Vesinikkütuse valmistamine – 8 tootmisetappi

Kui mõelda sellele, kuidas vesinikkütust valmistatakse, siis tekib küsimus, miks vesinikku kütusena kasutatakse. Noh, kui vesinikku kasutatakse kütuseelemendis, on see puhas kütus, mis toodab ainult vett.

Arvukalt ressursse, sealhulgas maagaas, tuumaenergia, biomassja taastuvad energiaallikad nagu päikese- ja tuul, saab kasutada vesiniku tootmiseks.

Selle eelised muudavad selle soovitavaks kütusevalikuks rakendustes, mis hõlmavad energia tootmist ja transporti. Sellel on palju kasutusvõimalusi, sealhulgas kaasaskantav toiteallikas, kodud, autod ja palju muud.

Vesinikkütuseelementide kasutamine puhta ja tõhusa asendajana tavalised sisepõlemismootorid on oluliselt kasvanud. Nendes elektrit tootvates kütuseelementides vesiniku ja hapniku vahelise keemilise koostoime ainus tulemus on vesi.

Vesinikkütuseelementide potentsiaali täielikuks kasutamiseks on vaja keerukat tootmisprotseduuri.

Vesinikkütuse valmistamine – 4 peamist tootmismeetodit

On erinevaid vesinikkütuse valmistamise viisid. Tänapäeval on elektrolüüs ja maagaasi reformimine – termiline protsess – kõige sagedamini kasutatavad tehnikad. Bioloogilised ja päikeseenergial töötavad protsessid on veel kaks lähenemisviisi.

• Termilised protsessid
• Elektrolüütilised protsessid
• Päikeseenergiapõhised protsessid
• Bioloogilised protsessid

1. Termilised protsessid

Kõige tavalisem termiline meetod vesiniku tootmiseks on aurureformimine, mis on auru ja süsivesinikkütuse vaheline kõrgtemperatuuriline reaktsioon, mis annab vesinikku.

Vesinikku saab toota erinevate süsivesinikkütuste, nagu diislikütus, maagaas, gaasistatud kivisüsi, gaasistatud biomass ja taastuvad vedelkütused, reformimise teel. Tänapäeval toodab auruga reformitav maagaas ligi 95% kogu vesinikust.

2. Elektrolüütilised protsessid

Vesinikku ja hapnikku saab veest ekstraheerida elektrolüüsitehnika abil. Elektrolüsaator on seade, mis teostab elektrolüütilisi protsesse. See sarnaneb kütuseelemendiga selle poolest, et toodab vesinikku veemolekulidest, mitte ei kasuta vesiniku molekuli energiat.

3. Päikeseenergiapõhised protsessid

Päikeseenergiaga süsteemides toimib valgus vesiniku tootmise agensina. Mõned päikeseenergia juhitavad protsessid on termokeemilised, fotoelektrokeemilised ja fotobioloogilised. Vesinikku toodetakse fotobioloogiliste protsesside kaudu, mis põhinevad bakterite ja rohevetikate loomulikul fotosünteesil.

Kasutades spetsiifilisi pooljuhte, jagavad fotoelektrokeemilised reaktsioonid vee vesinikuks ja hapnikuks. Kontsentreeritud päikeseenergiat kasutatakse päikeseenergia termokeemilises vesiniku sünteesis vee jagamise reaktsioonide õhutamiseks, sageli koos täiendavate liikidega, nagu metallioksiidid.

4. Bioloogilised protsessid

Bioloogilistes protsessides kasutatakse mikroorganisme, nagu baktereid ja mikrovetikaid, ning need organismid võivad bioloogiliste reaktsioonide kaudu toota vesinikku.

Orgaaniliste materjalide, nagu biomassi või reovee, lagundamise teel võivad bakterid toota vesinikku protsessis, mida nimetatakse mikroobse biomassi muundamiseks. Seevastu fotobioloogilised protsessid kasutavad mikroobide energiaallikana päikesevalgust.

Vesinikkütuse valmistamine – 8 tootmisetappi

Pärast erinevate tootmismeetodite arutamist uurime vesinikkütuseelemendi tootmisega seotud spetsiifilisi protseduure alates tooraine asukoha määramisest kuni puhta energiaallika tootmiseni. Uurime protseduure, mis moodustavad elektrolüütilise protsessi.

• Tooraine hankimine
• Katalüsaatori ettevalmistamine
• Membraanelektroodide komplekti (MEA) valmistamine
• Bipolaarsete plaatide tootmine
• Kütuseelemendi korstna komplekt
• Taimekomponentide tasakaal
• Kvaliteedikontroll ja testimine
• Kasutuselevõtt ja integreerimine

1. Tooraine hankimine

Vesinikkütuseelementide ehitamiseks vajaliku tooraine hankimine on esimene samm tootmisprotsessis. Oluliste komponentide hulka kuuluvad süsinikupõhised materjalid bipolaarsete plaatide jaoks, polümeerid elektrolüüdi membraani jaoks ning plaatina või muud elektroodide reaktsioonide katalüsaatorid.

Tavaliselt hangitakse need materjalid paljudelt müüjatelt ja läbivad ranged kvaliteedi tagamise protseduurid, et tagada nende sobivus kütuseelementide tootmiseks.

2. Katalüsaatori ettevalmistamine

Katalüsaator, mis on sageli valmistatud plaatinast, on oluline kütuseelemendi võimeks läbi viia elektrokeemilisi reaktsioone.

Väga aktiivse ja stabiilse katalüsaatorikihi tootmiseks töödeldakse ja toodetakse katalüsaatori materjali mitmesuguste meetoditega, sealhulgas keemilise sadestamise ja füüsikalise aurustamise teel.

Seejärel kaetakse elektroodide pinnad selle kihiga, kasutades selliseid meetodeid nagu pihustuskatmine või siiditrükk.

3. Membraanelektroodide komplekti (MEA) valmistamine

Katalüsaatoriga kaetud elektroodid ja polümeerelektrolüütmembraan moodustavad membraanielektroodisõlme, mis on kütuseelemendi oluline osa. Polümeerelektrolüüdi membraan on hoolikalt toodetud ja kujundatud, et see vastaks kütuseelementide korstna arhitektuurile.

See koosneb tavaliselt perfluorosulfoonhappe polümeerist. Seejärel moodustatakse MEA, integreerides katalüsaatoriga kaetud elektroodid membraani mõlemale küljele.

4. Bipolaarsete plaatide tootmine

Kütuseelementide virnas vastutavad bipolaarsed plaadid reaktiivgaaside hajutamise ja elektrienergia ülekandmise eest kütuseelementide vahel. Tavaliselt kasutatakse nende plaatide valmistamiseks süsinikupõhiseid materjale, mis on korrosioonikindlad ja kerged.

Vajaliku kuju ja struktuuri saavutamiseks kasutatakse tootmisprotsessis vormimis-, mehaaniline- või pressimisprotsesse. Bipolaarsetesse plaatidesse on lisatud ka kanalid ja vooluväljad, et hõlbustada hapniku ja vesinikugaaside tõhusat läbimist.

5. Kütuseelemendi korstna komplekt

Vesinikkütuseelemendisüsteemi oluline komponent on kütuseelemendi virn, mis koosneb mitmest paralleelselt ja järjestikku ühendatud kütuseelemendist. Koost koosneb ideaalselt virnastatud bipolaarsetest plaatidest, gaasi difusioonikihtidest ja MEA-dest.

Gaasilekkeid hoiab ära ja hea tiheduse tagab tihendusmaterjalide, nagu liimid ja tihendid, kasutamine. Virna koost on loodud tootma suurimat võimsust, säilitades samal ajal jahutusvedeliku ja gaasi ideaalse voolu.

6. Taimekomponentide tasakaal

Täiskütuseelemendisüsteem vajab lisaks kütuseelementide virnale ka mitut tehase (BOP) komponentide tasakaalu. Need koosnevad niisutajatest, jahutussüsteemidest, vesiniku ja hapniku toitesüsteemidest ning jõuelektroonikast elektriväljundi juhtimiseks ja reguleerimiseks.

Sobiva kütuse ja jahutusvedeliku voolu, soojusjuhtimise ja elektriühenduse tagamiseks on BOP komponendid integreeritud süsteemi üldisesse konstruktsiooni.

7. Kvaliteedikontroll ja testimine

Tootmisprotsessis kasutatakse rangeid kvaliteedikontrolli protseduure, et tagada iga kütuseelemendi töökindlus ja tõhusus. Mitmes etapis viiakse läbi kvaliteedikontrolle, nagu visuaalne kontroll, elektriline testimine ja toimivusülevaatused.

Lõplike kütuseelementide komplekte testitakse täielikult, et kinnitada nende elektrivõimsust, vastupidavust, tõhusust ja ohutust. Nõutavate kvaliteedistandardite täitmiseks leitakse ja asendatakse kõik vigased elemendid või komponendid.

8. Kasutuselevõtt ja integreerimine

Kütuseelemendid on pärast edukat tootmist ja katsetamist ette valmistatud kasutuselevõtuks ja integreerimiseks mitmesugustesse rakendustesse. Sellesse kategooriasse võivad kuuluda kaasaskantav elektroonika, statsionaarsed elektritootmisseadmed ja autod.

Kasuliku ja tõhusa vesinikul töötava seadme ehitamiseks hõlmab integreerimisprotseduur kütuseelemendisüsteemi ühendamist vajalike abisüsteemidega, nagu vesinikupaagid, õhu sisselaskesüsteemid ja toitehaldusseadmed.

Järeldus

Vesinikkütuseelementide tootmine on mitmeetapiline protsess, mis algab tooraine hankimisest ja lõpeb kütuseelemendisüsteemide integreerimisega.

See keeruline protsess tagab puhaste, töökindlate ja tõhusate energiaallikate tootmise, mis võivad täielikult muuta elektritootmist, transporti ja muid tööstusharusid.

Vesinikkütuseelementide tootmisprotsess areneb pidevalt tänu pidevale uurimis- ja arendustegevusele, mis soodustab säästvate energialahenduste väljatöötamist.

Soovitused

• 20 fakti hüdroenergia kohta, mida te kunagi ei teadnud
  .
• Vesinikmootoriga sõidukid: teadke plusse ja miinuseid
  .
• Kuidas hüdroelektrienergia töötab
  .
• Keskkonna hüdroloogiline tsükkel
  .
• Kuidas metaan globaalset soojenemist mõjutab?