Pri venontgeneracia energia hidrogeno

Ni enkondukos "hidrogenon", la venontan generacion de energio kiu estas karboneŭtrala. 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 elementojn, stokadon/transportajn metodojn, kaj metodojn de uzo. Kaj mi ankaŭ enkondukos kial ĝi estas la venontgeneracia reganta energifonto.

Elektrolizo de Akvo por Produkti Verdan Hidrogenon

Kiam oni uzas hidrogenon, estas grave "produkti hidrogenon" ĉiuokaze. La plej facila maniero estas "elektrolizi akvon". Eble vi faris en gradlerneja scienco. Plenigu la kalikon per akvo kaj elektrodoj en akvo. Kiam baterio estas konektita al la elektrodoj kaj energiigita, la sekvaj reagoj okazas en la akvo kaj en ĉiu elektrodo.
Ĉe la katodo, H+ kaj elektronoj kombinas por produkti hidrogenan gason, dum la anodo produktas oksigenon. Tamen, ĉi tiu aliro estas bona por lernejaj scienceksperimentoj, sed por produkti hidrogenon industrie, efikaj mekanismoj taŭgaj por grandskala produktado devas esti preparitaj. Tio estas "polimera elektrolitmembrano (PEM) elektrolizo".
En ĉi tiu metodo, polimera duontrapenetrebla membrano kiu permesas la trairejon de hidrogenjonoj estas krampita inter anodo kaj katodo. Kiam akvo estas verŝita en la anodon de la aparato, hidrogenjonoj produktitaj per elektrolizo moviĝas tra duonpenetrebla membrano al la katodo, kie ili iĝas molekula hidrogeno. Aliflanke, oksigenjonoj ne povas pasi tra la duonpenetrebla membrano kaj iĝi oksigenmolekuloj ĉe la anodo.
Ankaŭ en alkala akva elektrolizo, vi kreas hidrogenon kaj oksigenon disigante la anodon kaj katodon per apartigilo, tra kiu nur hidroksidaj jonoj povas trairi. Krome, ekzistas industriaj metodoj kiel alt-temperatura vaporelektrolizo.
Farante ĉi tiujn procezojn grandskale, grandaj kvantoj de hidrogeno povas esti akiritaj. En la procezo, signifa kvanto de oksigeno ankaŭ estas produktita (duono de la volumeno de hidrogeno produktita), tiel ke ĝi havus neniun negativan median efikon se liberigita en la atmosferon. Tamen elektrolizo postulas multe da elektro, do senkarbona hidrogeno povas esti produktita se ĝi estas produktita per elektro kiu ne uzas fosiliajn brulaĵojn, kiel ventomuelejoj kaj sunpaneloj.
Vi povas akiri "verdan hidrogenon" elektrolizante akvon uzante puran energion.

Ekzistas ankaŭ hidrogengeneratoro por grandskala produktado de ĉi tiu verda hidrogeno. Uzante PEM en la elektrolizilo sekcio, hidrogeno povas esti produktita ade.

Blua Hidrogeno Farita el Fosiliaj Fueloj

Do, kiaj estas aliaj manieroj fari hidrogenon? Hidrogeno ekzistas en fosiliaj fueloj kiel tergaso kaj karbo kiel substancoj krom akvo. Ekzemple, konsideru metanon (CH4), la ĉefa komponanto de tergaso. Estas kvar hidrogenaj atomoj ĉi tie. Vi povas akiri hidrogenon elprenante ĉi tiun hidrogenon.
Unu el ĉi tiuj estas procezo nomita "vapormetana reformado" kiu uzas vaporon. La kemia formulo de ĉi tiu metodo estas kiel sekvas.
Kiel vi povas vidi, karbona monoksido kaj hidrogeno povas esti ĉerpitaj el ununura metanmolekulo.
Tiamaniere, hidrogeno povas esti produktita per procezoj kiel ekzemple "vaporreformado" kaj "pirolizo" de tergaso kaj karbo. "Blua hidrogeno" rilatas al hidrogeno produktita tiamaniere.
En ĉi tiu kazo, tamen, karbona monoksido kaj karbondioksido estas produktitaj kiel kromproduktoj. Do vi devas recikli ilin antaŭ ol ili estas liberigitaj en la atmosferon. La kromprodukta karbondioksido, se ne reakirita, iĝas hidrogena gaso, konata kiel "griza hidrogeno".

Kia Elemento Estas Hidrogeno?

Hidrogeno havas atomnumeron 1 kaj estas la unua elemento sur la perioda tabelo.
La nombro da atomoj estas la plej granda en la universo, respondecante pri proksimume 90% de ĉiuj elementoj en la universo. La plej malgranda atomo konsistanta el protono kaj elektrono estas la hidrogenatomo.
Hidrogeno havas du izotopojn kun neŭtronoj alkroĉitaj al la nukleo. Unu neŭtron-ligita "deŭterio" kaj du neŭtron-ligita "tricio". Tiuj ankaŭ estas materialoj por fuzia elektroproduktado.
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 kunmetaĵojn kun aliaj elementoj kiel akvo, metano, amoniako kaj etanolo. Ĉar hidrogeno estas malpeza elemento, kiam la temperaturo altiĝas, la movrapideco de hidrogenaj molekuloj pliiĝas, kaj eskapas de la gravito de la tero al la kosma spaco.

Kiel Uzi Hidrogenon? Uzo per Brulado

Tiam, kiel estas uzata "hidrogeno", kiu altiris tutmondan atenton kiel venontgeneracia energifonto? Ĝi estas uzata en du ĉefaj manieroj: "brulado" kaj "fuelĉelo". Ni komencu per la uzo de "bruligi".
Estas du ĉefaj specoj de bruligado uzataj.
La unua estas kiel brulaĵo de raketoj. La raketo H-IIA de Japanio uzas hidrogenan gason "likva hidrogeno" kaj "likva oksigeno" kiu ankaŭ estas en kriogena stato kiel brulaĵo. Ĉi tiuj du estas kombinitaj, kaj la varmenergio generita en tiu tempo akcelas la injekton de la akvaj molekuloj generitaj, flugante en la spacon. Tamen, ĉar ĝi estas teknike malfacila motoro, krom Japanio, nur Usono, Eŭropo, Rusio, Ĉinio kaj Hindio sukcese kombinis tiun ĉi brulaĵon.
La dua estas elektroproduktado. Gasturbina elektroproduktado ankaŭ uzas la metodon de kombinado de hidrogeno kaj oksigeno por generi energion. Alivorte, ĝi estas metodo, kiu rigardas la termikan energion produktitan de hidrogeno. En termocentraloj, la varmo de bruligado de karbo, petrolo kaj tergaso produktas vaporon kiu movas turbinojn. Se hidrogeno estas uzata kiel varmofonto, la elektrocentralo estos karboneŭtrala.

Kiel Uzi Hidrogenon? Uzite kiel Fuel Cell

Alia maniero uzi hidrogenon estas kiel fuelpilo, kiu konvertas hidrogenon rekte en elektron. Aparte, Toyota altiris atenton en Japanio per propagando de hidrogen-fuelitaj veturiloj anstataŭ elektraj veturiloj (EV) kiel alternativo al benzinveturiloj kiel parto de ĝiaj mondvarmiĝo-kontraŭiniciatoj.
Specife, ni faras la inversan proceduron kiam ni enkondukas la produktadmetodon de "verda hidrogeno". La kemia formulo estas kiel sekvas.
Hidrogeno povas generi akvon (varma akvo aŭ vaporo) dum generado de elektro, kaj ĝi povas esti taksata ĉar ĝi ne trudas ŝarĝon al la medio. Aliflanke, ĉi tiu metodo havas relative malaltan elektroproduktan efikecon de 30-40%, kaj postulas platenon kiel katalizilon, tiel postulante pliigitajn kostojn.
Nuntempe, ni uzas polimerajn elektrolitajn fuelpilojn (PEFC) kaj fosforacidajn fuelpilojn (PAFC). Aparte, fuelpiloveturiloj uzas PEFC, do ĝi povas esti atendita disvastigi en la estonteco.

Ĉu Hidrogena Stokado kaj Transportado estas Sekura?

Nuntempe, ni pensas, ke vi komprenas kiel hidrogena gaso estas farita kaj uzata. Do kiel vi konservas ĉi tiun hidrogenon? Kiel vi ricevas ĝin kie vi bezonas ĝin? Kio pri sekureco en tiu tempo? Ni klarigos.
Fakte, hidrogeno ankaŭ estas tre danĝera elemento. Komence de la 20-a jarcento, ni uzis hidrogenon kiel gason por flosi balonojn, balonojn kaj aerŝipojn sur la ĉielo ĉar ĝi estis tre malpeza. Tamen, la 6-an de majo 1937, en Nov-Ĵerzejo, Usono, okazis la "aerŝipo Hindenburg-eksplodo".
Ekde la akcidento, estis vaste rekonite ke hidrogena gaso estas danĝera. Precipe kiam ĝi ekbrulas, ĝi eksplodos perforte kun oksigeno. Tial, "teni for de oksigeno" aŭ "teni for de varmego" estas esencaj.
Post preni ĉi tiujn mezurojn, ni elpensis sendan metodon.
Hidrogeno estas gaso ĉe ĉambra temperaturo, do kvankam ĝi ankoraŭ estas gaso, ĝi estas tre dika. La unua metodo estas apliki altan premon kaj kunpremi kiel cilindro kiam faras karbonigitajn trinkaĵojn. Preparu specialan altpreman tankon kaj konservu ĝin sub altpremaj kondiĉoj kiel 45Mpa.
Toyota, kiu disvolvas fuelpilajn veturilojn (FCV), disvolvas rezinan altpreman hidrogentankon kiu povas elteni 70 MPa premon.
Alia metodo estas malvarmigi ĝis -253 °C por fari likvan hidrogenon, kaj stoki kaj transporti ĝin en specialaj varmoizolaj tankoj. Kiel LNG (likvigita tergaso) kiam tergaso estas importita de eksterlande, hidrogeno estas likvigita dum transportado, reduktante sian volumenon al 1/800 de sia gasa stato. En 2020, ni kompletigis la unuan likvan hidrogenan portanton en la mondo. Tamen, ĉi tiu aliro ne taŭgas por fuelpiloveturiloj ĉar ĝi postulas multe da energio por malvarmigi.
Estas metodo de stokado kaj ekspedado en tankoj kiel ĉi tiu, sed ni ankaŭ evoluigas aliajn metodojn de stokado de hidrogeno.
La stokadmetodo estas uzi hidrogenajn stokadajn alojojn. Hidrogeno havas la econ penetri metalojn kaj difekti ilin. Ĉi tio estas disvolva konsileto, kiu estis evoluigita en Usono en la 1960′s. JJ Reilly et al. Eksperimentoj montris ke hidrogeno povas esti stokita kaj liberigita uzante alojon de magnezio kaj vanado.
Post tio, li sukcese evoluigis substancon, kiel paladio, kiu povas sorbi hidrogenon 935 fojojn sian propran volumon.
La avantaĝo de uzi ĉi tiun alojon estas, ke ĝi povas malhelpi hidrogenajn elfluajn akcidentojn (ĉefe eksplodaj akcidentoj). Tial ĝi povas esti sekure stokita kaj transportita. Tamen, se vi ne zorgas kaj lasas ĝin en malĝusta medio, hidrogenaj stokaj alojoj povas liberigi hidrogenan gason kun la tempo. Nu, eĉ eta fajrero povas kaŭzi eksplodan akcidenton, do atentu.
Ĝi ankaŭ havas la malavantaĝon, ke ripetita hidrogensorbado kaj malsorbado kondukas al fragiliĝo kaj reduktas la hidrogenan absorbadon.
La alia estas uzi pipojn. Estas kondiĉo, ke ĝi devas esti ne-kunpremita kaj malalta premo por malhelpi fragiliĝon de la tuboj, sed la avantaĝo estas, ke ekzistantaj gastuboj povas esti uzataj. Tokyo Gas faris konstrulaboron sur la Harumi FLAGO, uzante urbaj gasduktoj por provizi hidrogenon al fuelpiloj.

Estonta Socio Kreita de Hidrogena Energio

Fine, ni konsideru la rolon, kiun hidrogeno povas ludi en la socio.
Pli grave ni volas promocii senkarbonan socion, ni uzas hidrogenon por generi elektron anstataŭ kiel varmegan energion.
Anstataŭ grandaj termocentraloj, kelkaj domanaroj enkondukis sistemojn kiel ENE-FARM, kiuj uzas hidrogenon akiritan reformante tergason por generi la postulatan elektron. Tamen restas la demando, kion fari kun la kromproduktoj de la reforma procezo.

En la estonteco, se pligrandiĝos la cirkulado de hidrogeno mem, kiel pligrandiĝo de la nombro de hidrogenaj benzinstacioj, eblos uzi elektron sen elsendado de karbondioksido. Elektro produktas verdan hidrogenon, kompreneble, do ĝi uzas elektron generitan de sunlumo aŭ vento. La potenco uzata por elektrolizo devus esti la potenco por subpremi la kvanton de elektroproduktado aŭ ŝargi la reŝargeblan kuirilaron kiam estas troa potenco de natura energio. Alivorte, la hidrogeno estas en la sama pozicio kiel la reŝargebla kuirilaro. Se tio okazos, eventuale eblos redukti varmoenergion. La tago, kiam la interna brulmotoro malaperas de aŭtoj, rapide alproksimiĝas.

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

Ni rigardu plu en la estontecon. La kvanto de energio perdita ankaŭ estas problemo kun la metodo de dissendo kiu uzas dratojn por provizi potencon. Tial, en la estonteco, ni uzos la hidrogenon liveritan per duktoj, same kiel la karbonacidaj tankoj uzataj por fari karbonigitajn trinkaĵojn, kaj ni aĉetos hidrogenon hejme por generi elektron por ĉiu domanaro. Poŝtelefonoj, kiuj funkcias per hidrogenaj baterioj, fariĝas ordinaraj. Estos interese vidi tian estontecon.