Ngeunaan énergi hidrogén generasi salajengna

Urang baris ngenalkeun "hidrogén", generasi énergi salajengna anu nétral karbon. Hidrogén dibagi kana tilu jinis: "hidrogén héjo", "hidrogén biru" sareng "hidrogén kulawu", anu masing-masing gaduh metode produksi anu béda. Urang ogé bakal ngajelaskeun unggal metode manufaktur, sipat fisik salaku unsur, metode panyimpenan/transportasi, sareng metode panggunaan. Sareng kuring ogé bakal ngenalkeun kunaon éta mangrupikeun sumber énergi anu dominan generasi salajengna.

Éléktrolisis Cai pikeun Ngahasilkeun Hidrogén Héjo

Nalika nganggo hidrogén, penting pikeun "ngahasilkeun hidrogén". Cara anu panggampangna nyaéta "ngaéléktrolisis cai". Panginten anjeun parantos ngalakukeun éta di sakola dasar. Eusian gelas kimia ku cai sareng éléktroda dina cai. Nalika batré disambungkeun kana éléktroda sareng dialiran énergi, réaksi ieu lumangsung dina cai sareng dina unggal éléktroda.
Dina katoda, H+ sareng éléktron ngahiji pikeun ngahasilkeun gas hidrogén, sedengkeun anoda ngahasilkeun oksigén. Tapi, pendekatan ieu saé pikeun ékspérimén sains sakola, tapi pikeun ngahasilkeun hidrogén sacara industri, mékanisme anu efisien anu cocog pikeun produksi skala ageung kedah disiapkeun. Éta nyaéta "éléktrolisis mémbran éléktrolit polimér (PEM)".
Dina metode ieu, mémbran semipermeabel polimér anu ngamungkinkeun ion hidrogén asup diapit antara anoda sareng katoda. Nalika cai dikucurkeun kana anoda alat, ion hidrogén anu dihasilkeun ku éléktrolisis ngalih ngaliwatan mémbran semipermeabel ka katoda, dimana éta janten hidrogén molekuler. Di sisi séjén, ion oksigén teu tiasa nembus mémbran semipermeabel sareng janten molekul oksigén di anoda.
Ogé dina éléktrolisis cai basa, anjeun nyiptakeun hidrogén sareng oksigén ku cara misahkeun anoda sareng katoda ngalangkungan pamisah anu ngan ukur tiasa diliwatan ku ion hidroksida. Salian ti éta, aya metode industri sapertos éléktrolisis uap suhu luhur.
Ku ngalaksanakeun prosés ieu dina skala anu ageung, hidrogén dina jumlah anu ageung tiasa diala. Dina prosés ieu, jumlah oksigén anu signifikan ogé dihasilkeun (satengah volume hidrogén anu dihasilkeun), supados henteu aya dampak lingkungan anu négatif upami dileupaskeun ka atmosfir. Nanging, éléktrolisis meryogikeun seueur listrik, janten hidrogén anu bébas karbon tiasa dihasilkeun upami dihasilkeun ku listrik anu henteu nganggo bahan bakar fosil, sapertos turbin angin sareng panel surya.
Anjeun tiasa kéngingkeun "hidrogén héjo" ku cara ngaéléktrolisis cai nganggo énergi bersih.

Aya ogé generator hidrogén pikeun produksi skala ageung hidrogén héjo ieu. Ku ngagunakeun PEM dina bagian éléktrolisér, hidrogén tiasa dihasilkeun sacara kontinyu.

Hidrogén Biru Dijieun tina Bahan Bakar Fosil

Janten, kumaha cara sanés pikeun ngadamel hidrogén? Hidrogén aya dina bahan bakar fosil sapertos gas alam sareng batu bara salaku zat salian ti cai. Salaku conto, pertimbangkeun 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 "reforming metana uap" anu nganggo uap. Rumus kimia tina metode ieu nyaéta sapertos kieu.
Sakumaha anjeun tiasa tingali, karbon monoksida sareng hidrogén tiasa diekstrak tina hiji molekul metana.
Ku cara kieu, hidrogén tiasa dihasilkeun ngaliwatan prosés sapertos "reforming uap" sareng "pirolisis" gas alam sareng batu bara. "Hidrogén biru" nujul kana hidrogén anu dihasilkeun ku cara kieu.
Nanging, dina hal ieu, karbon monoksida sareng karbon dioksida dihasilkeun salaku produk sampingan. Janten anjeun kedah ngadaur ulangna sateuacan dileupaskeun ka atmosfir. Produk sampingan karbon dioksida, upami henteu didaur ulang, janten gas hidrogén, anu katelah "hidrogén kulawu".

Hidrogén téh Unsur Naon?

Hidrogén mibanda nomer atom 1 sarta mangrupa unsur munggaran dina tabel periodik.
Jumlah atom mangrupikeun anu panggedéna di jagat raya, ngawengku sakitar 90% tina sadaya unsur di jagat raya. Atom pangleutikna anu diwangun ku proton sareng éléktron nyaéta atom hidrogén.
Hidrogén mibanda dua isotop kalayan neutron anu napel kana inti. Hiji "deuterium" anu kabeungkeut ku neutron sareng dua "tritium" anu kabeungkeut ku neutron. Ieu ogé mangrupikeun bahan pikeun pembangkit listrik fusi.
Di jero béntang kawas panonpoé, fusi nuklir ti hidrogén ka hélium keur lumangsung, anu mangrupa sumber énergi pikeun béntang éta supaya bisa caang.
Nanging, hidrogén jarang aya dina bentuk gas di Bumi. Hidrogén ngabentuk sanyawa sareng unsur-unsur sanés sapertos cai, métana, amonia sareng étanol. Kusabab hidrogén mangrupikeun unsur anu hampang, nalika suhu naék, kecepatan gerakan molekul hidrogén ningkat, sareng kabur tina gravitasi bumi ka luar angkasa.

Kumaha Cara Ngagunakeun Hidrogén? Dianggo ku Cara Ngaduruk

Teras, kumaha "hidrogén", anu parantos narik perhatian dunya salaku sumber énergi generasi salajengna, dianggo? Ieu dianggo dina dua cara utama: "durukan" sareng "sél bahan bakar". Hayu urang mimitian ku panggunaan "durukan".
Aya dua jinis utama pembakaran anu dianggo.
Anu kahiji nyaéta salaku bahan bakar roket. Roket H-IIA Jepang ngagunakeun gas hidrogén "hidrogén cair" sareng "oksigén cair" anu ogé aya dina kaayaan kriogénik salaku bahan bakar. Duanana ieu digabungkeun, sareng énergi panas anu dihasilkeun dina waktos éta ngagancangkeun suntikan molekul cai anu dihasilkeun, ngalayang ka luar angkasa. Nanging, kusabab éta mangrupikeun mesin anu sacara téknis hésé, kecuali Jepang, ngan Amérika Serikat, Éropa, Rusia, Cina sareng India anu suksés ngagabungkeun bahan bakar ieu.
Anu kadua nyaéta pembangkit listrik. Pembangkit listrik turbin gas ogé nganggo metode ngagabungkeun hidrogén sareng oksigén pikeun ngahasilkeun énergi. Kalayan kecap sanésna, éta mangrupikeun metode anu ningali énergi termal anu dihasilkeun ku hidrogén. Dina pembangkit listrik termal, panas tina batu bara, minyak, sareng gas alam anu ngaduruk ngahasilkeun uap anu ngagerakkeun turbin. Upami hidrogén dianggo salaku sumber panas, pembangkit listrik bakal nétral karbon.

Kumaha Ngagunakeun Hidrogén? Dianggo salaku Sél Bahan Bakar

Cara séjén pikeun ngagunakeun hidrogén nyaéta salaku sél bahan bakar, anu ngarobah hidrogén langsung jadi listrik. Utamana, Toyota geus narik perhatian di Jepang ku cara ngapromosikeun kandaraan anu bahan bakarna hidrogén tinimbang kandaraan listrik (EV) salaku alternatif pikeun kandaraan bénsin salaku bagian tina tindakan pananggulangan pemanasan globalna.
Hususna, urang ngalakukeun prosedur sabalikna nalika urang ngenalkeun metode manufaktur "hidrogén héjo". Rumus kimiana sapertos kieu.
Hidrogén tiasa ngahasilkeun cai (cai panas atanapi uap) bari ngahasilkeun listrik, sareng éta tiasa dievaluasi sabab henteu membebankeun lingkungan. Di sisi anu sanés, metode ieu ngagaduhan efisiensi pembangkit listrik anu relatif handap nyaéta 30-40%, sareng meryogikeun platinum salaku katalis, sahingga meryogikeun biaya anu ningkat.
Ayeuna, urang nganggo sél bahan bakar éléktrolit polimér (PEFC) sareng sél bahan bakar asam fosfat (PAFC). Khususna, kandaraan sél bahan bakar nganggo PEFC, janten tiasa dipiharep bakal nyebar di hareup.

Naha Panyimpenan sareng Transportasi Hidrogén Aman?

Ayeuna, sigana anjeun parantos ngartos kumaha gas hidrogén didamel sareng dianggo. Janten kumaha anjeun nyimpen hidrogén ieu? Kumaha anjeun kéngingkeunana dimana anjeun peryogikeun? Kumaha upami kaamanan dina waktos éta? Kami bakal ngajelaskeun.
Kanyataanna, hidrogén ogé mangrupikeun unsur anu bahaya pisan. Dina awal abad ka-20, urang nganggo hidrogén salaku gas pikeun ngapungkeun balon, balon, sareng kapal udara di langit sabab langitna hampang pisan. Nanging, dina 6 Méi 1937, di New Jersey, AS, "ledakan kapal udara Hindenburg" kajantenan.
Ti saprak kacilakaan éta, geus loba nu sadar yén gas hidrogén téh bahaya. Utamana nalika kahuruan, éta bakal ngabeledug tarik pisan ku oksigén. Ku kituna, "jauhkeun tina oksigén" atawa "jauhkeun tina panas" téh penting pisan.
Saatos ngalakukeun ukuran ieu, kami mendakan metode pengiriman.
Hidrogén nyaéta gas dina suhu kamar, janten sanaos masih kénéh gas, éta téh kandel pisan. Métode anu kahiji nyaéta nerapkeun tekanan anu luhur sareng ngomprés sapertos silinder nalika ngadamel inuman karbonat. Siapkeun tangki tekanan tinggi khusus sareng simpen dina kaayaan tekanan tinggi sapertos 45Mpa.
Toyota, anu ngembangkeun kandaraan sél bahan bakar (FCV), nuju ngembangkeun tangki hidrogén tekanan tinggi résin anu tiasa nahan tekanan 70 MPa.
Métode séjénna nyaéta niiskeun ka -253°C pikeun nyieun hidrogén cair, teras nyimpen sareng ngangkutna dina tanki khusus anu diisolasi panas. Sapertos LNG (gas alam cair) nalika gas alam diimpor ti luar negeri, hidrogén dicairkeun nalika diangkut, ngirangan volumena janten 1/800 tina kaayaan gasna. Dina taun 2020, urang parantos ngarengsekeun pamawa hidrogén cair munggaran di dunya. Nanging, pendekatan ieu henteu cocog pikeun kendaraan sél bahan bakar sabab meryogikeun seueur énergi pikeun niiskeun.
Aya metode pikeun nyimpen sareng ngirim dina tank sapertos kieu, tapi kami ogé nuju ngembangkeun metode panyimpenan hidrogén anu sanés.
Métode panyimpenanna nyaéta nganggo paduan panyimpenan hidrogén. Hidrogén mibanda sipat nembus logam sareng ngaruksakna. Ieu mangrupikeun tip pamekaran anu dikembangkeun di Amérika Serikat dina taun 1960-an. JJ Reilly et al. Ékspérimén parantos nunjukkeun yén hidrogén tiasa disimpen sareng dileupaskeun nganggo paduan magnésium sareng vanadium.
Saatos éta, anjeunna hasil ngembangkeun zat, sapertos paladium, anu tiasa nyerep hidrogén 935 kali volume na sorangan.
Kauntungan ngagunakeun logam campuran ieu nyaéta tiasa nyegah kacilakaan bocor hidrogén (utamina kacilakaan ledakan). Ku kituna, éta tiasa disimpen sareng diangkut kalayan aman. Nanging, upami anjeun henteu ati-ati sareng ngantepkeunana dina lingkungan anu salah, logam campuran panyimpen hidrogén tiasa ngaleupaskeun gas hidrogén kana waktosna. Nya, bahkan percikan api leutik tiasa nyababkeun kacilakaan ledakan, janten ati-ati.
Éta ogé gaduh kalemahan nyaéta panyerepan sareng désorpsi hidrogén anu diulang-ulang nyababkeun kerapuhan sareng ngirangan laju panyerepan hidrogén.
Anu sanésna nyaéta nganggo pipa. Aya saratna nyaéta kedah henteu dikomprés sareng tekananna rendah pikeun nyegah pipa janten rapuh, tapi kaunggulanana nyaéta pipa gas anu tos aya tiasa dianggo. Tokyo Gas ngalaksanakeun padamelan konstruksi dina Harumi FLAG, nganggo pipa gas kota pikeun nyayogikeun hidrogén ka sél bahan bakar.

Masarakat Masa Depan Diwangun ku Énergi Hidrogén

Pamungkas, hayu urang bahas peran hidrogén dina masarakat.
Anu langkung penting nyaéta urang hoyong ngamajukeun masarakat anu bébas karbon, urang nganggo hidrogén pikeun ngahasilkeun listrik tinimbang salaku énergi panas.
Gantina pembangkit listrik termal anu ageung, sababaraha rumah tangga parantos ngenalkeun sistem sapertos ENE-FARM, anu nganggo hidrogén anu diala ku cara ngolah gas alam pikeun ngahasilkeun listrik anu diperyogikeun. Nanging, patarosan ngeunaan naon anu kedah dilakukeun sareng produk sampingan tina prosés reformasi tetep aya.

Ka hareupna, upami sirkulasi hidrogén sorangan ningkat, sapertos ningkatkeun jumlah stasiun pengisian bahan bakar hidrogén, listrik bakal tiasa dianggo tanpa ngaluarkeun karbon dioksida. Listrik ngahasilkeun hidrogén héjo, tangtosna, janten nganggo listrik anu dihasilkeun tina sinar panonpoé atanapi angin. Kakuatan anu dianggo pikeun éléktrolisis kedah janten kakuatan pikeun ngirangan jumlah pembangkit listrik atanapi pikeun ngecas batré anu tiasa dicas deui nalika aya kaleuwihan listrik tina énergi alam. Kalayan kecap sanésna, hidrogén aya dina posisi anu sami sareng batré anu tiasa dicas deui. Upami ieu kajantenan, pamustunganana bakal tiasa ngirangan pembangkit listrik termal. Poé nalika mesin pembakaran internal ngaleungit tina mobil gancang caket.

Hidrogén ogé tiasa diala ngalangkungan jalur anu sanés. Kanyataanna, hidrogén masih mangrupikeun produk sampingan tina produksi soda kaustik. Diantarana, éta mangrupikeun produk sampingan tina produksi kokas dina pembuatan beusi. Upami anjeun nempatkeun hidrogén ieu dina distribusi, anjeun bakal tiasa kéngingkeun sababaraha sumber. Gas hidrogén anu dihasilkeun ku cara ieu ogé disayogikeun ku stasiun hidrogén.

Hayu urang tingali langkung jauh ka hareup. Jumlah énergi anu leungit ogé mangrupikeun masalah dina metode transmisi anu nganggo kabel pikeun nyayogikeun listrik. Ku kituna, ka hareupna, urang bakal nganggo hidrogén anu dikirimkeun ku pipa, sapertos tank asam karbonat anu dianggo dina ngadamel inuman karbonat, sareng mésér tank hidrogén di bumi pikeun ngahasilkeun listrik pikeun unggal rumah tangga. Alat sélulér anu nganggo batré hidrogén janten hal anu umum. Bakal pikaresepeun ningali masa depan sapertos kitu.