Mir wäerten "Waasserstoff" aféieren, déi nächst Generatioun vun Energie déi Kuelestoffneutral ass.Waasserstoff ass an dräi Zorte ënnerdeelt: "gréng Waasserstoff", "blo Waasserstoff" a "gro Waasserstoff", all vun deenen huet eng aner Produktioun Method.Mir wäerten och all Fabrikatiounsmethod erklären, kierperlech Eegeschaften als Elementer, Lagerung / Transportmethoden, a Gebrauchsmethoden.An ech wäert och virstellen firwat et déi nächst Generatioun dominant Energiequell ass.
Elektrolyse vu Waasser fir gréng Waasserstoff ze produzéieren
Wann Dir Waasserstoff benotzt, ass et souwisou wichteg "Waasserstoff ze produzéieren".Deen einfachste Wee ass "Waasser ze elektrolyséieren".Vläicht hutt Dir an der Schoulwëssenschaft gemaach.Fëllt de Becher mat Waasser an d'Elektroden am Waasser.Wann eng Batterie mat den Elektroden ugeschloss ass an energesch ass, kommen déi folgend Reaktiounen am Waasser an an all Elektroden op.
An der Kathode kombinéieren H + an Elektronen fir Waasserstoffgas ze produzéieren, während d'Anode Sauerstoff produzéiert.Trotzdem ass dës Approche gutt fir Schoulwëssenschaftsexperimenter, awer fir Waasserstoff industriell ze produzéieren, musse effizient Mechanismen gëeegent fir grouss Produktioun virbereet ginn.Dat ass "Polymer Elektrolyt Membran (PEM) Elektrolyse".
An dëser Method ass eng Polymer semipermeabel Membran, déi de Passage vu Waasserstoffionen erlaabt, tëscht enger Anode an enger Kathode gesandwicht.Wann Waasser an d'Anode vum Apparat gegoss gëtt, beweegen d'Waasserstoffione produzéiert duerch Elektrolyse duerch eng semipermeabel Membran an d'Kathode, wou se molekulare Waasserstoff ginn.Op der anerer Säit kënnen Sauerstoffionen net duerch déi semipermeabel Membran passéieren a Sauerstoffmoleküle bei der Anode ginn.
Och an der alkalescher Waasserelektrolyse kreéiert Dir Waasserstoff a Sauerstoff andeems Dir d'Anode an d'Kathode duerch e Separator trennt, duerch deen nëmmen Hydroxid-Ionen passéiere kënnen.Zousätzlech ginn et industriell Methoden wéi Héichtemperatur Dampelektrolyse.
Duerch dës Prozesser op enger grousser Skala auszeféieren, kënne grouss Quantitéite Waasserstoff kritt ginn.Am Prozess gëtt och eng bedeitend Quantitéit u Sauerstoff produzéiert (d'Halschent vum Volume vu Waasserstoff produzéiert), sou datt et keen negativen Ëmweltimpakt hätt wann se an d'Atmosphär entlooss ginn.D'Elektrolyse erfuerdert awer vill Elektrizitéit, sou datt kuelestofffräi Waasserstoff produzéiert gëtt, wann et mat Stroum produzéiert gëtt, deen net fossil Brennstoffer benotzt, wéi Windturbinen a Solarpanneauen.
Dir kënnt "gréng Waasserstoff" kréien andeems Dir Waasser mat propperer Energie elektrolyséiert.
Et gëtt och e Waasserstoffgenerator fir grouss Produktioun vun dësem grénge Waasserstoff.Andeems Dir PEM an der Elektrolyzer Sektioun benotzt, kann Waasserstoff kontinuéierlech produzéiert ginn.
Blo Waasserstoff Made from Fossil Brennstoffer
Also, wat sinn aner Weeër fir Waasserstoff ze maachen?Waasserstoff existéiert a fossille Brennstoffer wéi Äerdgas a Kuel als Substanzen ausser Waasser.Betruecht zum Beispill Methan (CH4), den Haaptkomponent vum Äerdgas.Et gi véier Waasserstoffatome hei.Dir kënnt Wasserstoff kréien vun dëser Wasserstoff eraus.
Ee vun dësen ass e Prozess genannt "Steam Methan Reforming" deen Damp benotzt.Déi chemesch Formel vun dëser Method ass wéi follegt.
Wéi Dir gesitt, kënnen Kuelemonoxid a Waasserstoff aus enger eenzeger Methanmolekül extrahéiert ginn.
Op dës Manéier kann Waasserstoff duerch Prozesser wéi "Dampereforméierung" a "Pyrolyse" vun Äerdgas a Kuel produzéiert ginn."Blue Waasserstoff" bezitt sech op Waasserstoff op dës Manéier produzéiert.
An dësem Fall ginn awer Kuelemonoxid a Kuelendioxid als Nieweprodukter produzéiert.Also musst Dir se recycléieren ier se an d'Atmosphär verëffentlecht ginn.D'Nieweprodukt Kuelendioxid, wann net erëmgewielt, gëtt Waasserstoffgas, bekannt als "groe Waasserstoff".
Wéi eng Element ass Waasserstoff?
Waasserstoff huet eng Atomzuel vun 1 an ass dat éischt Element am Periodesystem.
D'Zuel vun den Atomer ass déi gréisst am Universum, a mécht ongeféier 90% vun all Elementer am Universum aus.De klengste Atom, deen aus engem Proton an engem Elektron besteet, ass de Waasserstoffatom.
Waasserstoff huet zwee Isotopen mat Neutronen un de Kär verbonnen.Een neutrone gebonnen "Deuterium" an zwee neutrone gebonnen "Tritium".Dës sinn och Material fir Fusioun Kraaft Generatioun.
Bannent engem Stär wéi d'Sonn fënnt d'Nuklearfusioun vu Waasserstoff bis Helium statt, wat d'Energiequell ass fir de Stär ze blénken.
Wéi och ëmmer, Waasserstoff existéiert selten als Gas op der Äerd.Waasserstoff formt Verbindunge mat aneren Elementer wéi Waasser, Methan, Ammoniak an Ethanol.Zënter Waasserstoff ass e liicht Element, wéi d'Temperatur eropgeet, erhéicht d'Bewegungsgeschwindegkeet vun de Waasserstoffmoleküle, a flücht aus der Schwéierkraaft vun der Äerd an de Weltraum.
Wéi benotzen ech Waasserstoff?Benotzt duerch Verbrennung
Dann, wéi gëtt "Waasserstoff", déi weltwäit Opmierksamkeet als Energiequell vun der nächster Generatioun ugezunn huet, benotzt?Et gëtt op zwou Haapt Weeër benotzt: "Verbrennung" an "Brennstoffzell".Loosst d'mat der Benotzung vun "brennen" ufänken.
Et ginn zwou Haaptarten vu Verbrennung benotzt.
Déi éischt ass als Rakéit Brennstoff.Déi japanesch H-IIA Rakéit benotzt Waasserstoffgas "flësseg Waasserstoff" a "flësseg Sauerstoff", deen och an engem kryogene Staat als Brennstoff ass.Dës zwee si kombinéiert, an d'Hëtztenergie, déi zu där Zäit generéiert gëtt, beschleunegt d'Injektioun vun de generéierte Waassermoleküle, déi an de Weltraum fléien.Wéi och ëmmer, well et en technesch schwéier Motor ass, ausser Japan, nëmmen d'USA, Europa, Russland, China an Indien hunn dëse Brennstoff erfollegräich kombinéiert.
Déi zweet ass d'Kraaftproduktioun.Gasturbine Kraaft Generatioun benotzt och d'Methode fir Waasserstoff a Sauerstoff ze kombinéieren fir Energie ze generéieren.An anere Wierder, et ass eng Method déi d'thermesch Energie kuckt, déi vu Waasserstoff produzéiert gëtt.An thermesche Kraaftwierker produzéiert d'Hëtzt vu Verbrenne vu Kuel, Ueleg an Äerdgas Damp, deen Turbinen dréit.Wann Waasserstoff als Hëtztquell benotzt gëtt, wäert d'Kraaftwierk Kuelestoffneutral sinn.
Wéi benotzen ech Waasserstoff?Benotzt als Brennstoffzell
Eng aner Manéier fir Waasserstoff ze benotzen ass als Brennstoffzell, déi Waasserstoff direkt an Elektrizitéit konvertéiert.Besonnesch Toyota huet d'Opmierksamkeet a Japan opmierksam gemaach andeems se Waasserstoffgefierer amplaz vun elektresche Gefierer (EVs) als Alternativ zu Benzinautoen als Deel vu senge Géigemoossnamen op der Äerderwäermung ugeet.
Speziell maache mir déi ëmgedréint Prozedur wann mir d'Fabrikatiounsmethod vum "grénge Waasserstoff" aféieren.Déi chemesch Formel ass wéi follegt.
Waasserstoff kann Waasser generéieren (waarm Waasser oder Damp) wärend Elektrizitéit generéiert, an et kann evaluéiert ginn well et keng Belaaschtung fir d'Ëmwelt setzt.Op der anerer Säit huet dës Method eng relativ niddereg Kraaftproduktiounseffizienz vun 30-40%, a erfuerdert Platin als Katalysator, also erfuerdert erhéicht Käschten.
Momentan benotze mir Polymer Elektrolyt Brennstoffzellen (PEFC) a Phosphorsäure Brennstoffzellen (PAFC).Besonnesch Brennstoffzell Gefierer benotzen PEFC, sou datt et an Zukunft kann ausbreeden.
Ass Waasserstofflagerung an Transport sécher?
Bis elo mengen mir datt Dir verstitt wéi Waasserstoffgas gemaach a benotzt gëtt.Also wéi späichert Dir dëse Wasserstoff?Wéi kritt Dir et wou Dir et braucht?Wat iwwer Sécherheet zu där Zäit?Mir wäerten erklären.
Tatsächlech ass Waasserstoff och e ganz geféierlecht Element.Am Ufank vum 20. Joerhonnert hu mir Waasserstoff als Gas benotzt fir Ballonen, Ballonen a Loftschëffer um Himmel ze schwammen, well et ganz liicht war.Allerdéngs ass de 6. Mee 1937 zu New Jersey, USA, d'"Loftschëff Hindenburg Explosioun" geschitt.
Zënter dem Accident gouf allgemeng unerkannt datt Waasserstoffgas geféierlech ass.Besonnesch wann et brennt, explodéiert se hefteg mat Sauerstoff.Dofir ass "of Sauerstoff ewech halen" oder "vun der Hëtzt ewech halen" essentiell.
Nodeems mir dës Moossname geholl hunn, si mir mat enger Versandmethod komm.
Waasserstoff ass e Gas bei Raumtemperatur, also och wann et nach ëmmer e Gas ass, ass et ganz voluminös.Déi éischt Method ass den Héichdrock anzesetzen an ze kompriméieren wéi en Zylinder wann Dir kohlenséiert Gedrénks mécht.Bereet e speziellen Héichdrocktank a späichert en ënner Héichdrockbedéngungen wéi 45Mpa.
Toyota, déi Brennstoffzell Gefierer (FCV) entwéckelt, entwéckelt en Harz-Héichdruckwasserstofftank deen 70 MPa Drock widderstoen kann.
Eng aner Method ass op -253°C ofkille fir flësseg Waasserstoff ze maachen, a späicheren an transportéieren an speziellen Hëtzt-isoléierten Tanks.Wéi LNG (flësseg Äerdgas) wann Äerdgas aus dem Ausland importéiert gëtt, gëtt Waasserstoff während dem Transport flësseg gemaach, wat säi Volumen op 1/800 vu sengem gasformen Zoustand reduzéiert.Am Joer 2020 hu mir den éischte flëssege Waasserstoffdréier op der Welt fäerdeg gemaach.Wéi och ëmmer, dës Approche ass net gëeegent fir Brennstoffzell Gefierer well et vill Energie brauch fir ze killen.
Et gëtt eng Method fir an Tanks wéi dës ze späicheren an ze verschécken, awer mir entwéckelen och aner Methoden fir Waasserstofflagerung.
D'Späichermethod ass Waasserstofflagerlegierungen ze benotzen.Waasserstoff huet d'Eegeschaft fir Metaller ze penetréieren an se ze verschlechteren.Dëst ass en Entwécklungstip deen an den USA an den 1960er Joren entwéckelt gouf.JJ Reilly et al.Experimenter hu gewisen datt Waasserstoff mat enger Legierung vu Magnesium a Vanadium gespäichert a fräigelooss ka ginn.
Duerno huet hien erfollegräich eng Substanz entwéckelt, wéi Palladium, déi Waasserstoff 935 Mol säin eegene Volumen absorbéiere kann.
De Virdeel vun der Benotzung vun dëser Legierung ass, datt et Waasserstoff Leckage Accidenter verhënneren kann (haaptsächlech Explosioun Accidenter).Dofir kann et sécher gelagert a transportéiert ginn.Wéi och ëmmer, wann Dir net virsiichteg sidd an et an der falscher Ëmwelt léisst, kënne Waasserstofflagerlegierungen Waasserstoffgas mat der Zäit fräiginn.Gutt, och e klenge Spark kann en Explosiounsaccident verursaachen, also passt virsiichteg.
Et huet och den Nodeel datt widderholl Waasserstoff Absorptioun an Desorption zu embrittlement féieren an d'Waasserstoff Absorptioun Taux reduzéieren.
Déi aner ass d'Päifen ze benotzen.Et gëtt eng Bedingung datt et net kompriméiert an nidderegen Drock muss sinn fir d'Verbrechung vun de Päifen ze vermeiden, awer de Virdeel ass datt existent Gasleitungen benotzt kënne ginn.Tokyo Gas huet Bauaarbechten op der Harumi FLAG gemaach, mat Stadgasleitungen fir Waasserstoff un Brennstoffzellen ze liwweren.
Zukunft Societeit Gegrënnt vun Wasserstoff Energie
Endlech, betruecht d'Roll Wasserstoff an Societeit spille kann.
Méi wichteg wëlle mir eng Kuelestofffräi Gesellschaft förderen, mir benotze Waasserstoff fir Stroum ze generéieren anstatt als Hëtztenergie.
Amplaz vu grousse thermesche Kraaftwierker hunn e puer Stéit Systemer agefouert wéi ENE-FARM, déi Waasserstoff benotzen, deen duerch d'Reforme vum Äerdgas kritt gëtt fir den erfuerderleche Stroum ze generéieren.Allerdéngs bleift d'Fro, wat mat den Nieweprodukter vum Reformprozess ze maachen ass.
An Zukunft, wann d'Zirkulatioun vum Waasserstoff selwer eropgeet, wéi d'Erhéijung vun der Zuel vun de Waasserstofftankstatiounen, wäert et méiglech sinn Elektrizitéit ze benotzen ouni Kuelendioxid ze emittéieren.Elektrizitéit produzéiert natierlech gréng Waasserstoff, sou datt et Stroum aus Sonneliicht oder Wand generéiert benotzt.D'Kraaft, déi fir Elektrolyse benotzt gëtt, sollt d'Kraaft sinn fir d'Quantitéit vun der Energieproduktioun z'ënnerdrécken oder d'noopluedbar Batterie ze laden wann et Iwwerschosskraaft vun der natierlecher Energie gëtt.An anere Wierder, de Waasserstoff ass an der selwechter Positioun wéi déi nofëllbar Batterie.Wann dat passéiert, wäert et schlussendlech méiglech sinn d'thermesch Energieproduktioun ze reduzéieren.Den Dag wou de Verbrennungsmotor aus den Autoen verschwënnt, kënnt séier no.
Waasserstoff kann och duerch eng aner Streck kritt ginn.Tatsächlech ass Waasserstoff nach ëmmer en Nebenprodukt vun der Produktioun vu ätzend Soda.Ënnert anerem ass et en Nieweprodukt vun der Kockproduktioun an der Eisenaarbecht.Wann Dir dëst Wasserstoff an der Verdeelung, Dir wäert fäheg sinn MÉI Quellen ze kréien.Waasserstoffgas, dat esou produzéiert gëtt, gëtt och vu Waasserstoffstatiounen geliwwert.
Loosst eis méi an d'Zukunft kucken.D'Quantitéit un Energie verluer ass och en Thema mat der Iwwerdroungsmethod déi Drot benotzt fir Stroum ze liwweren.Dofir wäerte mir an Zukunft de Waasserstoff, dee vu Pipelines geliwwert gëtt, benotzen, grad wéi d'Kuelesäurebehälter, déi benotzt gi fir karboniséiert Gedrénks ze maachen, a mir e Waasserstofftank doheem kafen fir Stroum fir all Stot ze generéieren.Mobil Geräter, déi op Waasserstoffbatterien lafen, ginn allgemeng.Et wäert interessant sinn esou eng Zukunft ze gesinn.
Post Zäit: Jun-08-2023
