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

Se nintroduċu l-“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 huwa s-sors ta’ enerġija dominanti tal-ġenerazzjoni li jmiss.

Elettroliżi tal-Ilma biex Tipproduċi Idroġenu Ekoloġiku

Meta tuża l-idroġenu, huwa importanti li "tipproduċi l-idroġenu" xorta waħda. L-aktar mod faċli huwa li "tielettrolizza l-ilma". Forsi għamiltu fix-xjenza tal-iskola primarja. Imla l-beaker bl-ilma u l-elettrodi fl-ilma. Meta batterija tkun imqabbda mal-elettrodi u enerġizzata, ir-reazzjonijiet li ġejjin iseħħu fl-ilma u f'kull elettrodu.
Fil-katodu, l-H+ u l-elettroni jingħaqdu biex jipproduċu gass tal-idroġenu, filwaqt li l-anodu jipproduċi ossiġnu. Xorta waħda, dan l-approċċ huwa tajjeb għal esperimenti tax-xjenza fl-iskejjel, iżda biex jiġi prodott l-idroġenu industrijalment, iridu jiġu ppreparati mekkaniżmi effiċjenti adattati għal produzzjoni fuq skala kbira. Din hija "elettroliżi tal-membrana tal-elettrolit tal-polimeru (PEM)".
F'dan il-metodu, membrana semipermeabbli tal-polimeru li tippermetti l-passaġġ tal-joni tal-idroġenu hija mdaħħla bejn anodu u katodu. Meta l-ilma jitferra' fl-anodu tal-apparat, il-joni tal-idroġenu prodotti mill-elettroliżi jiċċaqalqu minn ġo membrana semipermeabbli sal-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, toħloq idroġenu u ossiġnu billi tissepara l-anodu u l-katodu permezz ta' separatur li minnu jistgħu jgħaddu biss joni tal-idrossidu. Barra minn hekk, hemm metodi industrijali bħall-elettroliżi tal-fwar f'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 ħieles mill-karbonju jista’ jiġi prodott jekk jiġi prodott b’elettriku li ma jużax fjuwils fossili, bħal turbini tar-riħ u pannelli solari.
Tista' tikseb "idroġenu aħdar" billi telettrolizza l-ilma bl-użu ta' enerġija nadifa.

Hemm ukoll ġeneratur tal-idroġenu għall-produzzjoni fuq skala kbira ta’ dan l-idroġenu ekoloġiku. 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 f'fjuwils fossili bħall-gass naturali u l-faħam bħala sustanzi oħra għajr l-ilma. Pereżempju, ikkunsidra l-metanu (CH4), il-komponent ewlieni tal-gass naturali. Hawnhekk hemm erba' atomi tal-idroġenu. Tista' tikseb l-idroġenu billi tneħħi dan l-idroġenu.
Wieħed minn dawn huwa proċess imsejjaħ “riformazzjoni tal-metanu bil-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 bħar-"riformar bil-fwar" u l-"piroliżi" tal-gass naturali u l-faħam. "Idroġenu blu" jirreferi għall-idroġenu prodott b'dan il-mod.
F'dan il-każ, madankollu, il-monossidu tal-karbonju u d-dijossidu tal-karbonju jiġu prodotti bħala prodotti sekondarji. Għalhekk trid tirriċiklahom qabel ma jiġu rilaxxati fl-atmosfera. Id-dijossidu tal-karbonju li jirriżulta bħala prodott sekondarju, jekk ma jiġix irkuprat, isir gass tal-idroġenu, magħruf bħala "idroġenu griż".

X'Tip ta' Element Huwa l-Idroġenu?

L-idroġenu għandu numru atomiku ta' 1 u huwa l-ewwel element fit-tabella perjodika.
L-għadd ta' atomi huwa l-akbar fl-univers, u jammonta għal madwar 90% tal-elementi kollha fl-univers. L-iżgħar atomu li jikkonsisti minn proton u elettron huwa l-atomu tal-idroġenu.
L-idroġenu għandu żewġ iżotopi b'newtroni mwaħħlin man-nukleu. Wieħed "dewterju" marbut man-newtroni u tnejn "tritju" marbuta man-newtroni. Dawn huma wkoll materjali għall-ġenerazzjoni tal-enerġija mill-fużjoni.
Ġewwa kewkba bħax-xemx, qed isseħħ fużjoni nukleari mill-idroġenu għall-elju, li huwa s-sors tal-enerġija biex il-kewkba tiddi.
Madankollu, l-idroġenu rarament jeżisti bħala gass fid-Dinja. L-idroġenu jifforma komposti ma' elementi oħra bħall-ilma, il-metanu, l-ammonja u l-etanol. Peress li l-idroġenu huwa element ħafif, hekk kif togħla t-temperatura, il-veloċità tal-moviment tal-molekuli tal-idroġenu tiżdied, u jaħrab mill-gravità tad-dinja lejn l-ispazju.

Kif Tuża l-Idroġenu? Uża permezz tal-Kombustjoni

Imbagħad, kif jintuża l-“idroġenu”, li ġibed l-attenzjoni mad-dinja kollha bħala sors ta’ enerġija tal-ġenerazzjoni li jmiss? Jintuża f’żewġ modi ewlenin: “kombustjoni” u “ċellula tal-fjuwil”. Nibdew bl-użu tal-“ħruq”.
Hemm żewġ tipi ewlenin ta' kombustjoni li jintużaw.
L-ewwel wieħed huwa bħala fjuwil għar-rokits. Ir-rokit H-IIA tal-Ġappun juża l-gass tal-idroġenu "idroġenu likwidu" u "ossiġnu likwidu" li jinsab ukoll fi stat krijoġeniku bħala fjuwil. Dawn it-tnejn huma kkombinati, u l-enerġija tas-sħana ġġenerata f'dak il-ħin taċċellera l-injezzjoni tal-molekuli tal-ilma ġġenerati, li jtiru fl-ispazju. Madankollu, minħabba li huwa magna teknikament diffiċli, minbarra l-Ġappun, l-Istati Uniti, l-Ewropa, ir-Russja, iċ-Ċina u l-Indja biss irnexxielhom jikkombinaw dan il-fjuwil.
It-tieni waħda hija l-ġenerazzjoni tal-enerġija. Il-ġenerazzjoni tal-enerġija bit-turbini tal-gass tuża wkoll il-metodu li jikkombina l-idroġenu u l-ossiġnu biex jiġġenera 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 jħaddem it-turbini. Jekk l-idroġenu jintuża bħala sors ta’ sħana, l-impjant tal-enerġija jkun newtrali għall-karbonju.

Kif Tuża l-Idroġenu? Użat bħala Ċellula tal-Fjuwil

Mod ieħor kif tuża l-idroġenu huwa bħala ċella tal-fjuwil, li tikkonverti l-idroġenu direttament f'elettriku. B'mod partikolari, Toyota ġibdet l-attenzjoni fil-Ġappun billi faħħret vetturi li jaħdmu bl-idroġenu minflok vetturi elettriċi (EVs) bħala alternattiva għall-vetturi tal-gażolina bħala parti mill-kontromiżuri tagħha għat-tisħin globali.
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 l-ilma (ilma sħun jew fwar) filwaqt li jiġġenera l-elettriku, u jista' jiġi evalwat għax ma jimponix piż fuq l-ambjent. Mill-banda l-oħra, dan il-metodu għandu effiċjenza relattivament baxxa fil-ġenerazzjoni tal-enerġija ta' 30-40%, u jeħtieġ il-platinu bħala katalist, u b'hekk jeħtieġ spejjeż miżjuda.
Bħalissa, qed nużaw ċelloli tal-fjuwil elettrolit polimeriku (PEFC) u ċelloli tal-fjuwil tal-aċidu fosforiku (PAFC). B'mod partikolari, il-vetturi taċ-ċelloli tal-fjuwil jużaw il-PEFC, għalhekk jista' jkun mistenni li jinfirex fil-futur.

Il-Ħażna u t-Trasport tal-Idroġenu huma Sikuri?

Issa naħsbu li fhimt kif jiġi prodott u użat il-gass tal-idroġenu. Allura kif taħżen dan l-idroġenu? Kif twasslu fejn teħtieġu? Xi ngħidu dwar is-sigurtà f'dak il-ħin? Se nispjegawlek.
Fil-fatt, l-idroġenu huwa wkoll element perikoluż ħafna. Fil-bidu tas-seklu 20, użajna l-idroġenu bħala gass biex inżommu blalen tal-arja, blalen tal-arja, u bastimenti tal-ajru fis-sema għax kien ħafif ħafna. Madankollu, fis-6 ta' Mejju 1937, fi New Jersey, l-Istati Uniti, seħħet l-"isplużjoni tal-bastiment tal-ajru Hindenburg".
Minn mindu seħħ l-inċident, ġie rikonoxxut b'mod wiesa' li l-gass tal-idroġenu huwa perikoluż. Speċjalment meta jieħu n-nar, jisplodi b'mod vjolenti bl-ossiġnu. Għalhekk, "żomm 'il bogħod mill-ossiġnu" jew "żomm 'il bogħod mis-sħana" huwa essenzjali.
Wara li ħadna dawn il-miżuri, ħriġna b'metodu ta' tbaħħir.
L-idroġenu huwa gass f'temperatura tal-kamra, għalhekk anke jekk għadu gass, huwa goff ħafna. L-ewwel metodu huwa li tapplika pressjoni għolja u tikkompressa bħal ċilindru meta tagħmel xorb karbonizzat. Ipprepara tank speċjali bi pressjoni għolja u aħżinh taħt kundizzjonijiet ta' pressjoni għolja bħal 45Mpa.
Toyota, li tiżviluppa vetturi b'ċelloli tal-fjuwil (FCV), qed tiżviluppa tank tal-idroġenu bi pressjoni għolja tar-reżina li jista' jiflaħ pressjoni ta' 70 MPa.
Metodu ieħor huwa li jitkessaħ sa -253°C biex isir idroġenu likwidu, u jinħażen u jiġi ttrasportat f'tankijiet speċjali iżolati bis-sħana. Bħall-LNG (gass naturali likwifikat) meta l-gass naturali jiġi importat minn barra l-pajjiż, l-idroġenu jiġi likwifikat waqt it-trasport, u b'hekk il-volum tiegħu jitnaqqas għal 1/800 tal-istat gassuż tiegħu. Fl-2020, lestejna l-ewwel trasportatur tal-idroġenu likwidu fid-dinja. Madankollu, dan l-approċċ mhuwiex adattat għal vetturi taċ-ċelloli tal-fjuwil għaliex jeħtieġ ħafna enerġija biex jitkessaħ.
Hemm metodu ta' ħażna u tbaħħir f'tankijiet bħal dan, iżda qed niżviluppaw ukoll metodi oħra ta' ħażna tal-idroġenu.
Il-metodu tal-ħażna huwa li jintużaw ligi tal-ħażna tal-idroġenu. L-idroġenu għandu l-proprjetà li jippenetra l-metalli u jiddeterjorahom. Dan huwa ponta ta' żvilupp li ġiet żviluppata fl-Istati Uniti fis-snin sittin. JJ Reilly et al. Esperimenti wrew li l-idroġenu jista' jinħażen u jiġi rilaxxat bl-użu ta' liga tal-manjeżju u l-vanadju.
Wara dan, huwa 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 tista' tipprevjeni inċidenti ta' tnixxija tal-idroġenu (prinċipalment inċidenti ta' splużjoni). Għalhekk, tista' tinħażen u tiġi ttrasportata b'mod sigur. Madankollu, jekk ma toqgħodx attent u tħalliha f'ambjent ħażin, il-ligi tal-ħażna tal-idroġenu jistgħu jirrilaxxaw gass tal-idroġenu maż-żmien. Anke xrar żgħir jista' jikkawża inċident ta' splużjoni, għalhekk oqgħod attent.
Għandu wkoll l-iżvantaġġ li l-assorbiment u d-desorbiment ripetuti tal-idroġenu jwasslu għal fraġli u jnaqqsu r-rata ta' assorbiment tal-idroġenu.
L-ieħor huwa li jintużaw pajpijiet. Hemm kundizzjoni li ma jkunux kompressati u bi pressjoni baxxa biex jiġi evitat li l-pajpijiet jitfarrku, iżda l-vantaġġ huwa li jistgħu jintużaw pajpijiet tal-gass eżistenti. Tokyo Gas wettqet xogħol ta’ kostruzzjoni fuq il-Harumi FLAG, billi użat pajpijiet tal-gass tal-belt biex tipprovdi l-idroġenu liċ-ċelloli tal-fjuwil.

Soċjetà Futura Maħluqa mill-Enerġija tal-Idroġenu

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

Fil-futur, jekk iċ-ċirkolazzjoni tal-idroġenu nnifsu tiżdied, bħal pereżempju ż-żieda fin-numru ta' stazzjonijiet ta' riforniment tal-idroġenu, ikun possibbli li tintuża l-elettriku mingħajr ma jiġi emess id-dijossidu tal-karbonju. L-elettriku jipproduċi idroġenu aħdar, naturalment, għalhekk juża l-elettriku ġġenerat mid-dawl tax-xemx jew mir-riħ. L-enerġija użata għall-elettroliżi għandha tkun l-enerġija li trażżan l-ammont ta' ġenerazzjoni tal-enerġija jew li tiċċarġja l-batterija rikarikabbli meta jkun hemm enerġija żejda mill-enerġija naturali. Fi kliem ieħor, l-idroġenu jkun fl-istess pożizzjoni bħall-batterija rikarikabbli. Jekk dan jiġri, 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-manifattura tal-ħadid. Jekk tpoġġi dan l-idroġenu fid-distribuzzjoni, tkun tista' tikseb sorsi multipli. Il-gass tal-idroġenu prodott b'dan il-mod jiġi fornut ukoll minn stazzjonijiet tal-idroġenu.

Ejjew inħarsu aktar fil-fond lejn il-futur. L-ammont ta’ enerġija mitlufa hija wkoll kwistjoni bil-metodu ta’ trasmissjoni li juża wajers biex jipprovdi l-enerġija. Għalhekk, fil-futur, se nużaw l-idroġenu kkunsinnat permezz ta’ pipelines, bħat-tankijiet tal-aċidu karboniku użati fil-manifattura tax-xorb karbonizzat, u se nixtru tank tal-idroġenu fid-dar biex niġġeneraw l-elettriku għal kull dar. Apparati mobbli li jaħdmu b’batteriji tal-idroġenu qed isiru komuni. Se jkun interessanti li naraw futur bħal dan.