Ha arra gondolunk, hogyan készül a hidrogén üzemanyag, felteszik a kérdést, hogy miért használják a hidrogént üzemanyagként. Nos, ha hidrogént használnak üzemanyagként egy üzemanyagcellában, az tiszta üzemanyag, amely kizárólag vizet termel.
Számos forrás, köztük földgáz, atomenergia, biomasszaés megújuló energiaforrások mint nap és a szél, hidrogén előállítására használható.
Előnyei kívánatos üzemanyag-választássá teszik az energiatermeléssel és a szállítással kapcsolatos alkalmazásokhoz. Számos felhasználási területe van, beleértve a hordozható áramellátást, az otthonokat, az autókat és még sok mást.
A hidrogén üzemanyagcellák tiszta és hatékony helyettesítőjeként hagyományos belső égésű motorok jelentősen nőtt. A hidrogén és az oxigén kémiai kölcsönhatása ezekben az üzemanyagcellákban, amelyek villamos energiát termelnek, az egyetlen eredménye a víz.
Kifinomult gyártási eljárásra van szükség a hidrogén üzemanyagcellákban rejlő lehetőségek teljes kihasználásához.
Tartalomjegyzék
Hogyan készül a hidrogén üzemanyag – 4 fő gyártási módszer
Különbözőek a hidrogén üzemanyag előállításának módjai. Manapság az elektrolízis és a földgáz reformálása – egy termikus eljárás – a leggyakrabban használt technikák. A biológiai és a napenergiával működő folyamatok további két megközelítés.
- Termikus folyamatok
- Elektrolitikus folyamatok
- Napenergiával hajtott folyamatok
- Biológiai folyamatok
1. Termikus folyamatok
A hidrogén előállításának legáltalánosabb termikus módszere a gőzreformálás, amely gőz és egy szénhidrogén üzemanyag magas hőmérsékletű reakciója, amely hidrogént eredményez.
Hidrogén állítható elő különféle szénhidrogén üzemanyagok, például dízel, földgáz, gázosított szén, gázosított biomassza és megújuló folyékony tüzelőanyagok reformálásával. Napjainkban a gőzreformáló földgáz az összes hidrogén közel 95%-át állítja elő.
2. Elektrolitikus folyamatok
A vízből elektrolízis technikával hidrogén és oxigén vonható ki. Az elektrolizátor olyan eszköz, amely elektrolitikus folyamatokat hajt végre. Az üzemanyagcellához hasonló abban, hogy hidrogént állít elő vízmolekulákból, nem pedig egy hidrogénmolekula energiáját hasznosítja.
3. Napenergiával hajtott folyamatok
A napenergiával működő rendszerekben a fény hidrogént termel. Néhány napenergiával hajtott folyamat termokémiai, fotoelektrokémiai és fotobiológiai. A hidrogént fotobiológiai folyamatok során állítják elő, amelyek a baktériumok és zöld algák természetes fotoszintetikus aktivitásán alapulnak.
Speciális félvezetők felhasználásával a fotoelektrokémiai reakciók a vizet hidrogénre és oxigénre osztják. A koncentrált napenergiát a szoláris termokémiai hidrogénszintézisben használják vízfelhasadási reakciók előidézésére, gyakran további anyagokkal, például fém-oxidokkal együtt.
4. Biológiai folyamatok
A biológiai folyamatokban olyan mikroorganizmusokat használnak, mint a baktériumok és a mikroalgák, amelyek biológiai reakciók révén hidrogént tudnak termelni.
A szerves anyagok, például a biomassza vagy a szennyvíz lebontásával a baktériumok hidrogént termelhetnek a mikrobiális biomassza átalakulásnak nevezett folyamat során. Ezzel szemben a fotobiológiai folyamatok a napfényt használják a mikrobák energiaforrásaként.
Hogyan készül a hidrogén üzemanyag – 8 gyártási lépés
A különböző gyártási módok megbeszélése után vizsgáljuk meg a hidrogén üzemanyagcella előállításának konkrét eljárásait, a nyersanyagok felkutatásától a tiszta energiaforrás előállításáig. Megvizsgáljuk az elektrolitikus folyamatot alkotó eljárásokat.
- Nyersanyag beszerzés
- Katalizátor előkészítése
- Membránelektróda-szerelvény (MEA) gyártása
- Bipoláris lemez gyártás
- Üzemanyagcella köteg szerelvény
- A növényi összetevők egyensúlya
- Minőség-ellenőrzés és tesztelés
- Telepítés és integráció
1. Nyersanyag beszerzés
A hidrogén üzemanyagcellák építéséhez szükséges alapanyagok beszerzése a gyártási folyamat első lépése. Az alapvető összetevők közé tartoznak a szénalapú anyagok a bipoláris lemezekhez, a polimerek az elektrolit membránhoz, valamint a platina vagy más katalizátorok az elektródák reakcióihoz.
Ezeket az anyagokat általában sok szállítótól szerzik be, és szigorú minőségbiztosítási eljárásokon mennek keresztül, hogy garantálják az üzemanyagcella-gyártáshoz való megfelelőségüket.
2. Katalizátor előkészítése
A gyakran platinából készült katalizátor elengedhetetlen az üzemanyagcella elektrokémiai reakciók lefolytatására.
A rendkívül aktív és stabil katalizátorréteg előállításához a katalizátoranyagot számos módszerrel kezelik és gyártják, beleértve a kémiai leválasztást és a fizikai gőzleválasztást.
Ezután az elektródák felületét ezzel a réteggel vonják be olyan technikák alkalmazásával, mint a permetezés vagy a szitanyomás.
3. Membránelektróda-szerelvény (MEA) gyártása
A katalizátorral bevont elektródák és a polimer elektrolit membrán alkotják a membránelektróda szerelvényt, amely az üzemanyagcella lényeges része. A polimer elektrolit membránt aprólékosan gyártják és alakítják ki, hogy illeszkedjen az üzemanyagcella szerkezetéhez.
Általában perfluor-szulfonsav polimerből áll. Ezt követően a MEA-t úgy alakítják ki, hogy a katalizátorral bevont elektródákat a membrán mindkét oldalába integrálják.
4. Bipoláris lemez gyártás
Az üzemanyagcellák egyik kötegében bipoláris lemezek felelősek a reaktáns gázok diszpergálásáért és az elektromos áram átviteléért az üzemanyagcellák között. Általában a korróziónak ellenálló és könnyű szénalapú anyagokat használnak ezeknek a lemezeknek a készítéséhez.
A kívánt forma és szerkezet eléréséhez a gyártási folyamat során öntési, megmunkálási vagy préselési eljárásokat alkalmaznak. A bipoláris lemezek csatornákat és áramlási mezőket is tartalmaznak, hogy megkönnyítsék az oxigén- és hidrogéngázok hatékony áthaladását.
5. Üzemanyagcella köteg szerelvény
A hidrogén üzemanyagcellás rendszer lényeges eleme az üzemanyagcella köteg, amely több párhuzamosan és sorba kapcsolt üzemanyagcellából áll. Az összeállítás tökéletesen egymásra helyezett bipoláris lemezekből, gázdiffúziós rétegekből és MEA-kból áll.
A tömítőanyagok, például ragasztók és tömítések használatával megakadályozzák a gázszivárgást és a jó tömítést. A kötegszerelvény úgy készült, hogy a legnagyobb teljesítményt adja, miközben megőrzi a hűtőfolyadék és a gáz ideális áramlását.
6. A növényi összetevők egyensúlya
A teljes tüzelőanyagcellás rendszerhez az üzemanyagcella-köteg mellett számos üzemi (BOP) komponens egyensúlyára van szükség. Ezek párásítókból, hűtőrendszerekből, hidrogén- és oxigénellátó rendszerekből, valamint az elektromos teljesítmény kezelésére és szabályozására szolgáló teljesítményelektronikából állnak.
A megfelelő tüzelőanyag- és hűtőfolyadék-áramlás, a hőkezelés és az elektromos csatlakozás biztosítása érdekében a BOP komponensek integrálva vannak a rendszer általános kialakításába.
7. Minőség-ellenőrzés és tesztelés
A gyártási folyamat során szigorú minőség-ellenőrzési eljárásokat alkalmaznak az egyes üzemanyagcellák megbízhatóságának és hatékonyságának garantálása érdekében. Több szakaszban minőségi ellenőrzéseket végeznek, mint például szemrevételezés, elektromos tesztelés és teljesítmény-ellenőrzés.
A végső tüzelőanyagcella-egységeken teljes körű tesztelést végeznek, hogy megerősítsék azok elektromos teljesítményét, tartósságát, hatékonyságát és biztonságát. A megkövetelt minőségi szabványok teljesítése érdekében minden hibás cellát vagy alkatrészt megtalálnak és kicserélnek.
8. Telepítés és integráció
Az üzemanyagcellákat sikeres gyártásuk és tesztelésük után felkészítették a telepítésre és számos alkalmazásba való integrálásra. A hordozható elektronikai cikkek, a helyhez kötött energiatermelő berendezések és az autók egyaránt ebbe a kategóriába tartozhatnak.
Egy hasznos és hatékony hidrogénüzemű berendezés megalkotásához az integrációs eljárás során az üzemanyagcellás rendszert össze kell kötni a szükséges kiegészítő rendszerekkel, mint például a hidrogéntároló tartályokkal, levegőbeszívó rendszerekkel és energiagazdálkodási egységekkel.
Következtetés
A hidrogén üzemanyagcellás gyártás többlépcsős folyamat, amely a nyersanyagok beszerzésével kezdődik és az üzemanyagcellás rendszerek integrációjával ér véget.
Ez az összetett folyamat tiszta, megbízható és hatékony energiaforrások előállítását garantálja, amelyek képesek teljesen átalakítani az energiatermelést, a szállítást és más iparágakat.
A hidrogén üzemanyagcellák gyártási folyamata a folyamatos kutatásnak és fejlesztésnek köszönhetően folyamatosan fejlődik, ami a fenntartható energetikai megoldások kifejlesztését ösztönzi.
ajánlások
- 20 tény a vízenergiáról, amit sosem tudtál
. - Hidrogénüzemű járművek: Ismerje meg az előnyöket és hátrányokat
. - Hogyan működik a hidroelektromos energia
. - A környezet hidrológiai ciklusa
. - Hogyan befolyásolja a metán a globális felmelegedést?
Szívből szenvedélyes környezetvédő. Vezető tartalomíró az EnvironmentGo-nál.
Arra törekszem, hogy a közvéleményt felvilágosítsam a környezettel és annak problémáival kapcsolatban.
Mindig is a természetről volt szó, védenünk kell, nem pusztítani.