Konsènan idwojèn enèji pwochen jenerasyon an

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

Elektwoliz Dlo pou Pwodui Idwojèn Vèt

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

Genyen tou yon dèlko idwojèn pou pwodiksyon idwojèn vèt sa a sou gwo echèl. Lè yo itilize PEM nan seksyon elektwolizè a, yo ka pwodui idwojèn kontinyèlman.

Idwojèn ble ki fèt ak konbistib fosil

Alò, ki lòt fason ki genyen pou fè idwojèn? Idwojèn egziste nan konbistib fosil tankou gaz natirèl ak chabon kòm sibstans apa dlo. Pa egzanp, ann konsidere metàn (CH4), prensipal konpozan gaz natirèl la. Gen kat atòm idwojèn la. Ou ka jwenn idwojèn lè w retire idwojèn sa a.
Youn nan pwosesis sa yo se yon pwosesis yo rele "refòm metàn vapè" ki itilize vapè. Fòmil chimik metòd sa a se jan sa a.
Jan ou ka wè, yo ka ekstrè monoksid kabòn ak idwojèn nan yon sèl molekil metàn.
Nan fason sa a, yo ka pwodui idwojèn atravè pwosesis tankou "refòm vapè" ak "piroliz" gaz natirèl ak chabon. "Idrojèn ble" refere a idwojèn ki pwodui nan fason sa a.
Nan ka sa a, sepandan, monoksid kabòn ak diyoksid kabòn pwodui kòm sou-pwodwi. Kidonk, ou dwe resikle yo anvan yo lage yo nan atmosfè a. Si yo pa rekipere diyoksid kabòn nan, li vin tounen gaz idwojèn, ke yo rele "idwojèn gri".

Ki kalite eleman ki idwojèn?

Idwojèn gen yon nimewo atomik 1 epi li se premye eleman sou tablo peryodik la.
Kantite atòm yo pi gwo nan linivè a, li reprezante anviwon 90% nan tout eleman ki nan linivè a. Pi piti atòm ki gen yon pwoton ak yon elektwon se atòm idwojèn nan.
Idwojèn gen de izotòp ki gen netwon tache ak nwayo a. Youn "deteryòm" ki lye ak netwon ak de "trityòm" ki lye ak netwon. Sa yo se materyèl tou pou jenerasyon enèji fizyon.
Anndan yon etwal tankou solèy la, fizyon nikleyè ap fèt soti nan idwojèn pou rive nan elyòm, ki se sous enèji pou etwal 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 lejè, lè tanperati a monte, vitès mouvman molekil idwojèn yo ogmante, epi li chape anba gravite Latè a pou l ale nan lespas.

Kijan Pou Itilize Idwojèn? Itilize pa Konbisyon

Apre sa, kijan yo itilize "idwojèn", ki te atire atansyon atravè lemond kòm yon sous enèji pwochen jenerasyon? Li itilize nan de fason prensipal: "konbisyon" ak "pil konbistib". Ann kòmanse ak itilizasyon "boule".
Gen de prensipal kalite konbisyon yo itilize.
Premye a se kòm gaz pou fize. Fize H-IIA Japon an itilize gaz idwojèn "idwojèn likid" ak "oksijèn likid" ki tou nan yon eta kriyojenik kòm gaz. De sa yo konbine, epi enèji chalè ki pwodui nan moman sa a akselere enjeksyon molekil dlo ki pwodui yo, pou vole nan lespas. Sepandan, paske se yon motè teknikman difisil, eksepte Japon, se sèlman Etazini, Ewòp, Larisi, Lachin ak Lend ki reyisi konbine gaz sa a.
Dezyèm lan se jenerasyon elektrisite. Pwodiksyon elektrisite ak turbin gaz itilize tou metòd pou konbine idwojèn ak oksijèn pou jenere enèji. Nan lòt mo, se yon metòd ki egzamine enèji tèmik ki pwodui pa idwojèn. Nan santral tèmik yo, chalè ki soti nan boule chabon, lwil oliv ak gaz natirèl pwodui vapè ki fè turbin yo mache. Si yo itilize idwojèn kòm yon sous chalè, santral la ap net an kabòn.

Kijan Pou Itilize Idwojèn? Itilize kòm yon Pil Konbistib

Yon lòt fason pou itilize idwojèn se kòm yon pil konbistib, ki konvèti idwojèn dirèkteman an elektrisite. An patikilye, Toyota te atire atansyon nan Japon lè li te prezante machin ki mache ak idwojèn olye machin elektrik (EV) kòm yon altènativ a machin gazolin kòm yon pati nan mezi kont rechofman planèt la.
Espesyalman, n ap fè pwosedi envès la lè n ap entwodui metòd fabrikasyon "idwojèn vèt" la. Fòmil chimik la se jan sa a.
Idwojèn ka pwodui dlo (dlo cho oswa vapè) pandan l ap pwodui elektrisite, epi yo ka evalye li paske li pa mete yon chay sou anviwònman an. Yon lòt bò, metòd sa a gen yon efikasite jenerasyon enèji relativman ba, 30-40%, epi li mande platin kòm katalis, kidonk li mande plis depans.
Kounye a, n ap itilize pil konbistib elektwolit polimè (PEFC) ak pil konbistib asid fosfòrik (PAFC). An patikilye, machin ki fonksyone ak pil konbistib yo itilize PEFC, kidonk nou ka prevwa li pral gaye nan lavni.

Èske depo ak transpò idwojèn an sekirite?

Kounye a, nou panse ou konprann kijan yo fè epi itilize gaz idwojèn. Alò, kijan ou estoke idwojèn sa a? Kijan ou fè jwenn li kote ou bezwen li? E sekirite nan moman sa a? N ap eksplike.
Anfèt, idwojèn se yon eleman ki trè danjere tou. Nan kòmansman 20yèm syèk la, nou te itilize idwojèn kòm gaz pou fè balon, balon ak veso ayeryen flote nan syèl la paske li te trè lejè. Sepandan, nan dat 6 me 1937, nan New Jersey, Etazini, "eksplozyon veso ayeryen Hindenburg" la te fèt.
Depi aksidan an, tout moun rekonèt ke gaz idwojèn nan danjere. Sitou lè li pran dife, li pral eksploze vyolanman ak oksijèn. Se poutèt sa, "rete lwen oksijèn" oswa "rete lwen chalè" esansyèl.
Apre nou fin pran mezi sa yo, nou te vini ak yon metòd livrezon.
Idwojèn se yon gaz nan tanperati chanm, kidonk menm si li toujou yon gaz, li trè ankonbran. Premye metòd la se aplike yon presyon ki wo epi konprese tankou yon silenn lè w ap fè bwason gazez. Prepare yon tank presyon ki wo espesyal epi estoke li anba kondisyon presyon ki wo tankou 45Mpa.
Toyota, ki devlope machin ki fonksyone ak pil konbistib (FCV), ap devlope yon tank idwojèn an rezin ki gen gwo presyon ki ka reziste yon presyon 70 MPa.
Yon lòt metòd se refwadi li a -253°C pou fè idwojèn likid, epi estoke li epi transpòte li nan tank espesyal ki izole ak chalè. Menm jan ak LNG (gaz natirèl likid) lè yo enpòte gaz natirèl soti aletranje, idwojèn nan likid pandan transpò a, sa ki diminye volim li a 1/800 nan eta gazez li. An 2020, nou te fini premye transpòtè idwojèn likid nan mond lan. Sepandan, apwòch sa a pa apwopriye pou machin ki fonksyone ak pil konbistib paske li mande anpil enèji pou refwadi.
Gen yon metòd pou estoke ak transpòte nan tank tankou sa a, men n ap devlope tou lòt metòd pou estoke idwojèn.
Metòd depo a se sèvi ak alyaj depo idwojèn. Idwojèn gen pwopriyete pou penetre metal epi deteryore yo. Sa a se yon konsèy devlopman ki te devlope Ozetazini nan ane 1960 yo. JJ Reilly et al. Eksperyans yo te montre ke idwojèn ka estoke epi libere lè l sèvi avèk yon alyaj mayezyòm ak vanadyòm.
Apre sa, li te reyisi devlope yon sibstans, tankou paladyòm, ki ka absòbe idwojèn 935 fwa volim pa li.
Avantaj pou itilize alyaj sa a se ke li ka anpeche aksidan flit idwojèn (sitou aksidan eksplozyon). Kidonk, li ka estoke ak transpòte san danje. Sepandan, si ou pa fè atansyon epi ou kite li nan move anviwònman, alyaj depo idwojèn yo ka lage gaz idwojèn sou tan. Oke, menm yon ti etensèl ka lakòz yon aksidan eksplozyon, kidonk fè atansyon.
Li gen dezavantaj tou ke absòpsyon ak desòpsyon idwojèn repete mennen nan frajilizasyon epi diminye to absòpsyon idwojèn lan.
Lòt la se sèvi ak tiyo. Gen yon kondisyon ke li pa dwe konprese epi li dwe anba yon presyon ki ba pou anpeche tiyo yo vin frajil, men avantaj la se ke yo ka itilize tiyo gaz ki deja egziste yo. Tokyo Gas te fè travay konstriksyon sou Harumi FLAG la, lè l sèvi avèk tiyo gaz vil yo pou founi idwojèn nan pil konbistib yo.

Sosyete nan lavni kreye pa enèji idwojèn

Finalman, ann konsidere wòl idwojèn ka jwe nan sosyete a.
Pi enpòtan toujou, nou vle ankouraje yon sosyete san kabòn, nou itilize idwojèn pou jenere elektrisite olye de kòm enèji chalè.
Olye de gwo santral tèmik, gen kèk kay ki entwodui sistèm tankou ENE-FARM, ki itilize idwojèn yo jwenn nan refòm gaz natirèl pou jenere elektrisite ki nesesè a. Sepandan, kesyon an rete sou sa pou fè ak pwodui segondè pwosesis refòm lan.

Nan lavni, si sikilasyon idwojèn nan li menm ogmante, tankou ogmante kantite estasyon ravitayman idwojèn, li pral posib pou itilize elektrisite san yo pa emèt diyoksid kabòn. Elektrisite pwodui idwojèn vèt, nan kou, kidonk li itilize elektrisite ki soti nan limyè solèy la oswa van. Enèji ki itilize pou elektwoliz la ta dwe enèji pou siprime kantite jenerasyon enèji oswa pou chaje batri rechargeable la lè gen yon sipli enèji ki soti nan enèji natirèl. Nan lòt mo, idwojèn nan nan menm pozisyon ak batri rechargeable la. Si sa rive, li pral evantyèlman posib pou diminye jenerasyon enèji tèmik. Jou a lè motè combustion entèn lan disparèt nan machin yo ap apwoche rapidman.

Ou kapab jwenn idwojèn tou nan yon lòt fason. Anfèt, idwojèn se toujou yon pwodui segondè nan pwodiksyon soda kostik. Pami lòt bagay, li se yon pwodui segondè nan pwodiksyon kok nan fabrikasyon fè. Si ou mete idwojèn sa a nan distribisyon an, ou pral kapab jwenn plizyè sous. Gaz idwojèn ki pwodui nan fason sa a tou founi pa estasyon idwojèn yo.

Ann gade pi lwen nan lavni. Kantite enèji ki pèdi a se yon pwoblèm tou ak metòd transmisyon ki itilize fil pou founi elektrisite. Se poutèt sa, nan lavni, nou pral itilize idwojèn ki delivre nan tiyo yo, menm jan ak tank asid kabonik yo itilize nan fè bwason gazez, epi achte yon tank idwojèn lakay nou pou jenere elektrisite pou chak kay. Aparèy mobil ki fonksyone ak pil idwojèn yo ap vin komen. Li pral enteresan pou wè yon avni konsa.