Jos ajattelemme vetypolttoaineen valmistusta, saamme kysyä, miksi vetyä käytetään polttoaineena. No, kun vetyä käytetään polttoaineena polttokennossa, se on puhdasta polttoainetta, joka tuottaa vain vettä.
Lukuisia resursseja, mukaan lukien maakaasu, ydinvoima, biomassanja uusiutuvat energianlähteet pitää aurinko- ja tuuli, voidaan käyttää vedyn valmistukseen.
Sen edut tekevät siitä halutun polttoainevaihtoehdon energian tuotantoon ja kuljetukseen liittyviin sovelluksiin. Sillä on lukuisia käyttötarkoituksia, mukaan lukien kannettava virtalähde, kodit, autot ja paljon muuta.
Vetypolttokennojen käyttö puhtaana ja tehokkaana korvikkeena perinteisiä polttomoottoreita on kasvanut merkittävästi. Ainoa tulos vedyn ja hapen välisestä kemiallisesta vuorovaikutuksesta näissä sähköä tuottavissa polttokennoissa on vesi.
Vetypolttokennojen potentiaalin täysimääräinen hyödyntäminen edellyttää pitkälle kehitettyä tuotantomenetelmää.
Sisällysluettelo
Kuinka vetypolttoainetta valmistetaan – 4 tärkeintä tuotantomenetelmää
On olemassa erilaisia tapoja valmistaa vetypolttoainetta. Nykyään elektrolyysi ja maakaasun reformointi – lämpöprosessi – ovat yleisimmin käytettyjä tekniikoita. Biologiset ja aurinkovoimalla toimivat prosessit ovat kaksi muuta lähestymistapaa.
- Lämpöprosessit
- Elektrolyyttiset prosessit
- Aurinkovoimaiset prosessit
- Biologiset prosessit
1. Lämpöprosessit
Yleisin lämpömenetelmä vedyn tuottamiseksi on höyryreformointi, joka on korkean lämpötilan reaktio höyryn ja vetyä tuottavan hiilivetypolttoaineen välillä.
Vetyä voidaan tuottaa reformoimalla erilaisia hiilivetypolttoaineita, kuten dieseliä, maakaasua, kaasutettua hiiltä, kaasutettua biomassaa ja uusiutuvia nestemäisiä polttoaineita. Nykyään höyryreformoiva maakaasu tuottaa lähes 95 % vedystä.
2. Elektrolyyttiset prosessit
Vetyä ja happea voidaan uuttaa vedestä elektrolyysitekniikalla. Elektrolysaattori on laite, joka suorittaa elektrolyyttisiä prosesseja. Se on samanlainen kuin polttokenno, koska se tuottaa vetyä vesimolekyyleistä sen sijaan, että se hyödyntäisi vetymolekyylin energiaa.
3. Aurinkovoimaiset prosessit
Aurinkovoimalla toimivissa järjestelmissä valo toimii vetyä tuottavana aineena. Jotkut aurinkovoimaiset prosessit ovat termokemiallisia, valosähkökemiallisia ja fotobiologisia. Vetyä tuotetaan fotobiologisilla prosesseilla, jotka perustuvat bakteerien ja viherlevien luonnolliseen fotosynteettiseen toimintaan.
Valosähkökemialliset reaktiot jakavat veden vedyksi ja hapeksi käyttämällä erityisiä puolijohteita. Keskitettyä aurinkosähköä käytetään aurinkotermokemiallisessa vedysynteesissä vedenjakoreaktioiden ruokkimiseen, usein yhdessä muiden lajien, kuten metallioksidien, kanssa.
4. Biologiset prosessit
Mikro-organismeja, kuten bakteereita ja mikroleviä, käytetään biologisissa prosesseissa, ja nämä organismit voivat tuottaa vetyä biologisten reaktioiden kautta.
Hajottamalla orgaanisia materiaaleja, kuten biomassaa tai jätevettä, bakteerit voivat tuottaa vetyä prosessissa, joka tunnetaan nimellä mikrobibiomassan muuntaminen. Sitä vastoin fotobiologiset prosessit käyttävät auringonvaloa mikrobien energialähteenä.
Kuinka vetypolttoainetta valmistetaan – 8 tuotantovaihetta
Eri tuotantomenetelmien käsittelyn jälkeen tarkastellaan vetypolttokennon valmistukseen liittyviä erityismenetelmiä raaka-aineiden paikantamisesta puhtaan energialähteen tuotantoon. Tutkimme menettelyjä, jotka muodostavat elektrolyysiprosessin.
- Raaka-aineiden hankinta
- Katalyytin valmistus
- Membrane Electrode Assembly (MEA) -valmistus
- Bipolaaristen levyjen valmistus
- Polttokennopinon kokoonpano
- Kasvien komponenttien tasapaino
- Laadunvalvonta ja testaus
- Käyttöönotto ja integrointi
1. Raaka-aineiden hankinta
Vetypolttokennojen rakentamiseen tarvittavien raaka-aineiden hankinta on ensimmäinen vaihe tuotantoprosessissa. Olennaisia komponentteja ovat hiilipohjaiset materiaalit bipolaarisiin levyihin, polymeerit elektrolyyttikalvoon ja platina tai muut katalyytit elektrodireaktioihin.
Nämä materiaalit hankitaan yleensä monilta myyjiltä, ja ne käyvät läpi tiukat laadunvarmistusmenettelyt varmistaakseen niiden soveltuvuuden polttokennojen valmistukseen.
2. Katalyytin valmistus
Katalyytti, joka on usein valmistettu platinasta, on välttämätön polttokennon kyvylle suorittaa sähkökemiallisia reaktioita.
Erittäin aktiivisen ja stabiilin katalyyttikerroksen valmistamiseksi katalyyttimateriaalia käsitellään ja valmistetaan useilla eri menetelmillä, mukaan lukien kemiallinen pinnoitus ja fysikaalinen höyrypinnoitus.
Elektrodipinnat peitetään sitten tällä kerroksella käyttämällä tekniikoita, kuten ruiskupinnoitusta tai silkkipainatusta.
3. Membrane Electrode Assembly (MEA) -valmistus
Katalyyttipäällysteiset elektrodit ja polymeerielektrolyyttikalvo muodostavat kalvoelektrodikokoonpanon, joka on olennainen osa polttokennoa. Polymeerielektrolyyttikalvo on valmistettu huolellisesti ja muotoiltu vastaamaan polttokennojen pinoarkkitehtuuria.
Se koostuu tavallisesti perfluorisulfonihappopolymeeristä. MEA muodostetaan myöhemmin integroimalla katalyytillä päällystetyt elektrodit kalvon kummallekin puolelle.
4. Bipolaaristen levyjen valmistus
Polttokennojen pinossa kaksinapaiset levyt vastaavat reagoivien kaasujen hajottamisesta ja sähkön siirtämisestä polttokennojen välillä. Yleensä näiden levyjen valmistukseen käytetään hiilipohjaisia materiaaleja, jotka kestävät korroosiota ja ovat kevyitä.
Tarvittavan muodon ja rakenteen saavuttamiseksi tuotantoprosessissa käytetään muovaus-, koneistus- tai puristusprosesseja. Bipolaarisissa levyissä on myös kanavia ja virtauskenttiä, jotka helpottavat happi- ja vetykaasujen tehokasta kulkua.
5. Polttokennopinon kokoonpano
Vetypolttokennojärjestelmän olennainen osa on polttokennopino, joka koostuu useista rinnakkain ja sarjaan kytketyistä polttokennoista. Kokoonpano koostuu täydellisesti pinotuista bipolaarisista levyistä, kaasudiffuusiokerroksista ja MEA:ista.
Kaasuvuodot estetään ja hyvä tiiviys varmistetaan käyttämällä tiivistemateriaaleja, kuten liimoja ja tiivisteitä. Pinokokoonpano on tehty tuottamaan eniten tehoa säilyttäen samalla ihanteellisen jäähdytysnesteen ja kaasun virtauksen.
6. Kasvien komponenttien tasapaino
Täysi polttokennojärjestelmä tarvitsee polttokennopinon lisäksi useita tasapainotettuja laitoksen (BOP) komponentteja. Ne koostuvat kostuttimista, jäähdytysjärjestelmistä, vedyn ja hapen syöttöjärjestelmistä sekä tehoelektroniikasta sähkötehon hallintaan ja säätelyyn.
Oikean polttoaineen ja jäähdytysnesteen virtauksen, lämmönhallinnan ja sähköliitäntöjen varmistamiseksi BOP-komponentit on integroitu järjestelmän yleiseen suunnitteluun.
7. Laadunvalvonta ja testaus
Valmistusprosessissa käytetään tiukkoja laadunvalvontamenetelmiä jokaisen polttokennon luotettavuuden ja tehokkuuden takaamiseksi. Useissa vaiheissa suoritetaan laaduntarkastuksia, kuten silmämääräistä tarkastusta, sähkötestausta ja suorituskyvyn tarkastuksia.
Lopullisille polttokennokokoonpanoille tehdään täydellinen testaus niiden sähkötehon, kestävyyden, tehokkuuden ja turvallisuuden varmistamiseksi. Vaadittujen laatustandardien täyttämiseksi kaikki vialliset kennot tai komponentit löydetään ja vaihdetaan.
8. Käyttöönotto ja integrointi
Polttokennot valmistetaan käyttöönottoa ja integrointia varten useisiin sovelluksiin niiden onnistuneen tuotannon ja testauksen jälkeen. Kannettava elektroniikka, kiinteät sähköntuotantolaitteet ja autot voivat kaikki kuulua tähän luokkaan.
Hyödyllisen ja tehokkaan vetykäyttöisen laitteen rakentamiseksi integrointiprosessi edellyttää polttokennojärjestelmän liittämistä tarvittaviin apujärjestelmiin, kuten vetysäiliöihin, ilmanottojärjestelmiin ja tehonhallintayksiköihin.
Yhteenveto
Vetypolttokennojen valmistus on monivaiheinen prosessi, joka alkaa raaka-aineiden hankinnasta ja päättyy polttokennojärjestelmien integrointiin.
Tämä monimutkainen prosessi takaa puhtaiden, luotettavien ja tehokkaiden energialähteiden tuotannon, jotka voivat muuttaa täysin sähköntuotannon, kuljetuksen ja muut teollisuudenalat.
Vetypolttokennojen tuotantoprosessi kehittyy jatkuvasti jatkuvan tutkimuksen ja kehityksen myötä, mikä edistää kestävien energiaratkaisujen kehittämistä.
Suositukset
- 20 faktaa vesivoimasta, jota et koskaan tiennyt
. - Vetykäyttöiset ajoneuvot: Tunne edut ja haitat
. - Miten vesivoima toimii
. - Ympäristön hydrologinen kiertokulku
. - Miten metaani vaikuttaa ilmaston lämpenemiseen?
Pohjimmiltaan intohimoinen ympäristönsuojelija. Johtava sisällöntuottaja EnvironmentGossa.
Pyrin kouluttamaan yleisöä ympäristöstä ja sen ongelmista.
Kyse on aina ollut luonnosta, meidän tulee suojella, ei tuhota.