Ngeunaan hidrogén énergi generasi saterusna

Urang bakal ngawanohkeun "hidrogen", generasi saterusna énergi anu karbon nétral. Hidrogén dibagi kana tilu jenis: "hidrogen héjo", "hidrogen biru" jeung "hidrogen abu", nu masing-masing boga metoda produksi béda. Kami ogé bakal ngajelaskeun unggal metode pembuatan, sipat fisik salaku unsur, panyimpen / metode transportasi, sareng metode pamakean. Sareng kuring ogé bakal ngenalkeun naha éta mangrupikeun sumber énergi anu dominan generasi salajengna.

Éléktrolisis Cai pikeun Ngahasilkeun Hidrogen Héjo

Lamun ngagunakeun hidrogén, hal anu penting pikeun "ngahasilkeun hidrogén" atoh. Cara panggampangna nyaéta "electrolyze cai". Meureun anjeun tuh dina elmu sakola dasar. Eusian beaker ku cai sareng éléktroda dina cai. Nalika batré disambungkeun ka éléktroda jeung energized, réaksi handap lumangsung dina cai jeung di unggal éléktroda.
Dina katoda, H+ jeung éléktron ngagabung ngahasilkeun gas hidrogén, sedengkeun anoda ngahasilkeun oksigén. Leungit, pendekatan ieu hade pikeun percobaan elmu sakola, tapi pikeun ngahasilkeun hidrogén industri, mékanisme efisien cocog pikeun produksi skala badag kudu disiapkeun. Éta "mémbran éléktrolit polimér (PEM) éléktrolisis".
Dina métode ieu, mémbran semiperméable polimér anu ngamungkinkeun ngaliwatan ion hidrogén diapit antara anoda jeung katoda. Lamun cai dituang kana anoda alat, ion hidrogén dihasilkeun ku éléktrolisis ngalir ngaliwatan mémbran semipermeabel ka katoda, dimana maranéhna jadi molekul hidrogén. Di sisi séjén, ion oksigén teu bisa ngaliwatan mémbran semipermeabel tur jadi molekul oksigén dina anoda.
Ogé dina éléktrolisis cai basa, anjeun nyiptakeun hidrogén sareng oksigén ku cara misahkeun anoda sareng katoda ngaliwatan separator anu ngan ukur tiasa ngalangkungan ion hidroksida. Salaku tambahan, aya metode industri sapertos éléktrolisis uap suhu luhur.
Ku ngajalankeun prosés ieu dina skala badag, jumlah badag hidrogén bisa diala. Dina prosésna, jumlah oksigén anu signifikan ogé dihasilkeun (satengah volume hidrogén anu dihasilkeun), ku kituna teu aya pangaruh lingkungan anu ngarugikeun upami dileupaskeun ka atmosfir. Sanajan kitu, éléktrolisis merlukeun loba listrik, jadi hidrogén bébas karbon bisa dihasilkeun lamun dihasilkeun ku listrik nu teu ngagunakeun bahan bakar fosil, kayaning turbin angin jeung panel surya.
Anjeun bisa meunangkeun "hidrogen héjo" ku electrolyzing cai ngagunakeun énergi bersih.

Aya ogé generator hidrogén pikeun produksi badag skala hidrogén héjo ieu. Ku ngagunakeun PEM dina bagian electrolyzer, hidrogén bisa dihasilkeun terus.

Hidrogen Biru Dijieun tina Bahan Bakar Fosil

Ku kituna, naon cara séjén pikeun nyieun hidrogén? Hidrogen aya dina bahan bakar fosil sapertos gas alam sareng batubara salaku zat sanés cai. Contona, anggap métana (CH4), komponén utama gas alam. Aya opat atom hidrogén di dieu. Anjeun tiasa kéngingkeun hidrogén ku cara ngaluarkeun hidrogén ieu.
Salah sahijina nyaéta prosés anu disebut "reformasi métana uap" anu ngagunakeun uap. Rumus kimia tina metoda ieu nyaéta kieu.
Sakumaha anjeun tiasa tingali, karbon monoksida sareng hidrogén tiasa diékstrak tina hiji molekul métana.
Ku cara kieu, hidrogén bisa dihasilkeun ngaliwatan prosés kayaning "uap reforming" jeung "pirolisis" gas alam jeung batubara. "Blue hydrogen" nujul kana hidrogén dihasilkeun ku cara kieu.
Dina hal ieu, kumaha oge, karbon monoksida jeung karbon dioksida dihasilkeun salaku produk sampingan. Janten anjeun kedah ngadaur ulang aranjeunna sateuacan dileupaskeun ka atmosfir. Karbon dioksida hasil samping, upami henteu pulih, janten gas hidrogén, anu katelah "hidrogen abu".

Naon Jenis Unsur Hidrogen?

Hidrogen mibanda wilangan atom 1 sarta mangrupa unsur kahiji dina tabel periodik.
Jumlah atom nyaéta panggedena di jagat raya, kira-kira 90% tina sakabéh unsur di jagat raya. Atom pangleutikna anu diwangun ku proton sareng éléktron nyaéta atom hidrogén.
Hidrogén boga dua isotop kalawan neutron napel inti. Hiji "deuterium" kabeungkeut neutron jeung dua "tritium" kabeungkeut neutron. Ieu ogé bahan pikeun generasi kakuatan fusi.
Di jero béntang kawas panonpoé, fusi nuklir ti hidrogén ka hélium lumangsung, nu mangrupakeun sumber énergi pikeun béntang pikeun caang.
Tapi, hidrogén jarang aya salaku gas di Bumi. Hidrogen ngabentuk sanyawa sareng unsur séjén sapertos cai, métana, amonia sareng étanol. Kusabab hidrogén mangrupikeun unsur cahaya, nalika suhu naék, laju gerak molekul hidrogén ningkat, sareng lolos tina gravitasi bumi ka luar angkasa.

Kumaha ngagunakeun hidrogén? Paké ku durukan

Lajeng, kumaha "hidrogen", nu geus narik perhatian sakuliah dunya salaku sumber énergi generasi saterusna, dipaké? Hal ieu dipaké dina dua cara utama: "ngaduruk" jeung "sél suluh". Hayu urang mimitian ku pamakéan "kaduruk".
Aya dua jenis utama durukan dipaké.
Anu kahiji nyaéta salaku bahan bakar rokét. Rokét H-IIA Jepang ngagunakeun gas hidrogén "hidrogen cair" jeung "oksigén cair" nu ogé dina kaayaan cryogenic salaku suluh. Dua ieu digabungkeun, sarta énergi panas dihasilkeun dina waktu éta accelerates suntik molekul cai dihasilkeun, ngalayang ka spasi. Sanajan kitu, alatan éta mesin téhnisna hésé, iwal Jepang, ngan Amérika Serikat, Eropa, Rusia, Cina jeung India geus hasil ngagabungkeun suluh ieu.
Anu kadua nyaéta pembangkit listrik. Pembangkit listrik turbin gas ogé ngagunakeun métode ngagabungkeun hidrogén jeung oksigén pikeun ngahasilkeun énergi. Dina basa sejen, éta métode anu kasampak di énergi termal dihasilkeun hidrogén. Dina pembangkit listrik termal, panas tina ngaduruk batubara, minyak jeung gas alam ngahasilkeun uap nu ngajalankeun turbin. Lamun hidrogén dipaké salaku sumber panas, pembangkit listrik bakal karbon nétral.

Kumaha ngagunakeun hidrogén? Dipaké salaku sél suluh

Cara séjén pikeun ngagunakeun hidrogén nyaéta salaku sél suluh, anu ngarobah hidrogén langsung jadi listrik. Khususna, Toyota geus narik perhatian di Jepang ku touting kandaraan bahan bakar hidrogén tinimbang kandaraan listrik (EVs) salaku alternatif pikeun kandaraan béngsin salaku bagian tina countermeasures pemanasan global na.
Husus, urang ngalakukeun prosedur sabalikna nalika urang ngenalkeun metode manufaktur "hidrogen héjo". Rumus kimiana nyaéta kieu.
Hidrogen bisa ngahasilkeun cai (cai panas atawa uap) bari ngahasilkeun listrik, sarta eta bisa dievaluasi sabab teu maksakeun beungbeurat ka lingkungan. Di sisi séjén, metoda ieu boga efisiensi generasi kakuatan rélatif low of 30-40%, sarta merlukeun platinum salaku katalis, sahingga merlukeun ngaronjat waragad.
Ayeuna, kami nganggo sél suluh éléktrolit polimér (PEFC) sareng sél suluh asam fosfat (PAFC). Khususna, kendaraan sélulér bahan bakar nganggo PEFC, ku kituna tiasa dipiharep bakal sumebar ka hareup.

Naha Panyimpenan Hidrogen sareng Transportasi Aman?

Ayeuna, kami pikir anjeun ngartos kumaha gas hidrogén didamel sareng dianggo. Janten kumaha anjeun nyimpen hidrogén ieu? Kumaha anjeun kéngingkeun dimana anjeun peryogina? Kumaha upami kaamanan dina waktos éta? Urang bakal ngajelaskeun.
Nyatana, hidrogén ogé mangrupikeun unsur anu bahaya pisan. Dina awal abad ka-20, urang ngagunakeun hidrogén sabagé gas pikeun ngambang balon, balon, jeung kapal udara di langit sabab hampang pisan. Tapi, dina 6 Méi 1937, di New Jersey, AS, ”ngabeledug kapal udara Hindenburg” lumangsung.
Kusabab kacilakaan éta, geus dipikawanoh lega yén gas hidrogén bahaya. Utamana lamun eta nyekel seuneu, éta bakal bitu telenges kalawan oksigén. Ku alatan éta, "ngajauhan oksigén" atanapi "ngajauhan panas" penting pisan.
Saatos nyandak ukuran ieu, kami mendakan metode pengiriman.
Hidrogen nyaéta gas dina suhu kamar, jadi sanajan masih mangrupa gas, éta pisan gede pisan. Metodeu kahiji nyaéta nerapkeun tekanan tinggi sareng niiskeun sapertos silinder nalika ngadamel inuman karbonat. Nyiapkeun tanki tekanan tinggi khusus sareng simpen dina kaayaan tekanan tinggi sapertos 45Mpa.
Toyota, nu ngembangkeun Fuel Cell Vehicles (FCV), ngembangkeun tank hidrogén tekanan tinggi résin nu bisa nahan tekanan 70 MPa.
Métode séjén nyaéta pikeun niiskeun dugi ka -253 ° C pikeun ngadamel hidrogén cair, sareng nyimpen sareng ngangkutana dina bak khusus anu diisolasi panas. Sapertos LNG (gas alam cair) nalika gas alam diimpor ti luar negeri, hidrogén dicairkeun nalika transportasi, ngirangan volumena janten 1/800 tina kaayaan gas na. Dina taun 2020, urang parantos réngsé pamawa hidrogén cair munggaran di dunya. Sanajan kitu, pendekatan ieu teu cocog pikeun kandaraan sél suluh sabab merlukeun loba énergi pikeun niiskeun.
Aya metodeu pikeun nyimpen sareng ngirim dina bak sapertos kieu, tapi kami ogé ngembangkeun metode panyimpen hidrogen anu sanés.
Métode panyimpen nyaéta ngagunakeun campuran panyimpen hidrogén. Hidrogén boga sipat penetrating logam jeung deteriorating aranjeunna. Ieu mangrupikeun tip pangembangan anu dikembangkeun di Amérika Serikat dina taun 1960-an. JJ Reilly et al. Ékspérimén nunjukkeun yén hidrogén tiasa disimpen sareng dileupaskeun nganggo paduan magnesium sareng vanadium.
Sanggeus éta, anjeunna hasil ngembangkeun hiji zat, kayaning paladium, nu bisa nyerep hidrogén 935 kali volume sorangan.
Kauntungannana ngagunakeun alloy ieu nya éta bisa nyegah kacilakaan leakage hidrogén (utamana kacilakaan ledakan). Ku alatan éta, éta bisa aman disimpen jeung diangkut. Nanging, upami anjeun henteu ati-ati sareng ngantepkeunana di lingkungan anu salah, alloy panyimpen hidrogén tiasa ngaleupaskeun gas hidrogén kana waktosna. Nya, bahkan percikan leutik tiasa nyababkeun kacilakaan ledakan, janten ati-ati.
Éta ogé ngagaduhan kalemahan yén nyerep hidrogén terus-terusan sareng desorption ngakibatkeun embrittlement sareng ngirangan tingkat nyerep hidrogén.
Anu séjén nyaéta ngagunakeun pipa. Aya syarat yén éta kedah henteu dikomprés sareng tekanan rendah pikeun nyegah embrittlement tina pipa, tapi kauntungan nyaéta pipa gas anu aya tiasa dianggo. Tokyo Gas ngalaksanakeun pagawean konstruksi dina Harumi FLAG, ngagunakeun pipa gas kota pikeun nyadiakeun hidrogén kana sél suluh.

Masarakat Kahareup Dijieun ku Énergi Hidrogen

Tungtungna, hayu urang nganggap peran hidrogén bisa maénkeun di masarakat.
Anu langkung penting urang hoyong ngamajukeun masarakat bébas karbon, urang ngagunakeun hidrogén pikeun ngahasilkeun listrik tibatan salaku énergi panas.
Gantina pembangkit listrik termal badag, sababaraha rumah tangga geus diwanohkeun sistem kayaning ENE-FARM, nu ngagunakeun hidrogén diala ku reforming gas alam pikeun ngahasilkeun listrik diperlukeun. Sanajan kitu, sual naon anu kudu dipigawé ku-produk tina prosés reformasi tetep.

Dina mangsa nu bakal datang, lamun sirkulasi hidrogén sorangan ngaronjat, kayaning ngaronjatna jumlah stasiun ngeusian suluh hidrogén, éta bakal mungkin migunakeun listrik tanpa ngaluarkeun karbon dioksida. Listrik ngahasilkeun hidrogén héjo, tangtu, jadi ngagunakeun listrik dihasilkeun tina cahya panonpoé atawa angin. Daya anu dianggo pikeun éléktrolisis kedah janten kakuatan pikeun ngirangan jumlah generasi listrik atanapi ngeusi batre anu tiasa dicas deui nalika aya kaleuwihan kakuatan tina énergi alam. Dina basa sejen, hidrogén dina posisi sarua salaku batré rechargeable. Upami ieu kajantenan, antukna bakal tiasa ngirangan generasi listrik termal. Dinten nalika mesin durukan internal leungit tina mobil gancang ngadeukeutan.

Hidrogén ogé tiasa didapet ngaliwatan jalur anu sanés. Kanyataanna, hidrogén masih mangrupa hasil samping tina produksi soda kaustik. Diantara hal séjén, éta mangrupakeun produk samping tina produksi coke dina ironmaking. Upami anjeun nempatkeun hidrogén ieu dina distribusi, anjeun bakal tiasa nampi sababaraha sumber. Gas hidrogén anu dihasilkeun ku cara ieu ogé disayogikeun ku stasion hidrogén.

Hayu urang nempo leuwih jauh ka hareup. Jumlah énergi anu leungit ogé mangrupikeun masalah sareng metode pangiriman anu nganggo kabel pikeun nyayogikeun listrik. Ku alatan éta, dina mangsa nu bakal datang, urang bakal ngagunakeun hidrogén dikirimkeun ku pipelines, kawas tank asam karbonat dipaké dina nyieun inuman carbonated, sarta meuli tank hidrogén di imah pikeun ngahasilkeun listrik pikeun unggal rumah tangga. Alat sélulér anu nganggo batré hidrogén janten lumrah. Éta bakal pikaresepeun pikeun ningali masa depan sapertos kitu.