Как се прави водородното гориво – 8 производствени стъпки

Ако се замислим как се произвежда водородното гориво, ще бъдем накарани да се запитаме защо водородът се използва като гориво. Е, когато водородът се използва като гориво в горивна клетка, това е чисто гориво, което произвежда само вода.

Многобройни ресурси, включително природен газ, ядрената енергия, биомаса, и възобновяеми енергийни източници като слънчев и вятър, може да се използва за производство на водород.

Неговите предимства го правят желан избор на гориво за приложения, включващи производство на енергия и транспорт. Има множество приложения, включително преносимо захранване, домове, автомобили и др.

Използването на водородни горивни клетки като чист и ефективен заместител на конвенционални двигатели с вътрешно горене е нараснал значително. Единственият резултат от химическото взаимодействие между водород и кислород в тези горивни клетки, който произвежда електричество, е водата.

Необходима е сложна производствена процедура, за да се използва напълно потенциалът на водородните горивни клетки.

Как се прави водородно гориво – 4 основни метода за производство

Има различни начини за производство на водородно гориво. В наши дни електролизата и преобразуването на природен газ – термичен процес – са най-често използваните техники. Биологични и слънчеви процеси са още два подхода.

• Топлинни процеси
• Електролитни процеси
• Слънчеви процеси
• Биологични процеси

1. Топлинни процеси

Най-често срещаният термичен метод за производство на водород е парното реформиране, което е високотемпературна реакция между пара и въглеводородно гориво, което дава водород.

Водородът може да бъде произведен чрез реформинг на различни въглеводородни горива, като дизелово гориво, природен газ, газифицирани въглища, газифицирана биомаса и възобновяеми течни горива. В днешно време природният газ с парно реформиране произвежда почти 95% от целия водород.

2. Електролитни процеси

Водородът и кислородът могат да бъдат извлечени от водата с помощта на техника на електролиза. Електролизерът е устройство, което извършва електролитни процеси. Подобен е на горивна клетка по това, че произвежда водород от водни молекули, вместо да използва енергията на водородна молекула.

3. Слънчеви процеси

В системите със слънчево захранване светлината действа като агент за производство на водород. Няколко процеса, управлявани от слънчевата енергия, са термохимични, фотоелектрохимични и фотобиологични. Водородът се произвежда чрез фотобиологични процеси, които разчитат на естествената фотосинтетична активност на бактерии и зелени водорасли.

Използвайки специфични полупроводници, фотоелектрохимичните реакции разделят водата на водород и кислород. Концентрираната слънчева енергия се използва в слънчевия термохимичен водороден синтез за подхранване на реакциите на разделяне на водата, често във връзка с допълнителни видове като метални оксиди.

4. Биологични процеси

Микроорганизми като бактерии и микроводорасли се използват в биологични процеси и тези организми могат да произвеждат водород чрез биологични реакции.

Чрез разграждане на органични материали като биомаса или отпадъчни води, бактериите могат да произвеждат водород в процес, известен като преобразуване на микробна биомаса. Обратно, фотобиологичните процеси използват слънчевата светлина като източник на енергия за микробите.

Как се прави водородното гориво – 8 производствени стъпки

След като обсъдихме различните производствени методи, нека разгледаме специфичните процедури, включени в производството на водородна горивна клетка, от намирането на суровини до производството на чист източник на енергия. Ще изследваме процедурите, които съставляват електролитния процес.

• Снабдяване със суровини
• Подготовка на катализатора
• Производство на мембранен електроден комплект (MEA).
• Производство на биполярни пластини
• Монтаж на купчина горивни клетки
• Баланс на растителните компоненти
• Контрол и тестване на качеството
• Внедряване и интеграция

1. Снабдяване със суровини

Доставянето на суровини, необходими за изграждането на водородни горивни клетки, е първата стъпка в производствения процес. Основните компоненти включват въглеродни материали за биполярните плочи, полимери за електролитната мембрана и платина или други катализатори за електродни реакции.

Обикновено закупени от много доставчици, тези материали преминават през строги процедури за осигуряване на качеството, за да се гарантира тяхната подходящост за производство на горивни клетки.

2. Подготовка на катализатора

Катализаторът, който често е направен от платина, е от съществено значение за способността на горивната клетка да провежда електрохимични реакции.

За да се произведе силно активен и стабилен каталитичен слой, каталитичният материал се обработва и произвежда с помощта на различни методи, включително химическо отлагане и физическо отлагане на пари.

След това повърхностите на електродите се покриват с този слой, като се използват техники като нанасяне на покритие със спрей или ситопечат.

3. Производство на мембранен електроден комплект (MEA).

Покритите с катализатор електроди и полимерната електролитна мембрана съставляват мембранния електроден възел, който е съществена част от горивната клетка. Полимерната електролитна мембрана е щателно произведена и изваяна, за да съответства на архитектурата на стека от горивни клетки.

Обикновено се състои от полимер на перфлуоросулфонова киселина. Впоследствие MEA се формира чрез интегриране на електродите, покрити с катализатор, във всяка страна на мембраната.

4. Производство на биполярни пластини

В стека от горивни клетки биполярните плочи отговарят за диспергирането на реактивните газове и преноса на електричество между горивните клетки. Обикновено за производството на тези плочи се използват материали на базата на въглерод, които са устойчиви на корозия и са леки.

За да се постигне необходимата форма и структура, по време на производствения процес се използват процеси на формоване, машинна обработка или пресоване. Каналите и полетата на потока също са включени в биполярни плочи, за да се улесни ефективното преминаване на кислород и водородни газове.

5. Монтаж на купчина горивни клетки

Основният компонент на системата от водородни горивни клетки е купчината от горивни клетки, която се състои от няколко горивни клетки, свързани паралелно и последователно. Сглобката се състои от перфектно подредени биполярни плочи, газодифузионни слоеве и MEA.

Изтичането на газ се предотвратява и се осигурява добро уплътняване чрез използването на уплътнителни материали като лепила и уплътнения. Монтажът на стека е направен да произвежда най-много мощност, като същевременно запазва идеалния поток от охлаждаща течност и газ.

6. Баланс на растителните компоненти

Пълната система с горивни клетки се нуждае от няколко балансирани компонента на инсталацията (BOP) в допълнение към стека от горивни клетки. Те се състоят от овлажнители, охладителни системи, системи за захранване с водород и кислород и силова електроника за управление и регулиране на електрическата мощност.

За да се осигури подходящ поток на гориво и охлаждаща течност, термично управление и електрическа свързаност, BOP компонентите са интегрирани в цялостния дизайн на системата.

7. Контрол и тестване на качеството

По време на производствения процес се използват строги процедури за контрол на качеството, за да се гарантира надеждността и ефективността на всяка горивна клетка. На няколко фази се извършват проверки на качеството като визуална проверка, електрически тестове и прегледи на ефективността.

Извършват се пълни тестове на крайните комплекти горивни клетки, за да се потвърди тяхната електрическа мощност, издръжливост, ефективност и безопасност. За да се удовлетворят изискваните стандарти за качество, всички дефектни клетки или компоненти се откриват и заменят.

8. Внедряване и интеграция

Горивните клетки са подготвени за внедряване и интегриране в редица приложения след успешното им производство и тестване. Преносима електроника, стационарно оборудване за производство на електроенергия и автомобили могат да попаднат в тази категория.

За да се конструира полезно и ефективно устройство, захранвано с водород, процедурата за интегриране включва свързване на системата с горивни клетки към необходимите спомагателни системи, като резервоари за съхранение на водород, системи за всмукване на въздух и блокове за управление на мощността.

Заключение

Производството на водородни горивни клетки е многоетапен процес, който започва с доставката на суровини и завършва с интегрирането на системи с горивни клетки.

Този сложен процес гарантира производството на чисти, надеждни и ефективни енергийни източници, които имат потенциала напълно да трансформират производството на енергия, транспорта и други индустрии.

Производственият процес на водородни горивни клетки непрекъснато се развива поради непрекъснати изследвания и разработки, което стимулира разработването на устойчиви енергийни решения.

Препоръки

• 20 факта за хидроенергията, които никога не сте знаели
  .
• Превозни средства, задвижвани с водород: запознайте се с плюсовете и минусите
  .
• Как работи хидроелектрическата енергия
  .
• Хидрологичният цикъл на околната среда
  .
• Как метанът влияе на глобалното затопляне?