Как производится водородное топливо – 8 этапов производства

Если мы задумаемся о том, как производится водородное топливо, мы зададимся вопросом, почему водород используется в качестве топлива. Что ж, когда водород используется в качестве топлива в топливном элементе, это чистое топливо, которое производит исключительно воду.

Многочисленные ресурсы, в том числе природный газ, атомная энергия, биомассаи возобновляемые источники энергии такое как солнечный и ветер, могут быть использованы для производства водорода.

Его преимущества делают его желательным выбором топлива для применений, связанных с производством энергии и транспортом. Он имеет множество применений, в том числе портативное питание, дома, автомобили и многое другое.

Использование водородных топливных элементов в качестве чистой и эффективной замены обычные двигатели внутреннего сгорания значительно вырос. Единственным результатом химического взаимодействия водорода и кислорода в этих топливных элементах, который производит электричество, является вода.

Для полного использования потенциала водородных топливных элементов необходима сложная производственная процедура.

Как производится водородное топливо – 4 основных метода производства

Есть различные способы производства водородного топлива. В настоящее время электролиз и риформинг природного газа (термический процесс) являются наиболее часто используемыми методами. Еще два подхода — биологические процессы и процессы, основанные на солнечной энергии.

• Тепловые процессы
• Электролитические процессы
• Солнечные процессы
• Биологические процессы

1. Термические процессы

Наиболее распространенным термическим методом получения водорода является паровой риформинг, который представляет собой высокотемпературную реакцию между паром и углеводородным топливом, в результате которой образуется водород.

Водород можно производить путем риформинга различных углеводородных топлив, таких как дизельное топливо, природный газ, газифицированный уголь, газифицированная биомасса и возобновляемые жидкие виды топлива. В настоящее время природный газ парового риформинга производит почти 95% всего водорода.

2. Электролитические процессы.

Водород и кислород можно извлечь из воды методом электролиза. Электролизер – это устройство, осуществляющее электролитические процессы. Он похож на топливный элемент тем, что производит водород из молекул воды, а не использует энергию молекулы водорода.

3. Солнечные процессы

В системах, работающих на солнечной энергии, свет действует как агент для производства водорода. Некоторые процессы, вызванные солнечной энергией, являются термохимическими, фотоэлектрохимическими и фотобиологическими. Водород производится фотобиологическими процессами, основанными на естественной фотосинтетической активности бактерий и зеленых водорослей.

Используя специальные полупроводники, фотоэлектрохимические реакции делят воду на водород и кислород. Концентрированная солнечная энергия используется в солнечном термохимическом синтезе водорода для подпитки реакций расщепления воды, часто в сочетании с дополнительными веществами, такими как оксиды металлов.

4. Биологические процессы

Микроорганизмы, такие как бактерии и микроводоросли, используются в биологических процессах и могут производить водород посредством биологических реакций.

Разлагая органические материалы, такие как биомасса или сточные воды, бактерии могут производить водород в процессе, известном как преобразование микробной биомассы. Напротив, фотобиологические процессы используют солнечный свет в качестве источника энергии для микробов.

Как производится водородное топливо – 8 этапов производства

После обсуждения различных методов производства давайте рассмотрим конкретные процедуры производства водородных топливных элементов: от поиска сырья до производства экологически чистого источника энергии. Мы будем изучать процедуры, составляющие электролитический процесс.

• Поиск сырья
• Подготовка катализатора
• Изготовление мембранно-электродной сборки (МЭА)
• Производство биполярных пластин
• Сборка топливных элементов
• Баланс растительных компонентов
• Контроль качества и тестирование
• Развертывание и интеграция

1. Поиск сырья

Закупка сырья, необходимого для строительства водородных топливных элементов, является первым шагом в производственном процессе. Важнейшие компоненты включают материалы на основе углерода для биполярных пластин, полимеры для электролитной мембраны, а также платину или другие катализаторы для электродных реакций.

Эти материалы, которые обычно приобретаются у многих поставщиков, проходят строгие процедуры проверки качества, гарантирующие их пригодность для производства топливных элементов.

2. Подготовка катализатора

Катализатор, который часто изготавливается из платины, необходим для способности топливного элемента проводить электрохимические реакции.

Для получения высокоактивного и стабильного слоя катализатора материал катализатора обрабатывают и производят с использованием различных методов, включая химическое осаждение и физическое осаждение из паровой фазы.

Затем поверхности электродов покрывают этим слоем с использованием таких методов, как напыление или трафаретная печать.

3. Изготовление мембранно-электродной сборки (МЭА)

Электроды, покрытые катализатором, и мембрана из полимерного электролита составляют мембранный электродный узел, который является важной частью топливного элемента. Мембрана из полимерного электролита тщательно изготовлена ​​и спроектирована так, чтобы соответствовать архитектуре батареи топливных элементов.

Обычно он состоит из полимера перфторсульфоновой кислоты. МЭА впоследствии формируется путем интеграции электродов, покрытых катализатором, в каждую сторону мембраны.

4. Производство биполярных пластин

В блоке топливных элементов биполярные пластины отвечают за рассеивание газов-реагентов и передачу электричества между топливными элементами. Обычно для изготовления этих пластин используют углеродные материалы, устойчивые к коррозии и легкие.

Для достижения необходимой формы и структуры в процессе производства используются процессы формования, механической обработки или прессования. В биполярные пластины также включены каналы и поля потока для облегчения эффективного прохождения газов кислорода и водорода.

5. Сборка топливных элементов

Важным компонентом системы водородных топливных элементов является блок топливных элементов, который состоит из нескольких топливных элементов, соединенных параллельно и последовательно. Сборка состоит из идеально сложенных друг на друга биполярных пластин, газодиффузионных слоев и МЭБ.

Утечки газа предотвращаются, а хорошая герметизация обеспечивается за счет использования герметизирующих материалов, таких как клеи и прокладки. Блок батареи предназначен для выработки максимальной мощности при сохранении идеального потока охлаждающей жидкости и газа.

6. Баланс растительных компонентов

Полная система топливных элементов требует нескольких компонентов балансовой установки (BOP) в дополнение к батарее топливных элементов. К ним относятся увлажнители, системы охлаждения, системы подачи водорода и кислорода, а также силовая электроника для управления и регулирования электрической мощности.

Чтобы обеспечить соответствующий поток топлива и охлаждающей жидкости, управление температурным режимом и электрическое соединение, компоненты противовыбросового превентора интегрированы в общую конструкцию системы.

7. Контроль качества и тестирование

В процессе производства используются строгие процедуры контроля качества, чтобы гарантировать надежность и эффективность каждого топливного элемента. На нескольких этапах проводятся проверки качества, такие как визуальный осмотр, электрические испытания и проверка производительности.

Окончательные сборки топливных элементов проводятся для подтверждения их электрической мощности, долговечности, эффективности и безопасности. Чтобы соответствовать требуемым стандартам качества, любые неисправные элементы или компоненты обнаруживаются и заменяются.

8. Развертывание и интеграция

Топливные элементы подготовлены к развертыванию и интеграции в ряд приложений после их успешного производства и испытаний. Портативная электроника, стационарное энергетическое оборудование и автомобили могут подпадать под эту категорию.

Чтобы создать полезное и эффективное устройство, работающее на водороде, процедура интеграции предполагает подключение системы топливных элементов к необходимым вспомогательным системам, таким как резервуары для хранения водорода, системы воздухозабора и блоки управления питанием.

Заключение

Производство водородных топливных элементов — это многоэтапный процесс, который начинается с закупки сырья и заканчивается интеграцией систем топливных элементов.

Этот сложный процесс гарантирует производство чистых, надежных и эффективных источников энергии, которые могут полностью преобразовать производство электроэнергии, транспорт и другие отрасли.

Процесс производства водородных топливных элементов постоянно развивается благодаря постоянным исследованиям и разработкам, которые способствуют разработке решений в области устойчивой энергетики.

Рекомендации

• 20 фактов о гидроэнергетике, которых вы не знали
  .
• Транспортные средства с водородным двигателем: знайте плюсы и минусы
  .
• Как работает гидроэнергетика
  .
• Гидрологический цикл окружающей среды
  .
• Как метан влияет на глобальное потепление?