Ako sa vyrába vodíkové palivo – 8 výrobných krokov

Ak sa zamyslíme nad tým, ako sa vyrába vodíkové palivo, budeme sa musieť pýtať, prečo sa vodík používa ako palivo. No, keď sa vodík používa ako palivo v palivovom článku, je to čisté palivo, ktoré produkuje iba vodu.

Početné zdroje, vrátane zemný plyn, jadrová energia, biomasaa obnoviteľné zdroje energie Ako slnečné a vietor, možno použiť na výrobu vodíka.

Jeho výhody z neho robia žiadúcu voľbu paliva pre aplikácie zahŕňajúce výrobu energie a dopravu. Má mnoho použití, vrátane prenosného napájania, domácností, automobilov a ďalších.

Použitie vodíkových palivových článkov ako čistej a účinnej náhrady za konvenčné spaľovacie motory výrazne vzrástla. Jediným výsledkom chemickej interakcie medzi vodíkom a kyslíkom v týchto palivových článkoch, ktorá vyrába elektrinu, je voda.

Na plné využitie potenciálu vodíkových palivových článkov je potrebný sofistikovaný výrobný postup.

Ako sa vyrába vodíkové palivo – 4 hlavné výrobné metódy

Existujú rôzne spôsoby výroby vodíkového paliva. V súčasnosti sú najčastejšie používané techniky elektrolýza a reformovanie zemného plynu – tepelný proces. Biologické a solárne procesy sú dva ďalšie prístupy.

• Tepelné procesy
• Elektrolytické procesy
• Procesy poháňané slnkom
• Biologické procesy

1. Tepelné procesy

Najbežnejšou tepelnou metódou výroby vodíka je parné reformovanie, čo je vysokoteplotná reakcia medzi parou a uhľovodíkovým palivom, pri ktorej vzniká vodík.

Vodík sa môže vyrábať reformovaním rôznych uhľovodíkových palív, ako je nafta, zemný plyn, splynované uhlie, splynovaná biomasa a obnoviteľné kvapalné palivá. V súčasnosti zemný plyn na parnú reformu produkuje takmer 95 % všetkého vodíka.

2. Elektrolytické procesy

Vodík a kyslík možno extrahovať z vody pomocou techniky elektrolýzy. Elektrolyzér je zariadenie, ktoré vykonáva elektrolytické procesy. Podobá sa palivovému článku v tom, že produkuje vodík z molekúl vody a nie využíva energiu molekuly vodíka.

3. Procesy poháňané solárnou energiou

V solárnych systémoch pôsobí svetlo ako činidlo na výrobu vodíka. Niektoré procesy poháňané slnkom sú termochemické, fotoelektrochemické a fotobiologické. Vodík sa vyrába fotobiologickými procesmi, ktoré sa spoliehajú na prirodzenú fotosyntetickú aktivitu baktérií a zelených rias.

Fotoelektrochemické reakcie pomocou špecifických polovodičov rozdeľujú vodu na vodík a kyslík. Koncentrovaná solárna energia sa používa v solárnej termochemickej syntéze vodíka na poháňanie reakcií rozdeľujúcich vodu, často v spojení s ďalšími druhmi, ako sú oxidy kovov.

4. Biologické procesy

Mikroorganizmy ako baktérie a mikroriasy sa používajú v biologických procesoch a tieto organizmy môžu produkovať vodík prostredníctvom biologických reakcií.

Rozkladom organických materiálov, ako je biomasa alebo odpadová voda, môžu baktérie produkovať vodík v procese známom ako konverzia mikrobiálnej biomasy. Naproti tomu fotobiologické procesy využívajú slnečné svetlo ako zdroj energie pre mikróby.

Ako sa vyrába vodíkové palivo – 8 výrobných krokov

Po diskusii o rôznych výrobných metódach sa pozrime na špecifické postupy výroby vodíkového palivového článku, od lokalizácie surovín až po výrobu čistého zdroja energie. Budeme skúmať postupy, ktoré tvoria elektrolytický proces.

• Surovinové zdroje
• Príprava katalyzátora
• Výroba zostavy membránových elektród (MEA).
• Výroba bipolárnych platní
• Zostava zásobníka palivových článkov
• Rovnováha rastlinných komponentov
• Kontrola a testovanie kvality
• Nasadenie a integrácia

1. Surovinové zdroje

Obstaranie surovín potrebných na stavbu vodíkových palivových článkov je prvým krokom vo výrobnom procese. Medzi základné komponenty patria materiály na báze uhlíka pre bipolárne platne, polyméry pre membránu elektrolytu a platina alebo iné katalyzátory pre elektródové reakcie.

Tieto materiály, ktoré sa zvyčajne získavajú od mnohých predajcov, prechádzajú prísnymi postupmi zabezpečenia kvality, aby sa zaručila ich vhodnosť na výrobu palivových článkov.

2. Príprava katalyzátora

Katalyzátor, ktorý je často vyrobený z platiny, je nevyhnutný pre schopnosť palivového článku viesť elektrochemické reakcie.

Aby sa vytvorila vysoko aktívna a stabilná vrstva katalyzátora, katalytický materiál sa spracováva a vyrába s použitím rôznych metód, vrátane chemického nanášania a fyzikálneho naparovania.

Povrchy elektród sú potom pokryté touto vrstvou pomocou techník, ako je sprejové nanášanie alebo sieťotlač.

3. Výroba zostavy membránových elektród (MEA).

Elektródy potiahnuté katalyzátorom a membrána polymérneho elektrolytu tvoria zostavu membránovej elektródy, ktorá je podstatnou súčasťou palivového článku. Membrána polymérového elektrolytu je starostlivo vyrobená a tvarovaná tak, aby zodpovedala architektúre sústavy palivových článkov.

Zvyčajne sa skladá z polyméru perfluórsulfónovej kyseliny. MEA sa následne vytvorí integráciou elektród potiahnutých katalyzátorom do každej strany membrány.

4. Výroba bipolárnych platní

V zásobníku palivových článkov sú bipolárne platne zodpovedné za rozptýlenie reakčných plynov a prenos elektriny medzi palivovými článkami. Zvyčajne sa na výrobu týchto dosiek používajú materiály na báze uhlíka, ktoré sú odolné voči korózii a sú ľahké.

Na dosiahnutie požadovaného tvaru a štruktúry sa počas výrobného procesu používajú procesy lisovania, obrábania alebo lisovania. Kanály a prietokové polia sú tiež zahrnuté v bipolárnych doskách na uľahčenie efektívneho prechodu kyslíka a vodíkových plynov.

5. Zostava zásobníka palivových článkov

Základnou súčasťou systému vodíkových palivových článkov je sústava palivových článkov, ktorá pozostáva z niekoľkých palivových článkov spojených paralelne a sériovo. Zostava sa skladá z dokonale naskladaných bipolárnych dosiek, vrstiev na difúziu plynu a MEA.

Použitím tesniacich materiálov, ako sú lepidlá a tesnenia, sa zabráni úniku plynu a dobré utesnenie je zabezpečené. Zostava komína je vyrobená tak, aby produkovala čo najväčší výkon pri zachovaní ideálneho prietoku chladiacej kvapaliny a plynu.

6. Rovnováha rastlinných komponentov

Úplný systém palivových článkov potrebuje okrem zásobníka palivových článkov niekoľko vyvážených komponentov závodu (BOP). Pozostávajú zo zvlhčovačov, chladiacich systémov, zásobovacích systémov vodíka a kyslíka a výkonovej elektroniky na riadenie a reguláciu elektrického výkonu.

Na zabezpečenie vhodného prietoku paliva a chladiacej kvapaliny, tepelného manažmentu a elektrickej konektivity sú komponenty BOP integrované do celkového dizajnu systému.

7. Kontrola a testovanie kvality

Počas výrobného procesu sa používajú prísne postupy kontroly kvality, aby sa zaručila spoľahlivosť a účinnosť každého palivového článku. V niekoľkých fázach sa vykonávajú kontroly kvality, ako je vizuálna kontrola, elektrické testovanie a kontroly výkonu.

Kompletné testovanie sa vykonáva na konečných zostavách palivových článkov, aby sa potvrdil ich elektrický výkon, životnosť, účinnosť a bezpečnosť. Aby sa splnili požadované štandardy kvality, všetky chybné články alebo komponenty sú nájdené a vymenené.

8. Nasadenie a integrácia

Palivové články sú po úspešnej výrobe a testovaní pripravené na nasadenie a integráciu do radu aplikácií. Do tejto kategórie môže patriť prenosná elektronika, stacionárne zariadenia na výrobu energie a automobily.

Aby bolo možné skonštruovať užitočné a efektívne zariadenie na vodíkový pohon, integračný postup zahŕňa pripojenie systému palivových článkov k požadovaným pomocným systémom, ako sú zásobníky vodíka, systémy nasávania vzduchu a jednotky na riadenie energie.

záver

Výroba vodíkových palivových článkov je viacstupňový proces, ktorý začína obstarávaním surovín a končí integráciou systémov palivových článkov.

Tento komplexný proces zaručuje výrobu čistých, spoľahlivých a efektívnych zdrojov energie, ktoré majú potenciál úplne transformovať výrobu energie, dopravu a iné priemyselné odvetvia.

Proces výroby vodíkových palivových článkov sa neustále vyvíja vďaka neustálemu výskumu a vývoju, ktorý poháňa vývoj trvalo udržateľných energetických riešení.

Odporúčanie

• 20 faktov o vodnej energii, o ktorých ste nevedeli
  .
• Vozidlá na vodíkový pohon: Poznajte výhody a nevýhody
  .
• Ako funguje vodná energia
  .
• Hydrologický cyklus životného prostredia
  .
• Ako metán ovplyvňuje globálne otepľovanie?