Hvordan hydrogendrivstoff lages – 8 produksjonstrinn

Hvis vi tenker på hvordan hydrogenbrensel lages, vil vi få oss til å spørre hvorfor hydrogen brukes som drivstoff. Vel, når hydrogen brukes som drivstoff i en brenselcelle, er det et rent drivstoff som kun produserer vann.

Mange ressurser, inkludert naturgass, kjernekraft, biomasseog fornybare energikilder i likhet med solenergi og vind, kan brukes til å produsere hydrogen.

Fordelene gjør det til et ønskelig drivstoffvalg for applikasjoner som involverer produksjon av energi og transport. Den har mange bruksområder, inkludert bærbar strøm, hjem, biler og mer.

Bruken av hydrogen brenselceller som en ren og effektiv erstatning for konvensjonelle forbrenningsmotorer har vokst betydelig. Det eneste resultatet av den kjemiske interaksjonen mellom hydrogen og oksygen i disse brenselcellene som produserer elektrisitet er vann.

En sofistikert produksjonsprosedyre er nødvendig for å utnytte potensialet til hydrogenbrenselceller fullt ut.

Hvordan hydrogendrivstoff lages - 4 hovedproduksjonsmetoder

Det finnes ulike måter å produsere hydrogendrivstoff på. I disse dager er elektrolyse og naturgassreformering - en termisk prosess - de mest brukte teknikkene. Biologiske og solcelledrevne prosesser er ytterligere to tilnærminger.

• Termiske prosesser
• Elektrolytiske prosesser
• Soldrevne prosesser
• Biologiske prosesser

1. Termiske prosesser

Den vanligste termiske metoden for å produsere hydrogen er dampreformering, som er en høytemperaturreaksjon mellom damp og et hydrokarbonbrensel som gir hydrogen.

Hydrogen kan produseres gjennom reformering av ulike hydrokarbondrivstoff, som diesel, naturgass, gassifisert kull, gassifisert biomasse og fornybare flytende drivstoff. I dag produserer dampreformerende naturgass nesten 95 % av all hydrogen.

2. Elektrolytiske prosesser

Hydrogen og oksygen kan utvinnes fra vann ved hjelp av en elektrolyseteknikk. En elektrolysator er en enhet som utfører elektrolytiske prosesser. Den ligner på en brenselcelle ved at den produserer hydrogen fra vannmolekyler i stedet for å utnytte energien til et hydrogenmolekyl.

3. Soldrevne prosesser

I solcelledrevne systemer fungerer lys som et middel for å produsere hydrogen. Noen få solcelledrevne prosesser er termokjemiske, fotoelektrokjemiske og fotobiologiske. Hydrogen produseres via fotobiologiske prosesser, som er avhengige av den naturlige fotosyntetiske aktiviteten til bakterier og grønnalger.

Ved å bruke spesifikke halvledere deler fotoelektrokjemiske reaksjoner vann inn i hydrogen og oksygen. Konsentrert solenergi brukes i termokjemisk hydrogensyntese i solenergi for å fremme vannsplittende reaksjoner, ofte i forbindelse med andre arter som metalloksider.

4. Biologiske prosesser

Mikroorganismer som bakterier og mikroalger brukes i biologiske prosesser, og disse organismene kan produsere hydrogen gjennom biologiske reaksjoner.

Ved å bryte ned organiske materialer som biomasse eller avløpsvann, kan bakterier produsere hydrogen i en prosess kjent som mikrobiell biomassekonvertering. I kontrast bruker fotobiologiske prosesser sollys som energikilde for mikrobene.

Hvordan hydrogendrivstoff lages – 8 produksjonstrinn

Etter å ha diskutert de ulike produksjonsmetodene, la oss undersøke de spesifikke prosedyrene som er involvert i å produsere en hydrogenbrenselcelle, fra lokalisering av råvarer til å produsere en ren energikilde. Vi skal undersøke prosedyrene som utgjør den elektrolytiske prosessen.

• Innkjøp av råvarer
• Katalysatorfremstilling
• Membrane Electrode Assembly (MEA) Fabrication
• Bipolar plateproduksjon
• Brenselcelle-stabelenhet
• Balanse av plantekomponenter
• Kvalitetskontroll og testing
• Implementering og integrering

1. Innkjøp av råvarer

Innkjøp av råvarer som trengs for bygging av hydrogenbrenselceller er det første trinnet i produksjonsprosessen. De essensielle komponentene inkluderer karbonbaserte materialer for de bipolare platene, polymerer for elektrolyttmembranen og platina eller andre katalysatorer for elektrodereaksjoner.

Vanligvis anskaffet fra mange leverandører, går disse materialene gjennom strenge kvalitetssikringsprosedyrer for å garantere at de er passende for brenselcelleproduksjon.

2. Katalysatorfremstilling

Katalysatoren, som ofte er laget av platina, er avgjørende for brenselcellens evne til å utføre elektrokjemiske reaksjoner.

For å produsere et svært aktivt og stabilt katalysatorlag, behandles og produseres katalysatormaterialet ved hjelp av en rekke metoder, inkludert kjemisk avsetning og fysisk dampavsetning.

Elektrodeoverflatene dekkes deretter med dette laget ved hjelp av teknikker som spraybelegg eller silketrykk.

3. Membrane Electrode Assembly (MEA) Fabrication

De katalysatorbelagte elektrodene og polymerelektrolyttmembranen utgjør membranelektrodeenheten, som er en vesentlig del av brenselcellen. Polymerelektrolyttmembranen er omhyggelig produsert og skulpturert for å matche brenselcelle-stabelarkitekturen.

Den er vanligvis sammensatt av en perfluorsulfonsyrepolymer. MEA dannes deretter ved å integrere elektrodene belagt med katalysator på hver side av membranen.

4. Bipolar plateproduksjon

I en stabel brenselceller har bipolare plater ansvaret for å spre reaktantgasser og overføre elektrisitet mellom brenselcellene. Vanligvis brukes karbonbaserte materialer som er motstandsdyktige mot korrosjon og er lette for å lage disse platene.

For å oppnå den nødvendige formen og strukturen, brukes støpe-, maskinerings- eller presseprosesser under produksjonsprosessen. Kanaler og strømningsfelt er også inkludert i bipolare plater for å lette effektiv passasje av oksygen og hydrogengasser.

5. Brenselcelle-stabelenhet

Den essensielle komponenten i hydrogenbrenselcellesystemet er brenselcellestabelen, som består av flere brenselceller koblet parallelt og serier. Sammenstillingen består av perfekt stablede bipolare plater, gassdiffusjonslag og MEA.

Gasslekkasjer forhindres og god tetning sikres ved bruk av tetningsmaterialer som lim og pakninger. Stabelenheten er laget for å produsere mest mulig kraft samtidig som den bevarer den ideelle strømmen av kjølevæske og gass.

6. Balanse av plantekomponenter

Et fullt brenselcellesystem trenger flere balanse av anleggskomponenter (BOP) i tillegg til brenselcellestabelen. Disse består av luftfuktere, kjølesystemer, forsyningssystemer for hydrogen og oksygen, og kraftelektronikk for styring og regulering av den elektriske ytelsen.

For å sikre passende drivstoff- og kjølevæskestrøm, termisk styring og elektrisk tilkobling, er BOP-komponentene integrert i det overordnede systemdesignet.

7. Kvalitetskontroll og testing

Strenge kvalitetskontrollprosedyrer brukes under produksjonsprosessen for å garantere hver brenselcelles pålitelighet og effektivitet. I flere faser utføres kvalitetskontroller som visuell inspeksjon, elektrisk testing og ytelsesgjennomganger.

Fullstendig testing utføres på endelige brenselcelleenheter for å bekrefte deres elektriske effekt, holdbarhet, effektivitet og sikkerhet. For å tilfredsstille de nødvendige kvalitetsstandardene, blir eventuelle defekte celler eller komponenter funnet og erstattet.

8. Implementering og integrering

Brenselcellene er forberedt for utplassering og integrering i en rekke applikasjoner etter vellykket produksjon og testing. Bærbar elektronikk, stasjonært kraftproduksjonsutstyr og biler kan alle falle inn under denne kategorien.

For å konstruere en nyttig og effektiv hydrogendrevet enhet, innebærer integrasjonsprosedyren å koble brenselcellesystemet til de nødvendige hjelpesystemene, slik som hydrogenlagringstanker, luftinntakssystemer og strømstyringsenheter.

konklusjonen

Hydrogenbrenselcelleproduksjon er en flertrinnsprosess som starter med innkjøp av råvarer og slutter med integrering av brenselcellesystemer.

Denne komplekse prosessen garanterer produksjon av rene, pålitelige og effektive energikilder som har potensial til å fullstendig transformere kraftproduksjon, transport og andre industrier.

Produksjonsprosessen for hydrogenbrenselceller er alltid i utvikling på grunn av kontinuerlig forskning og utvikling, som driver utviklingen av bærekraftige energiløsninger.

Anbefalinger

• 20 fakta om vannkraft du aldri visste
  .
• Hydrogendrevne kjøretøy: Kjenn fordelene og ulempene
  .
• Hvordan fungerer vannkraft
  .
• Den hydrologiske syklusen til miljøet
  .
• Hvordan påvirker metan global oppvarming?