Kako se proizvodi vodikovo gorivo – 8 proizvodnih koraka

Ako razmišljamo o tome kako se proizvodi vodikovo gorivo, postavit ćemo se pitanje zašto se vodik koristi kao gorivo. Pa, kad se vodik koristi kao gorivo u gorivnoj ćeliji, to je čisto gorivo koje isključivo proizvodi vodu.

Brojni resursi, uključujući prirodni gas, nuklearna elektrana, biomasei obnovljivi izvori energije kao solarni i vjetar, mogu se koristiti za proizvodnju vodika.

Njegove prednosti čine ga poželjnim izborom goriva za primjene koje uključuju proizvodnju energije i transport. Ima brojne namjene, uključujući prijenosno napajanje, domove, automobile i još mnogo toga.

Korištenje vodikovih gorivih ćelija kao čiste i učinkovite zamjene za konvencionalni motori s izgaranjem znatno je porasla. Jedini rezultat kemijske interakcije između vodika i kisika u ovim gorivnim ćelijama koje proizvode električnu energiju je voda.

Potreban je sofisticirani proizvodni postupak kako bi se u potpunosti iskoristio potencijal vodikovih gorivih ćelija.

Kako se proizvodi vodikovo gorivo – 4 glavne metode proizvodnje

Postoje razni načini proizvodnje vodikovog goriva. Danas su elektroliza i reformiranje prirodnog plina — toplinski proces — najčešće korištene tehnike. Biološki procesi i procesi na solarni pogon još su dva pristupa.

• Toplinski procesi
• Elektrolitički procesi
• Procesi pokretani Suncem
• Biološki procesi

1. Toplinski procesi

Najčešća toplinska metoda za proizvodnju vodika je parni reforming, što je visokotemperaturna reakcija između pare i ugljikovodičnog goriva koja daje vodik.

Vodik se može proizvesti reformingom različitih goriva ugljikovodika, kao što su dizel, prirodni plin, plinificirani ugljen, plinificirana biomasa i obnovljiva tekuća goriva. Danas se prirodnim plinom za pretvorbu pare proizvodi gotovo 95% ukupnog vodika.

2. Elektrolitički procesi

Vodik i kisik mogu se ekstrahirati iz vode tehnikom elektrolize. Elektrolizer je uređaj koji obavlja elektrolitske procese. Slična je gorivnoj ćeliji po tome što proizvodi vodik iz molekula vode umjesto da koristi energiju molekule vodika.

3. Procesi pokretani Suncem

U sustavima na solarni pogon svjetlost djeluje kao sredstvo za proizvodnju vodika. Nekoliko solarnih procesa su termokemijski, fotoelektrokemijski i fotobiološki. Vodik se proizvodi fotobiološkim procesima koji se oslanjaju na prirodnu fotosintetsku aktivnost bakterija i zelenih algi.

Koristeći specifične poluvodiče, fotoelektrokemijske reakcije dijele vodu na vodik i kisik. Koncentrirana solarna energija koristi se u solarnoj termokemijskoj sintezi vodika za poticanje reakcija cijepanja vode, često u kombinaciji s dodatnim vrstama poput metalnih oksida.

4. Biološki procesi

Mikroorganizmi poput bakterija i mikroalgi koriste se u biološkim procesima, a ti organizmi mogu proizvesti vodik biološkim reakcijama.

Razgradnjom organskih materijala poput biomase ili otpadnih voda, bakterije mogu proizvesti vodik u procesu poznatom kao pretvorba mikrobne biomase. Nasuprot tome, fotobiološki procesi koriste sunčevu svjetlost kao izvor energije za mikrobe.

Kako se proizvodi vodikovo gorivo – 8 proizvodnih koraka

Nakon rasprave o različitim proizvodnim metodama, proučimo specifične postupke uključene u proizvodnju vodikove gorive ćelije, od lociranja sirovina do proizvodnje čistog izvora energije. Ispitat ćemo postupke koji čine proces elektrolize.

• Izvor sirovina
• Priprema katalizatora
• Izrada sklopa membranske elektrode (MEA).
• Proizvodnja bipolarnih ploča
• Sklop gorive ćelije
• Ravnoteža biljnih komponenti
• Kontrola i ispitivanje kvalitete
• Uvođenje i integracija

1. Izvor sirovina

Nabava sirovina potrebnih za izradu vodikovih gorivih ćelija prvi je korak u proizvodnom procesu. Bitne komponente uključuju materijale na bazi ugljika za bipolarne ploče, polimere za membranu elektrolita i platinu ili druge katalizatore za reakcije elektrode.

Obično nabavljeni od mnogih dobavljača, ovi materijali prolaze kroz stroge postupke osiguranja kvalitete kako bi se zajamčila njihova prikladnost za proizvodnju gorivih ćelija.

2. Priprema katalizatora

Katalizator, koji je često napravljen od platine, neophodan je za sposobnost gorive ćelije da provodi elektrokemijske reakcije.

Kako bi se proizveo visoko aktivan i stabilan sloj katalizatora, materijal katalizatora se obrađuje i proizvodi različitim metodama, uključujući kemijsko taloženje i fizičko taloženje iz pare.

Površine elektroda se zatim prekrivaju ovim slojem koristeći tehnike poput nanošenja spreja ili sitotiska.

3. Izrada sklopa membranske elektrode (MEA).

Elektrode obložene katalizatorom i membrana polimernog elektrolita čine sklop membranske elektrode, koji je bitan dio gorive ćelije. Membrana polimernog elektrolita pomno je proizvedena i oblikovana kako bi odgovarala arhitekturi sklopa gorivih ćelija.

Obično se sastoji od polimera perfluorosulfonske kiseline. MEA se zatim formira integracijom elektroda obloženih katalizatorom u svaku stranu membrane.

4. Proizvodnja bipolarnih ploča

U nizu gorivih ćelija, bipolarne ploče zadužene su za raspršivanje reaktantnih plinova i prijenos električne energije između gorivih ćelija. Obično se za izradu ovih ploča koriste materijali na bazi ugljika koji su otporni na koroziju i lagani.

Kako bi se postigao željeni oblik i struktura, tijekom proizvodnog procesa koriste se postupci kalupljenja, strojne obrade ili prešanja. Kanali i polja protoka također su uključeni u bipolarne ploče kako bi se olakšao učinkovit prolaz plinova kisika i vodika.

5. Sklop gorive ćelije

Bitna komponenta sustava vodikovih gorivih ćelija je sklop gorivih ćelija, koji se sastoji od nekoliko gorivih ćelija spojenih paralelno i serijski. Sklop se sastoji od savršeno naslaganih bipolarnih ploča, slojeva za difuziju plina i MEA.

Propuštanje plina je spriječeno i dobro brtvljenje je osigurano upotrebom materijala za brtvljenje kao što su ljepila i brtve. Sklop dimnjaka napravljen je za proizvodnju najveće snage uz očuvanje idealnog protoka rashladnog sredstva i plina.

6. Ravnoteža biljnih komponenti

Potpuni sustav gorivih ćelija treba nekoliko komponenata ravnoteže postrojenja (BOP) uz sklop gorivih ćelija. Oni se sastoje od ovlaživača zraka, sustava za hlađenje, sustava za opskrbu vodikom i kisikom te energetske elektronike za upravljanje i regulaciju električne energije.

Kako bi se osigurao odgovarajući protok goriva i rashladne tekućine, upravljanje toplinom i električna povezanost, komponente BOP-a integrirane su u cjelokupni dizajn sustava.

7. Kontrola i ispitivanje kvalitete

Tijekom procesa proizvodnje koriste se strogi postupci kontrole kvalitete kako bi se zajamčila pouzdanost i učinkovitost svake gorive ćelije. U nekoliko faza provode se provjere kvalitete poput vizualnog pregleda, električnog ispitivanja i pregleda izvedbe.

Kompletno testiranje se provodi na konačnim sklopovima gorivih ćelija kako bi se potvrdila njihova električna snaga, trajnost, učinkovitost i sigurnost. Kako bi se zadovoljili potrebni standardi kvalitete, sve neispravne ćelije ili komponente se pronalaze i zamjenjuju.

8. Uvođenje i integracija

Gorive ćelije su pripremljene za implementaciju i integraciju u niz aplikacija nakon njihove uspješne proizvodnje i testiranja. Prijenosna elektronika, stacionarna oprema za proizvodnju električne energije i automobili mogu spadati u ovu kategoriju.

Kako bi se konstruirao koristan i učinkovit uređaj s pogonom na vodik, postupak integracije uključuje povezivanje sustava gorivih ćelija s potrebnim pomoćnim sustavima, kao što su spremnici za pohranu vodika, sustavi za dovod zraka i jedinice za upravljanje energijom.

Zaključak

Proizvodnja vodikovih gorivih ćelija proces je u više koraka koji počinje nabavom sirovina i završava integracijom sustava gorivih ćelija.

Ovaj složeni proces jamči proizvodnju čistih, pouzdanih i učinkovitih izvora energije koji imaju potencijal za potpunu transformaciju proizvodnje električne energije, transporta i drugih industrija.

Proizvodni proces za vodikove gorivne ćelije stalno se razvija zahvaljujući kontinuiranom istraživanju i razvoju, što potiče razvoj održivih energetskih rješenja.

Preporuke

• 20 činjenica o hidroenergiji koje niste znali
  .
• Vozila s pogonom na vodik: Upoznajte prednosti i nedostatke
  .
• Kako radi hidroelektrična energija
  .
• Hidrološki ciklus okoliša
  .
• Kako metan utječe na globalno zagrijavanje?