu. Allura kif taħżen dan l-idroġenu? Kif tasal fejn għandek bżonnha? Xi ngħidu dwar is-sigurtà dak iż-żmien? Aħna ser nispjegaw.
Fil-fatt, l-idroġenu huwa wkoll element perikoluż ħafna. Fil-bidu tas-seklu 20, użajna l-idroġenu bħala gass biex inqiegħdu bżieżaq, blalen, u airships fis-sema għax kien ħafif ħafna. Madankollu, fis- 6 taʼ Mejju, 1937, fi New Jersey, l- Istati Uniti, seħħet l- “isplużjoni taʼ l- airship Hindenburg”.
Mill-inċident, ġie rikonoxxut b'mod wiesa 'li l-gass tal-idroġenu huwa perikoluż. Speċjalment meta jaqbad in-nar, se jisplodi b'mod vjolenti bl-ossiġnu. Għalhekk, "żomm 'il bogħod mill-ossiġnu" jew "żomm 'il bogħod mis-sħana" hija essenzjali.
Wara li ħadna dawn il-miżuri, ħriġna b'metodu ta 'tbaħħir.
L-idroġenu huwa gass f'temperatura tal-kamra, għalhekk minkejja li għadu gass, huwa goff ħafna. L-ewwel metodu huwa li tapplika pressjoni għolja u tikkompressa bħal ċilindru meta tagħmel xarbiet karbonati. Ipprepara tank speċjali ta 'pressjoni għolja u aħżen taħt kundizzjonijiet ta' pressjoni għolja bħal 45Mpa.
Toyota, li tiżviluppa vetturi taċ-ċelloli tal-fjuwil (FCV), qed tiżviluppa tank tal-idroġenu bi pressjoni għolja tar-reżina li jiflaħ pressjoni ta '70 MPa.
Metodu ieħor huwa li tkessaħ sa -253 ° C biex tagħmel idroġenu likwidu, u taħżen u ttrasportah f'tankijiet speċjali iżolati bis-sħana. Bħall-LNG (gass naturali likwifikat) meta l-gass naturali jiġi importat minn barra, l-idroġenu jiġi likwifikat waqt it-trasport, u jnaqqas il-volum tiegħu għal 1/800 tal-istat gassuż tiegħu. Fl-2020, lestejna l-ewwel trasportatur tal-idroġenu likwidu fid-dinja. Madankollu, dan l-approċċ mhuwiex adattat għall-vetturi taċ-ċelloli tal-fjuwil minħabba li jeħtieġ ħafna enerġija biex jiksaħ.
Hemm metodu ta 'ħażna u tbaħħir f'tankijiet bħal dan, iżda qed niżviluppaw ukoll metodi oħra ta' ħażna ta 'idroġenu.
Il-metodu tal-ħażna huwa li tuża ligi tal-ħażna tal-idroġenu. L-idroġenu għandu l-proprjetà li jippenetra l-metalli u jiddeterjorahom. Din hija ponta ta 'żvilupp li ġiet żviluppata fl-Istati Uniti fl-1960's. JJ Reilly et al. L-esperimenti wrew li l-idroġenu jista 'jinħażen u jinħeles bl-użu ta' liga ta 'manjeżju u vanadju.
Wara dan, żviluppa b'suċċess sustanza, bħall-palladju, li tista 'tassorbi l-idroġenu 935 darba l-volum tagħha stess.
Il-vantaġġ tal-użu ta 'din il-liga huwa li jista' jipprevjeni inċidenti ta 'tnixxija tal-idroġenu (prinċipalment inċidenti ta' splużjoni). Għalhekk, jista 'jinħażen u jinġarr b'mod sikur. Madankollu, jekk ma toqgħodx attent u tħallih f'ambjent ħażin, il-ligi tal-ħażna tal-idroġenu jistgħu jirrilaxxaw gass tal-idroġenu maż-żmien. Ukoll, anke spark żgħira tista 'tikkawża inċident ta' splużjoni, għalhekk oqgħod attent.
Għandu wkoll l-iżvantaġġ li l-assorbiment u d-desorbiment ripetut ta 'l-idroġenu jwasslu għal embrittlement u jnaqqsu r-rata ta' assorbiment ta 'l-idroġenu.
L-ieħor huwa li tuża pajpijiet. Hemm kundizzjoni li trid tkun mhux ikkompressata u pressjoni baxxa biex tipprevjeni l-fraġilità tal-pajpijiet, iżda l-vantaġġ huwa li jistgħu jintużaw pajpijiet tal-gass eżistenti. Tokyo Gas wettaq xogħol ta' kostruzzjoni fuq il-BANDIERA Harumi, billi uża pipelines tal-gass tal-belt biex iforni l-idroġenu liċ-ċelloli tal-fjuwil.

Soċjetà futura Maħluqa mill-Enerġija tal-Idroġenu

Fl-aħħarnett, ejja nikkunsidraw ir-rwol li jista' jkollu l-idroġenu fis-soċjetà.
Aktar importanti minn hekk irridu nippromwovu soċjetà mingħajr karbonju, nużaw l-idroġenu biex niġġeneraw l-elettriku minflok bħala enerġija tas-sħana.
Minflok impjanti termali kbar, xi djar introduċew sistemi bħal ENE-FARM, li jużaw l-idroġenu miksub bir-riforma tal-gass naturali biex jiġġeneraw l-elettriku meħtieġ. Madankollu, il-kwistjoni ta 'x'għandu jsir bil-prodotti sekondarji tal-proċess ta' riforma tibqa '.

Fil-futur, jekk iċ-ċirkolazzjoni ta 'l-idroġenu nnifisha tiżdied, bħal żieda fin-numru ta' stazzjonijiet ta 'riforniment ta' l-idroġenu, ikun possibbli li tuża l-elettriku mingħajr ma toħroġ dijossidu tal-karbonju. L-elettriku jipproduċi idroġenu aħdar, ovvjament, għalhekk juża l-elettriku ġġenerat mid-dawl tax-xemx jew mir-riħ. Il-qawwa użata għall-elettroliżi għandha tkun il-qawwa biex trażżan l-ammont ta 'ġenerazzjoni ta' enerġija jew biex tiċċarġja l-batterija rikarikabbli meta jkun hemm enerġija żejda minn enerġija naturali. Fi kliem ieħor, l-idroġenu jinsab fl-istess pożizzjoni bħall-batterija rikarikabbli. Jekk jiġri dan, eventwalment ikun possibbli li titnaqqas il-ġenerazzjoni tal-enerġija termali. Il-jum meta l-magna tal-kombustjoni interna tisparixxi mill-karozzi qed joqrob malajr.

L-idroġenu jista' jinkiseb ukoll permezz ta' rotta oħra. Fil-fatt, l-idroġenu għadu prodott sekondarju tal-produzzjoni tas-soda kawstika. Fost affarijiet oħra, huwa prodott sekondarju tal-produzzjoni tal-kokk fil-produzzjoni tal-ħadid. Jekk tpoġġi dan l-idroġenu fid-distribuzzjoni, tkun tista 'tikseb sorsi multipli. Il-gass tal-idroġenu prodott b'dan il-mod huwa wkoll fornut minn stazzjonijiet tal-idroġenu.

Ejja nħarsu aktar lejn il-futur. L-ammont ta 'enerġija mitlufa huwa wkoll kwistjoni bil-metodu ta' trasmissjoni li juża wajers biex iforni l-enerġija. Għalhekk, fil-futur, se nużaw l-idroġenu kkunsinnat mill-pipelines, bħad-tankijiet tal-aċidu karboniku użati biex isiru xorb karbonizzat, u nixtru tank tal-idroġenu fid-dar biex niġġenera l-elettriku għal kull dar. Apparat mobbli li jaħdem fuq batteriji tal-idroġenu qed isir komuni. Ikun interessanti li tara futur bħal dan.