За следната генерација на енергија водород

Ќе воведеме „водород“, следната генерација на енергија која е јаглеродно неутрална. Водородот е поделен на три вида: „зелен водород“, „син водород“ и „сив водород“, од кои секоја има различен начин на производство. Исто така, ќе го објасниме секој метод на производство, физичките својства како елементи, методите за складирање/транспорт и методите на употреба. Исто така, ќе воведам зошто е доминантен извор на енергија од следната генерација.

Електролиза на вода за производство на зелен водород

Кога користите водород, важно е да се „произведе водород“ во секој случај. Најлесен начин е да се „електролизира водата“. Можеби сте учеле во одделенска наука. Наполнете ја чашата со вода и електроди во вода. Кога батеријата е поврзана со електродите и е под напон, следните реакции се случуваат во водата и во секоја електрода.
На катодата, H+ и електроните се комбинираат за да произведат водороден гас, додека анодата произведува кислород. Сепак, овој пристап е добар за училишните научни експерименти, но за да се произведе водород индустриски, мора да се подготват ефикасни механизми погодни за производство во големи размери. Тоа е „електролиза на полимерна електролитна мембрана (PEM)“.
Во овој метод, полимерна полупропустлива мембрана која овозможува премин на водородни јони се става во сендвич помеѓу анода и катода. Кога водата се влева во анодата на уредот, водородните јони произведени со електролиза се движат низ полупропустлива мембрана до катодата, каде што стануваат молекуларен водород. Од друга страна, јоните на кислород не можат да поминат низ полупропустливата мембрана и да станат молекули на кислород на анодата.
Исто така, при електролиза на алкална вода, создавате водород и кислород со одвојување на анодата и катодата преку сепаратор низ кој можат да поминат само јони на хидроксид. Покрај тоа, постојат индустриски методи како електролиза на пареа со висока температура.
Со извршување на овие процеси во голем обем, може да се добијат големи количини на водород. Во тој процес, исто така, се произведува значително количество кислород (половина од волуменот на произведениот водород), така што нема да има негативно влијание врз животната средина доколку се испушти во атмосферата. Меѓутоа, електролизата бара многу електрична енергија, па затоа може да се произведе водород без јаглерод доколку се произведува со електрична енергија што не користи фосилни горива, како што се турбините на ветер и соларни панели.
Можете да добиете „зелен водород“ со електролиза на вода користејќи чиста енергија.

Постои и водороден генератор за големо производство на овој зелен водород. Со користење на PEM во делот на електролизаторот, водородот може постојано да се произведува.

Син водород Направен од фосилни горива

Значи, кои се другите начини да се направи водород? Водородот постои во фосилните горива како што се природниот гас и јагленот како супстанци различни од водата. На пример, земете го во предвид метанот (CH4), главната компонента на природниот гас. Тука има четири атоми на водород. Можете да добиете водород со вадење на овој водород.
Еден од нив е процес наречен „реформирање на парен метан“ кој користи пареа. Хемиската формула на овој метод е како што следува.
Како што можете да видите, јаглерод моноксид и водород можат да се извлечат од една молекула на метан.
На овој начин, водородот може да се произведува преку процеси како што се „реформирање на пареа“ и „пиролиза“ на природен гас и јаглен. „Син водород“ се однесува на водород произведен на овој начин.
Во овој случај, сепак, јаглерод моноксид и јаглерод диоксид се произведуваат како нуспроизводи. Затоа мора да ги рециклирате пред да бидат пуштени во атмосферата. Нуспроизводот јаглерод диоксид, доколку не се обнови, станува водороден гас, познат како „сив водород“.

Каков вид на елемент е водородот?

Водородот има атомски број 1 и е првиот елемент на периодниот систем.
Бројот на атоми е најголем во универзумот, со околу 90% од сите елементи во универзумот. Најмалиот атом кој се состои од протон и електрон е атом на водород.
Водородот има два изотопа со неутрони прикачени на јадрото. Еден „деутериум“ поврзан со неутронска врска и два „тритиум“ поврзан со неутронска врска. Ова се исто така материјали за производство на електрична енергија од фузија.
Внатре во ѕвезда како Сонцето, се одвива нуклеарна фузија од водород до хелиум, кој е извор на енергија за ѕвездата да блесне.
Сепак, водородот ретко постои како гас на Земјата. Водородот формира соединенија со други елементи како што се вода, метан, амонијак и етанол. Бидејќи водородот е лесен елемент, како што температурата се зголемува, брзината на движење на молекулите на водородот се зголемува и бега од гравитацијата на земјата во вселената.

Како да се користи водород? Употреба со согорување

Тогаш, како се користи „водородот“, кој го привлече светското внимание како извор на енергија од следната генерација? Се користи на два главни начини: „согорување“ и „горивни ќелии“. Да почнеме со употребата на „изгори“.
Се користат два главни типа на согорување.
Првиот е како ракетно гориво. Јапонската ракета H-IIA користи водороден гас „течен водород“ и „течен кислород“ кој исто така е во криогена состојба како гориво. Овие две се комбинирани, а топлинската енергија генерирана во тоа време го забрзува вбризгувањето на генерираните молекули на водата, летајќи во вселената. Меѓутоа, бидејќи се работи за технички тежок мотор, освен Јапонија, само САД, Европа, Русија, Кина и Индија успешно го комбинираа ова гориво.
Вториот е производство на електрична енергија. Производството на електрична енергија од гасната турбина исто така го користи методот на комбинирање на водород и кислород за да генерира енергија. Со други зборови, тоа е метод кој ја разгледува топлинската енергија произведена од водородот. Во термоелектраните, топлината од согорувањето на јаглен, нафта и природен гас произведува пареа која ги придвижува турбините. Ако водородот се користи како извор на топлина, електраната ќе биде јаглеродно неутрална.

Како да се користи водород? Се користи како горивни ќелии

Друг начин да се користи водородот е како горивни ќелии, кои го претвораат водородот директно во електрична енергија. Особено, Toyota го привлече вниманието во Јапонија со рекламирање возила на водород наместо електрични возила (ЕВ) како алтернатива на возилата на бензин како дел од нејзините контрамерки за глобалното затоплување.
Поточно, ја правиме обратната постапка кога го воведуваме методот на производство на „зелен водород“. Хемиската формула е како што следува.
Водородот може да генерира вода (топла вода или пареа) додека произведува електрична енергија, а може да се процени бидејќи не наметнува оптоварување на животната средина. Од друга страна, овој метод има релативно ниска ефикасност на производство на енергија од 30-40%, и бара платина како катализатор, со што се потребни зголемени трошоци.
Во моментов, ние користиме горивни ќелии со полимер електролит (PEFC) и горивни ќелии со фосфорна киселина (PAFC). Особено, возилата со горивни ќелии користат PEFC, така што може да се очекува да се шири во иднина.

Дали е безбедно складирањето и транспортот на водород?

Досега, мислиме дека разбирате како се создава и користи водородниот гас. Па, како го складирате овој водород? Како да го добиете онаму каде што ви треба? Што е со безбедноста во тоа време? Ќе објасниме.
Всушност, водородот е исто така многу опасен елемент. На почетокот на 20 век, користевме водород како гас за да лебдиме балони, балони и воздушни бродови на небото бидејќи беше многу лесен. Меѓутоа, на 6 мај 1937 година, во Њу Џерси, САД, се случи „експлозијата на воздушен брод Хинденбург“.
Од несреќата, нашироко беше признаено дека водородниот гас е опасен. Особено кога ќе се запали, силно ќе експлодира со кислород. Затоа, „да се чува подалеку од кислород“ или „да се чува подалеку од топлина“ е од суштинско значење.
По преземањето на овие мерки, дојдовме до метод на испорака.
Водородот е гас на собна температура, па иако е сè уште гас, тој е многу гломазен. Првиот метод е да се примени висок притисок и да се компресира како цилиндар кога се прават газирани пијалоци. Подгответе специјален резервоар под висок притисок и чувајте го во услови под висок притисок како 45Mpa.
Тојота, која развива возила со горивни ќелии (FCV), развива резервоар за водород под висок притисок од смола кој може да издржи притисок од 70 MPa.
Друг метод е да се излади до -253°C за да се добие течен водород и да се складира и транспортира во специјални резервоари изолирани со топлина. Како и ЛНГ (течен природен гас) кога природен гас се увезува од странство, водородот се течен за време на транспортот, намалувајќи го неговиот волумен на 1/800 од неговата гасовита состојба. Во 2020 година го завршивме првиот светски носач на течен водород. Сепак, овој пристап не е погоден за возила со горивни ќелии бидејќи бара многу енергија за ладење.
Постои метод за складирање и испорака во резервоари како овој, но развиваме и други методи за складирање на водород.
Методот на складирање е да се користат легури за складирање на водород. Водородот има својство да продира во метали и да ги расипува. Ова е совет за развој кој беше развиен во Соединетите Држави во 1960-тите. Џеј Џеј Рајли и сор. Експериментите покажаа дека водородот може да се складира и ослободува со помош на легура на магнезиум и ванадиум.
После тоа, тој успешно разви супстанца, како што е паладиумот, која може да апсорбира водород 935 пати повеќе од својот волумен.
Предноста на користењето на оваа легура е што може да спречи несреќи со истекување на водород (главно несреќи со експлозија). Затоа, може безбедно да се складира и транспортира. Меѓутоа, ако не сте внимателни и го оставите во погрешна средина, легурите за складирање на водород со текот на времето може да ослободат водороден гас. Па, дури и мала искра може да предизвика несреќа со експлозија, па бидете внимателни.
Исто така, има недостаток што повторената апсорпција и десорпција на водород доведува до кршливост и ја намалува стапката на апсорпција на водород.
Другото е да се користат цевки. Постои услов да биде некомпресиран и низок притисок за да се спречи кршливост на цевките, но предноста е што може да се користат постоечки гасни цевки. Tokyo Gas изврши градежни работи на Harumi FLAG, користејќи градски гасоводи за снабдување со водород до горивните ќелии.

Идно општество создадено од водородна енергија

Конечно, да ја разгледаме улогата што водородот може да ја игра во општеството.
Што е уште поважно, сакаме да промовираме општество без јаглерод, ние користиме водород за производство на електрична енергија наместо како топлинска енергија.
Наместо големи термоелектрани, некои домаќинства воведоа системи како ЕНЕ-ФАРМ, кои користат водород добиен со реформирање на природниот гас за да се произведе потребната електрична енергија. Сепак, останува прашањето што да се прави со нуспроизводите од процесот на реформи.

Во иднина, доколку се зголеми циркулацијата на самиот водород, како на пример зголемување на бројот на станици за полнење гориво со водород, ќе може да се користи електрична енергија без да се испушта јаглерод диоксид. Електричната енергија произведува зелен водород, се разбира, па користи електрична енергија произведена од сончева светлина или ветер. Моќта што се користи за електролиза треба да биде моќ за потиснување на количината на производство на енергија или за полнење на батеријата што се полни кога има вишок на енергија од природна енергија. Со други зборови, водородот е во иста положба како и батеријата на полнење. Ако тоа се случи, на крајот ќе биде можно да се намали производството на топлинска енергија. Брзо се наближува денот кога моторот со внатрешно согорување исчезнува од автомобилите.

Водородот може да се добие и преку друг пат. Всушност, водородот сè уште е нуспроизвод од производството на каустична сода. Меѓу другото, тој е нуспроизвод од производството на кокс во производството на железо. Ако го ставите овој водород во дистрибуцијата, ќе можете да добиете повеќе извори. Водородниот гас произведен на овој начин се снабдува и од водородни станици.

Да погледнеме понатаму во иднината. Количината на изгубена енергија е исто така проблем со методот на пренос кој користи жици за снабдување со електрична енергија. Затоа, во иднина ќе го користиме водородот испорачан со цевководи, исто како резервоарите со јаглеродна киселина што се користат во правењето газирани пијалоци, и ќе купуваме резервоар за водород дома за да произведуваме електрична енергија за секое домаќинство. Мобилните уреди кои работат на водородни батерии стануваат вообичаени. Ќе биде интересно да се види таква иднина.