Pri hidrogeno de la sekva generacio

Ni prezentos "hidrogenon", la sekvan generacion de energio, kiu estas karbonneŭtrala. Hidrogeno estas dividita en tri tipojn: "verda hidrogeno", "blua hidrogeno" kaj "griza hidrogeno", ĉiu el kiuj havas malsaman produktadmetodon. Ni ankaŭ klarigos ĉiun metodon de fabrikado, fizikajn ecojn kiel elementoj, stokado-/transportado-metodojn kaj uzmetodojn. Kaj mi ankaŭ prezentos kial ĝi estas la sekva generacio domina energifonto.

Elektrolizo de Akvo por Produkti Verdan Hidrogenon

Kiam oni uzas hidrogenon, gravas ĉiuokaze "produkti hidrogenon". La plej facila maniero estas "elektroligi akvon". Eble vi faris tion en bazlerneja scienco. Plenigu la bekeron per akvo kaj elektrodoj en akvo. Kiam baterio estas konektita al la elektrodoj kaj ŝaltita, la jenaj reakcioj okazas en la akvo kaj en ĉiu elektrodo.
Ĉe la katodo, H+ kaj elektronoj kombiniĝas por produkti hidrogengason, dum la anodo produktas oksigenon. Tamen, ĉi tiu metodo taŭgas por lernejaj sciencaj eksperimentoj, sed por produkti hidrogenon industrie, oni devas prepari efikajn mekanismojn taŭgajn por grandskala produktado. Tio estas "polimera elektrolita membrano (PEM) elektrolizo".
En ĉi tiu metodo, polimera duonpermeabla membrano, kiu permesas la trairon de hidrogenaj jonoj, estas intermetita inter anodo kaj katodo. Kiam akvo estas verŝita en la anodon de la aparato, hidrogenaj jonoj produktitaj per elektrolizo moviĝas tra duonpermeabla membrano al la katodo, kie ili fariĝas molekula hidrogeno. Aliflanke, oksigenaj jonoj ne povas trapasi la duonpermeablan membranon kaj fariĝi oksigenaj molekuloj ĉe la anodo.
Ankaŭ en alkala akva elektrolizo, oni kreas hidrogenon kaj oksigenon apartigante la anodon kaj katodon per apartigilo, tra kiu nur hidroksidaj jonoj povas pasi. Krome, ekzistas industriaj metodoj kiel ekzemple alttemperatura vapora elektrolizo.
Per grandskala efektivigo de ĉi tiuj procezoj, oni povas akiri grandajn kvantojn da hidrogeno. En la procezo, ankaŭ produktiĝas signifa kvanto da oksigeno (duono de la volumeno de produktita hidrogeno), tiel ke ĝi ne havus negativan median efikon se liberigita en la atmosferon. Tamen, elektrolizo postulas multan elektron, do senkarbona hidrogeno povas esti produktita se ĝi estas produktita per elektro kiu ne uzas fosiliajn brulaĵojn, kiel ekzemple ventoturbinoj kaj sunpaneloj.
Vi povas akiri "verdan hidrogenon" per elektrolizo de akvo uzante puran energion.

Ankaŭ ekzistas hidrogena generatoro por grandskala produktado de ĉi tiu verda hidrogeno. Uzante PEM en la elektrolizila sekcio, hidrogeno povas esti produktita kontinue.

Blua Hidrogeno Farita el Fosiliaj Brulaĵoj

Do, kiaj estas aliaj manieroj produkti hidrogenon? Hidrogeno ekzistas en fosiliaj brulaĵoj kiel tergaso kaj karbo kiel substancoj krom akvo. Ekzemple, konsideru metanon (CH4), la ĉefan komponanton de tergaso. Estas kvar hidrogenaj atomoj ĉi tie. Vi povas akiri hidrogenon elprenante ĉi tiun hidrogenon.
Unu el ĉi tiuj estas procezo nomata "vapora metanreformado", kiu uzas vaporon. La kemia formulo de ĉi tiu metodo estas jena.
Kiel vi vidas, karbonmonooksido kaj hidrogeno povas esti ekstraktitaj el ununura metana molekulo.
Tielmaniere, hidrogeno povas esti produktita per procezoj kiel "vaporreformado" kaj "pirolizo" de tergaso kaj karbo. "Blua hidrogeno" rilatas al hidrogeno produktita tiamaniere.
En ĉi tiu kazo, tamen, karbonmonooksido kaj karbondioksido estas produktitaj kiel kromproduktoj. Do oni devas recikli ilin antaŭ ol ili estas liberigitaj en la atmosferon. La kromprodukto karbondioksido, se ne reakirita, fariĝas hidrogena gaso, konata kiel "griza hidrogeno".

Kia speco de elemento estas hidrogeno?

Hidrogeno havas atomnumeron 1 kaj estas la unua elemento en la perioda tabelo.
La nombro da atomoj estas la plej granda en la universo, konsistigante ĉirkaŭ 90% de ĉiuj elementoj en la universo. La plej malgranda atomo konsistanta el protono kaj elektrono estas la hidrogena atomo.
Hidrogeno havas du izotopojn kun neŭtronoj ligitaj al la nukleo. Unu neŭtron-ligita "deŭterio" kaj du neŭtron-ligitaj "tricio". Ĉi tiuj ankaŭ estas materialoj por fuzia elektrogenerado.
Ene de stelo kiel la suno okazas nuklea fuzio de hidrogeno al heliumo, kiu estas la energifonto por ke la stelo brilu.
Tamen, hidrogeno malofte ekzistas kiel gaso sur la Tero. Hidrogeno formas kombinaĵojn kun aliaj elementoj kiel akvo, metano, amoniako kaj etanolo. Ĉar hidrogeno estas malpeza elemento, kiam la temperaturo altiĝas, la moviĝrapido de hidrogenaj molekuloj pliiĝas, kaj ili eskapas de la gravito de la tero al la kosma spaco.

Kiel Uzi Hidrogenon? Uzu per Bruligado

Do, kiel estas uzata "hidrogeno", kiu altiris tutmondan atenton kiel venontgeneracia energifonto? Ĝi estas uzata laŭ du ĉefaj manieroj: "bruligado" kaj "fuelpilo". Ni komencu per la uzo de "brulado".
Estas du ĉefaj specoj de bruligado uzataj.
La unua estas kiel raketobrulaĵo. La japana raketo H-IIA uzas hidrogengason "likvan hidrogenon" kaj "likvan oksigenon", kiu ankaŭ estas en kriogena stato, kiel brulaĵon. Ĉi tiuj du estas kombinitaj, kaj la varmenergio generita tiam akcelas la injekton de la generitaj akvomolekuloj, flugante en la spacon. Tamen, ĉar ĝi estas teknike malfacila motoro, krom Japanio, nur Usono, Eŭropo, Rusio, Ĉinio kaj Barato sukcese kombinis ĉi tiun brulaĵon.
La dua estas elektroproduktado. Elektroproduktado per gasturbinoj ankaŭ uzas la metodon kombini hidrogenon kaj oksigenon por generi energion. Alivorte, ĝi estas metodo, kiu rigardas la varmenergion produktitan de hidrogeno. En termocentraloj, la varmo de brulado de karbo, nafto kaj tergaso produktas vaporon, kiu pelas turbinojn. Se hidrogeno estas uzata kiel varmofonto, la elektrocentralo estos karbonneŭtrala.

Kiel Uzi Hidrogenon? Uzata kiel Brulpilo

Alia maniero uzi hidrogenon estas kiel fuelpilo, kiu konvertas hidrogenon rekte en elektron. Aparte, Toyota altiris atenton en Japanio per reklamado de hidrogen-fuelitaj veturiloj anstataŭ elektraj veturiloj (EV-oj) kiel alternativo al benzinaj veturiloj kiel parto de siaj kontraŭrimedoj kontraŭ tutmonda varmiĝo.
Specife, ni faras la inversan proceduron kiam ni enkondukas la fabrikadmetodon de "verda hidrogeno". La kemia formulo estas jena.
Hidrogeno povas generi akvon (varman akvon aŭ vaporon) dum generado de elektro, kaj ĝi povas esti taksata ĉar ĝi ne ŝarĝas la medion. Aliflanke, ĉi tiu metodo havas relative malaltan elektrogeneradan efikecon de 30-40%, kaj postulas platenon kiel katalizilon, tial postulante pliigitajn kostojn.
Nuntempe, ni uzas polimerajn elektrolitajn fuelpilojn (PEFC) kaj fosforacidajn fuelpilojn (PAFC). Aparte, fuelpilaj veturiloj uzas PEFC, do oni povas atendi, ke ĝi disvastiĝos en la estonteco.

Ĉu hidrogena stokado kaj transportado estas sekuraj?

Nun ni opinias, ke vi komprenas, kiel hidrogena gaso estas fabrikata kaj uzata. Do, kiel vi stokas ĉi tiun hidrogenon? Kiel vi atingas ĝin, kie vi bezonas ĝin? Kio pri sekureco tiam? Ni klarigos.
Fakte, hidrogeno estas ankaŭ tre danĝera elemento. Komence de la 20-a jarcento, ni uzis hidrogenon kiel gason por flosigi balonojn, balonojn kaj aerŝipojn en la ĉielo, ĉar ĝi estis tre malpeza. Tamen, la 6-an de majo 1937, en Nov-Ĵerzejo, Usono, okazis la "eksplodo de la aerŝipo Hindenburg".
Ekde la akcidento, oni vaste agnoskas, ke hidrogena gaso estas danĝera. Precipe kiam ĝi ekbrulas, ĝi furioze eksplodos kun oksigeno. Tial, "tenu for de oksigeno" aŭ "tenu for de varmo" estas esenca.
Post farado de ĉi tiuj mezuroj, ni elpensis sendometodon.
Hidrogeno estas gaso je ĉambra temperaturo, do kvankam ĝi ankoraŭ estas gaso, ĝi estas tre volumena. La unua metodo estas apliki altan premon kaj kunpremi ĝin kiel cilindron dum farado de karbonataj trinkaĵoj. Preparu specialan altpreman tankon kaj konservu ĝin sub altpremaj kondiĉoj kiel ekzemple 45Mpa.
Toyota, kiu disvolvas fuelpilajn veturilojn (FCV), disvolvas rezinan altpreman hidrogenan tankon, kiu povas elteni 70 MPa premon.
Alia metodo estas malvarmigi ĝin ĝis -253 °C por fari likvan hidrogenon, kaj stoki kaj transporti ĝin en specialaj varmoizolitaj tankoj. Kiel LNG (likvigita natura gaso), kiam natura gaso estas importita el eksterlando, hidrogeno likviĝas dum transportado, reduktante ĝian volumenon al 1/800 de ĝia gasa stato. En 2020, ni kompletigis la unuan likvan hidrogenan transportilon de la mondo. Tamen, ĉi tiu aliro ne taŭgas por fuelpilaj veturiloj, ĉar ĝi postulas multe da energio por malvarmiĝi.
Ekzistas metodo por stokado kaj transportado en tankoj kiel ĉi tiu, sed ni ankaŭ disvolvas aliajn metodojn por stokado de hidrogeno.
La stokada metodo estas uzi hidrogenajn stokalalojojn. Hidrogeno havas la proprecon penetri metalojn kaj ilin difekti. Ĉi tiu estas evoluiga konsilo, kiu estis evoluigita en Usono en la 1960-aj jaroj. JJ Reilly kaj aliaj. Eksperimentoj montris, ke hidrogeno povas esti stokita kaj liberigita uzante alojon de magnezio kaj vanado.
Post tio, li sukcese evoluigis substancon, kiel ekzemple paladion, kiu povas absorbi hidrogenon 935-oble sian propran volumenon.
La avantaĝo de uzi ĉi tiun alojon estas, ke ĝi povas preventi akcidentojn pro hidrogenelfluo (ĉefe eksplodakcidentoj). Tial, ĝi povas esti sekure stokita kaj transportita. Tamen, se vi ne estas singarda kaj lasas ĝin en malĝusta medio, hidrogenstokaj alojoj povas liberigi hidrogenan gason laŭlonge de la tempo. Nu, eĉ malgranda sparko povas kaŭzi eksplodakcidenton, do estu singarda.
Ĝi ankaŭ havas la malavantaĝon, ke ripeta hidrogena sorbado kaj desorbado kondukas al rompiĝemo kaj reduktas la hidrogenan sorbadon.
La alia estas uzi tubojn. Estas kondiĉo, ke ĝi devas esti nekunpremita kaj malaltprema por eviti rompiĝon de la tuboj, sed la avantaĝo estas, ke ekzistantaj gastuboj povas esti uzataj. Tokyo Gas efektivigis konstrulaborojn ĉe la Harumi FLAG, uzante urbajn gasduktojn por liveri hidrogenon al fuelpiloj.

Estonta Socio Kreita per Hidrogena Energio

Fine, ni konsideru la rolon, kiun hidrogeno povas ludi en la socio.
Pli grave, ni volas antaŭenigi karbon-liberan socion, ni uzas hidrogenon por generi elektron anstataŭ kiel varmenergion.
Anstataŭ grandaj termoelektraj centraloj, kelkaj domanaroj enkondukis sistemojn kiel ENE-FARM, kiuj uzas hidrogenon akiritan per reformado de tergaso por generi la bezonatan elektron. Tamen, la demando pri kio fari kun la kromproduktoj de la reforma procezo restas.

Estonte, se la cirkulado de hidrogeno mem pliiĝos, ekzemple pliigante la nombron de hidrogenaj benzinstacioj, estos eble uzi elektron sen elsendi karbondioksidon. Elektro produktas verdan hidrogenon, kompreneble, do ĝi uzas elektron generitan de sunlumo aŭ vento. La energio uzata por elektrolizo devus esti la energio por subpremi la kvanton de elektroproduktado aŭ por ŝargi la reŝargeblan baterion kiam ekzistas superflua energio el natura energio. Alivorte, la hidrogeno estas en la sama pozicio kiel la reŝargebla baterio. Se tio okazos, eventuale estos eble redukti la varmogeneradon. La tago kiam la eksplodmotoro malaperos el aŭtoj rapide alproksimiĝas.

Hidrogeno ankaŭ povas esti akirita per alia vojo. Fakte, hidrogeno estas ankoraŭ kromprodukto de la produktado de kaŭstika sodo. Interalie, ĝi estas kromprodukto de kolaoproduktado en ferfabrikado. Se vi metas ĉi tiun hidrogenon en la distribuon, vi povos akiri plurajn fontojn. Hidrogengaso produktita tiamaniere ankaŭ estas liverataj de hidrogenstacioj.

Ni rigardu pli profunde en la estontecon. La kvanto de perdita energio ankaŭ estas problemo rilate al la metodo de transdono, kiu uzas dratojn por provizi energion. Tial, estonte, ni uzos la hidrogenon liveratan per duktoj, same kiel la karbonacidajn tankojn uzatajn por fari karbonajn trinkaĵojn, kaj aĉetos hidrogenan tankon hejme por generi elektron por ĉiu domanaro. Poŝtelefonoj, kiuj funkcias per hidrogenaj baterioj, fariĝas oftaj. Estos interese vidi tian estontecon.