Konsènan idwojèn enèji pwochen jenerasyon an

Nou pral prezante "idwojèn", pwochen jenerasyon enèji ki se kabòn net. Idwojèn divize an twa kalite: "idwojèn vèt", "idwojèn ble" ak "idwojèn gri", chak nan yo ki gen yon metòd pwodiksyon diferan. N ap eksplike tou chak metòd fabrike, pwopriyete fizik kòm eleman, metòd depo/transpò, ak metòd itilizasyon. Apre sa, mwen pral prezante tou poukisa li se sous enèji dominan pwochen jenerasyon an.

Elektwoliz dlo pou pwodwi idwojèn vèt

Lè w ap itilize idwojèn, li enpòtan pou "pwodwi idwojèn" de tout fason. Fason ki pi fasil la se "elektwolize dlo". Petèt ou te fè nan syans lekòl klas. Ranpli gode a ak dlo ak elektwòd nan dlo. Lè yon batri konekte ak elektwòd yo ak kouran, reyaksyon sa yo rive nan dlo a ak nan chak elektwòd.
Nan katod la, H + ak elektwon konbine pou pwodui gaz idwojèn, pandan y ap anod la pwodui oksijèn. Toujou, apwòch sa a bon pou eksperyans syans lekòl yo, men yo pwodwi idwojèn endistriyèl, mekanis efikas apwopriye pou pwodiksyon gwo echèl yo dwe prepare. Sa se "polymer electrolyte membrane (PEM) electrolysis".
Nan metòd sa a, se yon manbràn semipermeable polymère ki pèmèt pasaj iyon idwojèn an sandwich ant yon anod ak yon katod. Lè yo vide dlo nan anod aparèy la, iyon idwojèn ki pwodui pa elektwoliz deplase atravè yon manbràn semipermeable nan katod la, kote yo vin idwojèn molekilè. Nan lòt men an, iyon oksijèn pa ka pase nan manbràn semipermeable a epi yo vin molekil oksijèn nan anod la.
Epitou nan elektwoliz dlo alkalin, ou kreye idwojèn ak oksijèn lè w separe anod ak katod nan yon separateur kote sèlman iyon idroksid ka pase. Anplis de sa, gen metòd endistriyèl tankou elektwoliz vapè wo-tanperati.
Lè yo fè pwosesis sa yo sou yon gwo echèl, yo ka jwenn gwo kantite idwojèn. Nan pwosesis la, yon kantite siyifikatif oksijèn pwodui tou (mwatye volim idwojèn pwodui), pou li pa ta gen okenn enpak negatif sou anviwònman an si lage nan atmosfè a. Sepandan, elektwoliz mande pou anpil elektrisite, kidonk idwojèn san kabòn ka pwodui si li pwodui ak elektrisite ki pa sèvi ak konbistib fosil, tankou turbin van ak panno solè.
Ou ka jwenn "idwojèn vèt" lè w elektwolize dlo ak enèji pwòp.

Genyen tou yon dèlko idwojèn pou pwodiksyon gwo-echèl idwojèn vèt sa a. Lè w itilize PEM nan seksyon elektwolizè a, idwojèn ka pwodwi kontinyèlman.

Blue Idwojèn te fè soti nan gaz fosil

Se konsa, ki lòt fason yo fè idwojèn? Idwojèn egziste nan konbistib fosil tankou gaz natirèl ak chabon kòm sibstans ki pa dlo. Pou egzanp, konsidere metàn (CH4), eleman prensipal la nan gaz natirèl. Genyen kat atòm idwojèn isit la. Ou ka jwenn idwojèn lè w retire idwojèn sa a.
Youn nan sa yo se yon pwosesis ki rele "refòm metàn vapè" ki sèvi ak vapè. Fòmil chimik metòd sa a se jan sa a.
Kòm ou ka wè, monoksid kabòn ak idwojèn ka ekstrè nan yon sèl molekil metàn.
Nan fason sa a, idwojèn ka pwodui atravè pwosesis tankou "refòme vapè" ak "piroliz" nan gaz natirèl ak chabon. "Blue idwojèn" refere a idwojèn ki pwodui nan fason sa a.
Nan ka sa a, sepandan, monoksid kabòn ak gaz kabonik yo pwodui kòm sous-pwodwi. Se konsa, ou gen resikle yo anvan yo lage nan atmosfè a. By-pwodwi gaz kabonik la, si li pa refè, vin gaz idwojèn, ke yo rekonèt kòm "idwojèn gri".

Ki kalite eleman idwojèn?

Idwojèn gen yon nimewo atomik 1 epi li se premye eleman nan tablo peryodik la.
Nimewo a nan atòm se pi gwo nan linivè a, kontablite pou apeprè 90% nan tout eleman nan linivè a. Atòm ki pi piti a ki gen yon pwoton ak yon elèktron se atòm idwojèn.
Idwojèn gen de izotòp ak netwon ki tache ak nwayo a. Youn "deteryòm" ak netwon ak de "tritium". Sa yo se tou materyèl pou jenerasyon pouvwa fizyon.
Anndan yon etwal tankou solèy la, fizyon nikleyè soti nan idwojèn ak elyòm ap fèt, ki se sous enèji pou zetwal la klere.
Sepandan, idwojèn raman egziste kòm yon gaz sou Latè. Idwojèn fòme konpoze ak lòt eleman tankou dlo, metàn, amonyak ak etanòl. Piske idwojèn se yon eleman limyè, kòm tanperati a monte, vitès mouvman molekil idwojèn yo ogmante, epi li chape soti nan gravite tè a nan espas eksteryè.

Ki jan yo sèvi ak idwojèn? Itilize pa konbisyon

Lè sa a, ki jan "idwojèn", ki te atire atansyon atravè lemond kòm yon sous enèji pwochen jenerasyon, itilize? Yo itilize li nan de fason prensipal: "konbisyon" ak "selil gaz". Ann kòmanse ak itilizasyon "boule".
Gen de kalite prensipal konbisyon yo itilize.
Premye a se kòm gaz fize. Fize H-IIA Japon an sèvi ak gaz idwojèn "idwojèn likid" ak "oksijèn likid" ki se tou nan yon eta kriyojenik kòm gaz. De sa yo konbine, ak enèji chalè ki te pwodwi nan tan sa a akselere piki a nan molekil dlo yo pwodwi, vole nan espas. Sepandan, paske li se yon motè teknikman difisil, eksepte pou Japon, sèlman Etazini, Ewòp, Larisi, Lachin ak peyi Zend te konbine avèk siksè gaz sa a.
Dezyèm lan se jenerasyon pouvwa. Gaz turbine pouvwa jenerasyon tou itilize metòd pou konbine idwojèn ak oksijèn pou jenere enèji. Nan lòt mo, li se yon metòd ki gade enèji tèmik ki pwodui pa idwojèn. Nan izin tèmik, chalè ki soti nan chabon, lwil oliv ak gaz natirèl limen pwodui vapè ki kondwi turbin. Si yo itilize idwojèn kòm yon sous chalè, plant elektrik la pral kabòn net.

Ki jan yo sèvi ak idwojèn? Itilize kòm yon selil gaz

Yon lòt fason pou itilize idwojèn se kòm yon selil gaz, ki konvèti idwojèn dirèkteman nan elektrisite. An patikilye, Toyota te atire atansyon nan Japon lè li te pwononse machin idwojèn olye de machin elektrik (EVs) kòm yon altènativ a machin gazolin kòm yon pati nan kontremedi rechofman planèt la.
Espesyalman, nou ap fè pwosedi ranvèse lè nou prezante metòd fabrikasyon "idwojèn vèt". Fòmil chimik la se jan sa a.
Idwojèn ka jenere dlo (dlo cho oswa vapè) pandan y ap jenere elektrisite, epi li ka evalye paske li pa enpoze yon chay sou anviwònman an. Nan lòt men an, metòd sa a gen yon efikasite relativman ba pouvwa jenerasyon nan 30-40%, epi li mande platinum kòm yon katalis, kidonk mande pou ogmante pri.
Kounye a, nou ap itilize selil gaz polymère elektwolit (PEFC) ak selil gaz asid fosfò (PAFC). An patikilye, machin selil gaz itilize PEFC, kidonk li ka espere gaye nan lavni.

Èske depo ak transpò idwojèn an sekirite?

Depi kounye a, nou panse ke ou konprann ki jan gaz idwojèn yo fèt ak itilize. Se konsa, ki jan ou estoke idwojèn sa a? Ki jan ou fè jwenn li kote ou bezwen li? Ki sa ki sou sekirite nan moman sa a? Nou pral eksplike.
An reyalite, idwojèn se tou yon eleman trè danjere. Nan kòmansman 20yèm syèk la, nou te itilize idwojèn kòm yon gaz pou flote balon, balon, ak dirijabl nan syèl la paske li te trè lejè. Sepandan, nan dat 6 me 1937, nan New Jersey, Ozetazini, te gen “eksplozyon dirijabl Hindenburg”.
Depi aksidan an, li te lajman rekonèt ke gaz idwojèn se danjere. Espesyalman lè li pran dife, li pral eksploze vyolans ak oksijèn. Se poutèt sa, "kenbe lwen oksijèn" oswa "kenbe lwen chalè" esansyèl.
Apre w fin pran mezi sa yo, nou te vini ak yon metòd anbake.
Idwojèn se yon gaz nan tanperati chanm, kidonk menm si li toujou yon gaz, li trè ankonbran. Premye metòd la se aplike presyon ki wo ak konpresyon tankou yon silenn lè w ap fè bwason gazeuz. Prepare yon tank espesyal wo-presyon epi estoke li nan kondisyon presyon ki wo tankou 45Mpa.
Toyota, ki devlope machin selil gaz (FCV), ap devlope yon tank idwojèn wo-presyon résine ki ka kenbe tèt ak presyon 70 MPa.
Yon lòt metòd se refwadi jiska -253 ° C pou fè idwojèn likid, epi estoke ak transpòte li nan tank espesyal ki izole chalè. Menm jan ak LNG (gaz natirèl likid) lè yo enpòte gaz natirèl soti aletranje, idwojèn likid pandan transpò, diminye volim li a 1/800 nan eta gaz li yo. An 2020, nou te konplete premye konpayi asirans idwojèn likid nan mond lan. Sepandan, apwòch sa a pa apwopriye pou machin selil gaz paske li mande anpil enèji pou refwadi.
Gen yon metòd pou estoke ak anbake nan tank tankou sa a, men nou ap devlope tou lòt metòd depo idwojèn.
Metòd depo a se sèvi ak alyaj depo idwojèn. Idwojèn gen pwopriyete a nan penetrasyon metal ak deteryore yo. Sa a se yon konsèy devlopman ki te devlope nan peyi Etazini nan ane 1960 yo. JJ Reilly et al. Eksperyans yo te montre ke idwojèn ka estoke ak lage lè l sèvi avèk yon alyaj nan mayezyòm ak vanadyòm.
Apre sa, li avèk siksè devlope yon sibstans, tankou Paladyòm, ki ka absòbe idwojèn 935 fwa pwòp volim li yo.
Avantaj nan sèvi ak alyaj sa a se ke li ka anpeche aksidan flit idwojèn (sitou aksidan eksplozyon). Se poutèt sa, li ka san danje ki estoke ak transpòte. Sepandan, si ou pa fè atansyon epi kite li nan move anviwònman an, alyaj idwojèn depo ka lage gaz idwojèn sou tan. Oke, menm yon ti etensèl ka lakòz yon aksidan eksplozyon, kidonk fè atansyon.
Li gen tou dezavantaj ki repete absòpsyon idwojèn ak desorption mennen nan embrittlement ak diminye pousantaj absòpsyon idwojèn.
Lòt la se sèvi ak tiyo. Gen yon kondisyon ke li dwe ki pa konprese ak presyon ki ba yo anpeche embrittlement nan tiyo yo, men avantaj la se ke tiyo gaz ki deja egziste yo ka itilize. Tokyo Gas te fè travay konstriksyon sou Harumi FLAG, lè l sèvi avèk tiyo gaz vil la pou bay idwojèn nan selil gaz.

Sosyete avni ki te kreye pa enèji idwojèn

Finalman, ann konsidere wòl idwojèn ka jwe nan sosyete a.
Sa ki pi enpòtan nou vle ankouraje yon sosyete san kabòn, nou itilize idwojèn pou jenere elektrisite olye pou yo kòm enèji chalè.
Olye de gwo izin tèmik, kèk kay te entwodwi sistèm tankou ENE-FARM, ki itilize idwojèn ki te jwenn nan refòm gaz natirèl pou jenere elektrisite ki nesesè yo. Sepandan, kesyon an sou sa yo dwe fè ak by-pwodwi yo nan pwosesis la refòm rete.

Nan lavni an, si sikilasyon idwojèn tèt li ogmante, tankou ogmante kantite estasyon ravitaye idwojèn, li pral posib pou itilize elektrisite san yo pa emèt gaz kabonik. Elektrisite pwodui idwojèn vèt, nan kou, kidonk li itilize elektrisite ki pwodui nan limyè solèy la oswa van. Pouvwa a itilize pou elektwoliz ta dwe pouvwa a siprime kantite jenerasyon pouvwa oswa chaje batri a rechargeable lè gen sipli pouvwa soti nan enèji natirèl. Nan lòt mo, idwojèn nan se nan menm pozisyon ak batri a rechargeable. Si sa rive, li pral evantyèlman posib diminye jenerasyon enèji tèmik. Jou a lè motè a ki degaje konbisyon entèn disparèt nan machin yo ap apwoche rapid.

Idwojèn ka jwenn tou atravè yon lòt wout. An reyalite, idwojèn se toujou yon pa pwodwi nan pwodiksyon an nan soda mordan. Pami lòt bagay, li se yon by-pwodwi nan pwodiksyon coke nan fè fè. Si ou mete idwojèn sa a nan distribisyon an, ou pral kapab jwenn plizyè sous. Gaz idwojèn ki pwodui nan fason sa a se tou apwovizyone pa estasyon idwojèn.

Ann gade pi lwen nan tan kap vini an. Kantite enèji ki pèdi tou se yon pwoblèm ak metòd transmisyon ki sèvi ak fil pou bay pouvwa. Se poutèt sa, nan tan kap vini an, nou pral sèvi ak idwojèn ki delivre nan tiyo, menm jan ak tank asid kabonik yo itilize nan fè bwason gazeuz, epi achte yon tank idwojèn nan kay la jenere elektrisite pou chak kay. Aparèy mobil ki kouri sou pil idwojèn yo ap vin komen. Li pral enteresan yo wè yon avni konsa.