Electrolysis dŵr i gynhyrchu H2 ac O2
Mae gan anodau titaniwm, y rhannau allweddol o offer hydrogen ac ocsigen electrolytig, ansawdd sefydlog, maent yn gyfeillgar i'r amgylchedd ac nid oes ganddynt unrhyw lygredd eilaidd, gor-botensial isel, effaith arbed ynni da, a gallant arbed 15-20% o ynni. Mae plât, rhwyll, siapiau tiwb, a rhannau siâp arbennig.
1. Cynnydd ymchwil ar gynhyrchu hydrogen trwy electrolysis dŵr Mae cynhyrchu hydrogen trwy electrolysis dŵr yn ffordd bwysig o gyflawni paratoad diwydiannol a chost isel H2, a gall gynhyrchu cynhyrchion â phurdeb o 99% i 99.9%. Bob blwyddyn, mae defnydd trydan fy ngwlad ar gyfer cynhyrchu hydrogen trwy electrolysis dŵr yn cyrraedd mwy na (1.5×107) kW·h. Pan fydd cerrynt yn mynd rhwng yr electrodau, cynhyrchir hydrogen yn y catod, cynhyrchir ocsigen yn yr anod, ac mae dŵr yn cael ei electrolyzed [2]. Rhan graidd yr offer cynhyrchu hydrogen electrolysis dŵr yw'r gell electrolytig, a'r deunydd electrod yw'r allwedd i'r gell electrolytig. Mae ansawdd y perfformiad electrod i raddau helaeth yn pennu foltedd celloedd a defnydd ynni electrolysis dŵr, ac yn effeithio'n uniongyrchol ar y gost. Yn gyffredinol, mae effeithlonrwydd darparu trydan i ddadelfennu dŵr i gynhyrchu hydrogen yn 75% i 85%. Mae'r broses yn syml ac yn rhydd o lygredd, ond mae'r defnydd o bŵer yn fawr, felly mae ei gymhwyso yn ddarostyngedig i rai cyfyngiadau. Mae electrolysis dŵr yn cael ei wneud mewn cell electrolytig, sy'n cael ei lenwi â electrolyte a'i rannu'n siambr anod a siambr cathod gan diaffram. Rhoddir electrodau ym mhob siambr. Gan fod gan ddŵr ddargludedd isel iawn, defnyddir hydoddiant dyfrllyd (crynodiad o tua 15%) ag electrolyt. Pan fydd cerrynt yn mynd rhwng yr electrodau ar foltedd penodol, cynhyrchir hydrogen yn y catod a chynhyrchir ocsigen yn yr anod, a thrwy hynny gyflawni electrolysis dŵr. Yn ddamcaniaethol, metelau platinwm yw'r metelau mwyaf delfrydol ar gyfer electrodau electrolysis dŵr, ond yn ymarferol, defnyddir electrodau haearn nicel-plated yn aml i leihau costau offer a chynhyrchu. Pan fydd dŵr yn cael ei electrolyzed, mae'r fformiwla adwaith electrod fel a ganlyn [3]. Mewn hydoddiant asidig, adwaith catod: 4H++4e=2H2∏=0V Adwaith anod: 2H2O =4H++O2+4e∏ =1.23V Mewn hydoddiant alcalïaidd, adwaith catod: 4H2O +4e=2H2+4OH∏=-0.828V Adwaith anod: 4OH-=2 H2O+O2+4e∏=0.401V Fel y gwelir o'r fformiwla uchod, mae adwaith cyffredinol electrolysis dŵr fel a ganlyn, boed mewn hydoddiant asidig neu alcalïaidd. 2H2O=2H2+O2 Nid oes gan foltedd dadelfennu damcaniaethol dŵr unrhyw beth i'w wneud â'r gwerth pH, felly gellir defnyddio hydoddiannau asidig neu alcalïaidd fel electrolytau. Fodd bynnag, o safbwynt strwythur celloedd electrolytig a dewis deunydd, mae'r defnydd o atebion asidig yn dueddol o ddioddef diffygion amrywiol. Felly, mae atebion alcalïaidd bellach yn cael eu defnyddio mewn diwydiant.
(1) Technoleg electrolysis alcalïaidd traddodiadol Ar hyn o bryd mae electrolysis dŵr alcalïaidd yn ddull cyffredin ac aeddfed ar gyfer paratoi hydrogen. Nid oes angen offer uchel ar y dull hwn, ac mae'r buddsoddiad yn bennaf yn yr offer; mae'r hydrogen a gynhyrchir o burdeb uchel, ond nid yw'r effeithlonrwydd yn uchel iawn. Mae'r broses hefyd yn gymharol gyfeillgar i'r amgylchedd ac yn rhydd o lygredd, ond mae'n defnyddio llawer o drydan ac felly mae'n ddarostyngedig i rai cyfyngiadau. Mae pwysedd electrolysis dŵr mewn diwydiant yn gyffredinol rhwng 1.65 a 2.2 V. Mae bywyd gwasanaeth y deunydd electrod a'r defnydd o ynni o electrolysis dŵr yn ffactorau allweddol wrth werthuso ansawdd deunyddiau electrod electrolysis dŵr alcalïaidd. Pan nad yw'r dwysedd presennol yn fawr, y prif ffactor sy'n dylanwadu yw'r gor-botensial; pan fydd y dwysedd presennol yn cynyddu, mae'r gor-botensial a'r gostyngiad mewn foltedd ymwrthedd yn dod yn brif ffactorau'r defnydd o ynni. Mewn cymwysiadau ymarferol, dylai fod gan electrodau diwydiannol y nodweddion canlynol [3]: (1) arwynebedd arwyneb uchel; (2) dargludedd uchel; (3) gweithgaredd electrocatalytig da; (4) sefydlogrwydd mecanyddol a chemegol hirdymor; (5) dyodiad swigen bach; (6) detholusrwydd uchel; (7) hawdd ei gael a chost isel; (8) diogelwch. Mae electrolysis dŵr yn aml yn gofyn am ddwysedd cerrynt mwy (uwch na 4000 A/m2), felly mae pwyntiau 2 a 4 yn bwysicach. Oherwydd y gall dargludedd uchel leihau'r golled ynni a achosir gan polareiddio ohmig, mae sefydlogrwydd uchel yn sicrhau bywyd hir deunyddiau electrod. 1 a 3 yw'r gofynion ar gyfer lleihau gor-botensial esblygiad hydrogen ac ocsigen, ac maent hefyd yn ddangosyddion pwysig ar gyfer gwerthuso perfformiad electrod.
(2) Technoleg electrolysis dŵr electrolyte polymer solid SPE Gan fod gan yr electrolyzer â hylif fel electrolyte effeithlonrwydd isel, mae'n anghyfleus i symud, ac yn aml mae angen cynnal a chadw, mae pobl wrthi'n chwilio am electrolytau newydd, sydd wedi ysgogi datblygiad a chymhwyso ymchwil polymer solet electrolyte (SPE), a elwir hefyd yn bilen cyfnewid proton (PEM). Ar hyn o bryd, mae'r electrolyzer yn defnyddio pilen asid perfluorosulfonig Nafion solet fel electrolyt. Mae'r electrod yn defnyddio metelau gwerthfawr neu eu hocsidau â pherfformiad catalytig uchel, sy'n cael eu gwneud yn ffurf powdr gydag arwynebedd arwyneb penodol mawr, ac yn cael eu bondio a'u pwyso ar ddwy ochr y bilen Nafion gan ddefnyddio Teflon i ffurfio cyfuniad sefydlog o bilen ac electrod.
(3) Proses electrolysis stêm tymheredd uchel Dull arall o gynhyrchu hydrogen trwy electrolysis dŵr yw electrolysis stêm tymheredd uchel. Mae hwn yn ddull sy'n deillio o gelloedd tanwydd ocsid solet. Mae'r siambr electrolysis yn gyffredinol yn defnyddio Y2O ZrO2 sefydlog fel yr electrolyt. Po uchaf yw'r tymheredd, yr isaf yw'r gwrthiant. Fodd bynnag, o safbwynt ymwrthedd gwres y deunydd, mae'n well y terfyn tymheredd uchaf 1000 gradd. Fel arfer, defnyddir corff sintered cymysg o nicel a seramig fel y catod, a defnyddir dargludol calsiwm titaniwm ocsid cyfansawdd fel yr anod.
2. Datblygiad cynhyrchu hydrogen biolegol Mae'r pwnc o ddefnyddio micro-organebau i gynhyrchu hydrogen wedi cael ei astudio ers degawdau. Yn y 1930au, adroddwyd yr adroddiad cyntaf o eplesu tywyll bacteriol i gynhyrchu hydrogen. Yn dilyn hynny, ym 1942, adroddodd Gaffron a Rubin fod algâu gwyrdd yn defnyddio egni golau i gynhyrchu hydrogen, ac ym 1949, darganfu Gest a Kamen facteria ffotroffig sy'n cynhyrchu hydrogen. Cadarnhaodd Spruit ym 1958 y gall algâu gynhyrchu hydrogen trwy ffotolysis uniongyrchol heb fod angen sefydlogi carbon deuocsid. Dangosodd ymchwil Healy (1970) pan fydd dwyster y golau yn rhy uchel, bydd proses gynhyrchu hydrogen Chlamydomonas moewsuii yn cael ei atal oherwydd cynhyrchu ocsigen. Yn ystod yr argyfwng ynni yn y 1970au, gwnaed llawer o ymchwil ar gynhyrchu biohydrogen ledled y byd. Tynnodd Thauer sylw ym 1976 fod eplesu tywyll yn anodd ei gymhwyso mewn cynhyrchiad gwirioneddol oherwydd dim ond 4 môl o hydrogen a 2 mol o asid asetig o 1 mol o glwcos ar y mwyaf y gallai gynhyrchu. Gall bacteria ffototroffig drawsnewid swbstradau fel asidau organig yn hydrogen yn llwyr, felly ers hynny, mae ymchwil ar gynhyrchu biohydrogen wedi canolbwyntio yn y bôn ar ffoto-fermentiad. Yn gynnar yn yr 1980au, gostyngodd y gefnogaeth i ynni adnewyddadwy mewn rhaglenni ymchwil a datblygu (Ymchwil a Datblygu) ledled y byd yn raddol. Erbyn dechrau'r 1990au, roedd problemau amgylcheddol yn dod yn fwyfwy difrifol, ac roedd sylw pobl yn canolbwyntio ar ynni amgen. Gyda chefnogaeth ymchwil a datblygu cynhyrchu biohydrogen yn yr Almaen, Japan, a'r Unol Daleithiau, mae maes algâu sy'n defnyddio ynni ysgafn i gynhyrchu hydrogen o ddŵr wedi'i astudio'n eang. Fodd bynnag, mae'r effeithlonrwydd trosi ynni solar cyffredinol yn y broses hon yn dal yn isel iawn. Ar y llaw arall, gall eplesu tywyll a bacteria ffotroffig gynhyrchu hydrogen o swbstradau cost isel neu wastraff organig. Gan y gall gynhyrchu ynni glân a thrin gwastraff organig, mae llywodraethau UDA a Japan wedi cefnogi sawl rhaglen ymchwil hirdymor. Disgwylir y bydd defnydd ymarferol technoleg cynhyrchu biohydrogen yn cael ei wireddu yng nghanol yr 21ain ganrif. Mae wedi bod yn fwy na hanner canrif ers darganfod cynhyrchiad hydrogen microbaidd, ond nid yw cynhyrchu biohydrogen wedi'i gymhwyso'n ymarferol. Mae llawer o broblemau technegol, megis sgrinio micro-organebau, dyluniad adweithyddion, ac optimeiddio amodau gweithredu, i'w datrys o hyd, ac mae cost y dechnoleg hon hefyd wedi cael sylw. Yn economaidd, ni all technoleg cynhyrchu biohydrogen gystadlu â thechnoleg cynhyrchu hydrogen cemegol traddodiadol yn y dyfodol agos. Fodd bynnag, o safbwynt diogelu'r amgylchedd, bydd y rhagolygon ar gyfer cynhyrchu biohydrogen yn eang iawn. Mae cynhyrchu biohydrogen yn cynnwys: system gynhyrchu biohydrogen ffotosynthetig (a elwir hefyd yn system cynhyrchu hydrogen bioffotolysis uniongyrchol); system cynhyrchu biohydrogen ffotolysis (a elwir hefyd yn system gynhyrchu hydrogen bioffotolysis anuniongyrchol); bacteria heterotroffig ffotosynthetig dŵr adwaith trosi nwy system gynhyrchu hydrogen; system cynhyrchu biohydrogen photofermentation; system gynhyrchu biohydrogen eplesu anaerobig (a elwir hefyd yn system gynhyrchu biohydrogen eplesu tywyll); system cynhyrchu biohydrogen hybrid ffotosynthesis-eplesu; system gynhyrchu biohydrogen in vitro hydrogenase, ac ati Mae ynni hydrogen yn ffynhonnell ynni gwerth caloriffig glân ac uchel. Yn ddiamau, defnyddio adnoddau dŵr adnewyddadwy ym myd natur i gynhyrchu hydrogen yw’r dull a ffefrir gan ddynolryw yn y dyfodol.
Ar ôl mwy na hanner canrif o ymchwil, er bod cynhyrchu hydrogen electrolysis dŵr a thechnoleg cynhyrchu bio-hydrogen wedi gwneud cynnydd mawr, maent yn dal i fod yn y cyfnod datblygu yn y bôn ac nid ydynt wedi'u defnyddio'n ymarferol eto. Mae ffactorau cyfyngol amrywiol megis effeithlonrwydd trosi ynni solar isel, defnydd uchel o ynni o gynhyrchu hydrogen electrolysis dŵr, ataliad cynnyrch, amodau gweithredu, ac ati yn golygu nad yw cyfradd cynhyrchu hydrogen systemau cynhyrchu hydrogen presennol yn ddigon uchel neu ddim yn ddarbodus, ac mae angen llawer o dagfeydd eraill i'w dorri ymhellach. Er mwyn lleihau costau cynhyrchu ymhellach ac ehangu effeithlonrwydd cynhyrchu, byddwn yn paratoi ar gyfer gweithrediadau masnachol yn y dyfodol.
Cwmni: Baoji Dynamic Trading Co, Ltd
Gwlad: Tsieina
Ychwanegu: ffordd Baoti, Jintai, dinas Baoji, Shaanxi, Tsieina
Cel:+86 18391894207}(WHATSAPP)
Gmail:alisa@jmyunti.com
Gwefan: www.jm-titanium.com
