Electrolyzer Uisce Do Hidrigin

Is rogha iontach é leictrealú do tháirgeadh hidrigine saor ó charbón ó acmhainní in-athnuaite agus núicléacha. Is éard is leictrealú ann ná an próiseas ina n-úsáidtear leictreachas chun uisce a roinnt ina hidrigin agus ina ocsaigin. Tarlaíonn an t-imoibriú seo in aonad ar a dtugtar leictrilíseoir. Is féidir raon méide a bheith ag leictrilíseoirí ó threalamh beag fearais atá feiliúnach do tháirgeadh hidrigine dáilte ar scála beag go saoráidí táirgthe lárnacha ar scála mór a d’fhéadfadh a bheith ceangailte go díreach le foirmeacha in-athnuaite nó foirmeacha neamh-astaíochtaí gás ceaptha teasa. táirgeadh leictreachais.

Conas a Oibríonn sé
Cosúil le cealla breosla, is éard atá i leictrilítitheoirí anóid agus catóid atá scartha leictrilít. Feidhmíonn electrolyzers éagsúla ar bhealaí éagsúla, go príomha mar gheall ar an gcineál éagsúla ábhar leictrilít atá i gceist agus na speicis ianach a sheolann sé.

Leictrilítitheoirí leictrilít membrane polaiméire
I electrolyzer membrane electrolyte polaiméire (PEM), is ábhar plaisteach soladach speisialtachta é an electrolyte.

Imoibríonn uisce ag an anóid chun ocsaigin a fhoirmiú agus iain hidrigine (prótóin) atá luchtaithe go deimhneach.
Sreabhann na leictreoin trí chiorcad seachtrach agus bogann na hiain hidrigine go roghnach trasna an PEM chuig an gcatóid.
Ag an gcatóid, comhcheanglaíonn iain hidrigine le leictreoin ón gciorcad seachtrach chun gás hidrigine a fhoirmiú. Imoibriú Anóid: 2H2O → O2 + 4H+ + 4r-imoibriú catóide: 4H+ + 4e- → 2H2

Electrolyzers alcaileach
Feidhmíonn leictrilítitheoirí alcaileacha trí hiain hiodrocsaíde (OH-) a iompar tríd an leictrilít ón gcatóid go dtí an anóid agus gintear hidrigin ar thaobh na catóide. Tá leictrilítitheoirí a úsáideann tuaslagán alcaileach leachtach de sóidiam nó hiodrocsaíd photaisiam mar an leictrilít ar fáil go tráchtála le blianta fada anuas. Tá cur chuige níos nuaí ag baint úsáide as seicní malartaithe soladacha alcaileach (AEM) mar an leictrilít ag taispeáint gealltanas ar scála na saotharlainne.

Electrolyzers Ocsaíd Soladach
Leictrilítitheoirí ocsaíd soladacha, a úsáideann ábhar soladach ceirmeach mar an leictrilít a sheolann iain ocsaigine atá luchtaithe go diúltach (O2-) go roghnach ag teochtaí ardaithe, gineann siad hidrigin ar bhealach beagán difriúil.
Nascann gaile ag an gcatóid le leictreoin ón gciorcad seachtrach chun gás hidrigine agus iain ocsaigine a luchtaítear go diúltach a fhoirmiú.
Téann na hiain ocsaigine tríd an scannán soladach ceirmeach agus imoibríonn siad ag an anóid chun gás ocsaigine a fhoirmiú agus gineann siad leictreoin don chiorcad seachtrach.
Ní mór do leictrealaitheoirí ocsaíd soladach oibriú ag teocht ard go leor chun go bhfeidhmeoidh na seicní soladacha ocsaíde i gceart (thart ar 700 céim -800 céim, i gcomparáid le leictreailíseoirí PEM, a fheidhmíonn ag 70 céim -90 céim, agus leictrealaíoch alcaileach tráchtála, a oibríonn de ghnáth ag níos lú ná). 100 céim). Tá ard-leictrealaitheoirí ocsaíd soladacha ar scála saotharlainne bunaithe ar leictrilítí ceirmeacha seolta prótóin ag gealladh go laghdófar an teocht oibriúcháin go 500 céim -600 céim . Is féidir leis na leictrilíseoirí ocsaíd soladach an teas atá ar fáil ag na teochtaí ardaithe seo a úsáid go héifeachtach (ó fhoinsí éagsúla, lena n-áirítear fuinneamh núicléach) chun an méid fuinnimh leictreach a theastaíonn chun hidrigin a tháirgeadh ó uisce a laghdú.

Cén Fáth a Bhfuil Breathnú ar an gCosán Seo
Is príomhbhealach táirgthe hidrigine é leictrealú chun sprioc Earthshot Fuinneamh Hidrigine a bhaint amach chun costas na hidrigineachta glan a laghdú 80% go $1 in aghaidh 1 cileagram i gceann deich mbliana ("1 1 1"). Is féidir le hidrigin a tháirgtear trí leictrealú náid astuithe gáis cheaptha teasa a bheith ann, ag brath ar fhoinse an leictreachais a úsáidtear. Ní mór foinse an leictreachais a theastaíonn – lena n‑áirítear a chostas agus a éifeachtúlacht, chomh maith leis na hastaíochtaí a eascraíonn as giniúint leictreachais – a chur san áireamh agus tairbhí agus inmharthanacht eacnamaíoch an táirgthe hidrigine trí leictrealú á meas. I go leor réigiún den tír, níl greille cumhachta an lae inniu oiriúnach chun an leictreachas a theastaíonn le haghaidh leictrealú a sholáthar mar gheall ar na gáis cheaptha teasa a scaoiltear agus an méid breosla a theastaíonn mar gheall ar éifeachtacht íseal an phróisis giniúna leictreachais. Táthar ag iarraidh táirgeadh hidrigine trí leictrealú le haghaidh roghanna fuinnimh in-athnuaite (gaoth, gréine, hidreafhuinneamh, geoiteirmeach) agus núicléach. Is é an toradh a bhíonn ar na cosáin táirgthe hidrigine seo ná gás ceaptha teasa ar bith agus critéir astuithe truailleán; áfach, ní mór an costas táirgthe a laghdú go suntasach le bheith iomaíoch le bealaí níos aibí bunaithe ar charbón amhail athchóiriú an gháis nádúrtha.

Poitéinseal do shineirge le giniúint cumhachta fuinnimh in-athnuaite
Féadfaidh táirgeadh hidrigine trí leictrealú deiseanna a chur ar fáil le haghaidh sineirgíochta le giniúint cumhachta dinimiciúla agus eatramhacha, ar saintréith de chuid roinnt teicneolaíochtaí fuinnimh in-athnuaite é. Mar shampla, cé gur tháinig laghdú leanúnach ar chostas na cumhachta gaoithe, cuireann inathraitheacht bhunúsach na gaoithe bac ar úsáid éifeachtach na cumhachta gaoithe. D’fhéadfaí breosla hidrigine agus giniúint cumhachta leictreachais a chomhtháthú ag feirm ghaoithe, rud a cheadódh solúbthacht chun táirgeadh a aistriú chun an infhaighteacht acmhainní is fearr a mheaitseáil le riachtanais oibriúcháin an chórais agus le fachtóirí margaidh. Chomh maith leis sin, in amanna ina bhfuil barraíocht táirgeachta leictreachais ó fheirmeacha gaoithe, in ionad an leictreachas a chiorrú mar a dhéantar go coitianta, is féidir an barrachas leictreachais seo a úsáid chun hidrigin a tháirgeadh trí leictrealú.

Tá sé tábhachtach a thabhairt faoi deara ...
Ní hé leictreachas eangach an lae inniu an fhoinse idéalach leictreachais le haghaidh leictrealú mar go ndéantar an chuid is mó den leictreachas a ghintear trí úsáid a bhaint as teicneolaíochtaí a mbíonn astaíochtaí gás ceaptha teasa mar thoradh orthu agus atá dian ar fhuinneamh. Is rogha fhéideartha é giniúint leictreachais trí úsáid a bhaint as teicneolaíochtaí fuinnimh in-athnuaite nó núicléach, scartha ón eangach, nó mar chuid den mheascán eangaí atá ag dul i méid, chun na teorainneacha sin ar tháirgeadh hidrigine trí leictrealú a shárú.

I bpróiseas leictrealú, tá dhá phróiseas ianúcháin éagsúla ar siúl ag an am céanna. Tá an dá uisce agus leictrilít san iomaíocht sa chás seo.

Téann an leictrilít faoin bpróiseas ianúcháin céanna le huisce. Tharlódh an ocsaídiú agus an laghdú céanna i leictrilít.
Toisc go mbíonn anion ón leictrilít in iomaíocht leis na hiain hiodrocsaíde chun leictreon a thabhairt suas, agus go mbíonn caitín in iomaíocht leis an ian hidrigine chun an leictreon a laghdú, ní mór leictrilít a roghnú go cúramach.

Caithfidh poitéinseal leictreoid níos ísle ná H+ a bheith ag catation an leictrilít. Cuimhnigh i gcónaí in aon leictrealú gur chóir go mbeadh poitéinseal leictreoid an chatha den leictrilít níos lú ná acmhainneacht leictreoid an chatha den tsubstaint atá á leictrealú agus ba cheart go mbeadh acmhainneacht leictreoid anion an leictrilít níos mó ná acmhainneacht leictreoid an anion de an tsubstaint atá á leictrealú.

Spreag táirgeadh hidrigin ghlais ag baint úsáide as foinsí fuinnimh in-athnuaite a dhóthain suime i leictrealú uisce chun hidrigin a tháirgeadh. Breathnaítear ar leictrealú uisce ag baint úsáide as foinsí fuinnimh in-athnuaite gan aon astaíochtaí CO2 mar mhodh geallta chun an ráta táirgthe hidrigine a mhéadú. In 2020, táirgeadh thart ar 87 milliún tonna hidrigine ar fud an domhain le haghaidh úsáidí éagsúla, lena n-áirítear scagadh ola, táirgeadh amóinia (NH3) (trí phróiseas Haber) agus meatánóil (CH3OH) (trí aonocsaíd charbóin [CO] a laghdú), agus mar breosla iompair. Táthar ag súil go sroichfidh an t-éileamh ar hidrigin 500-680 milliún MT faoi 2050. Bhí luach $130 billiún ar an margadh táirgthe hidrigine ó 2020 go 2021 agus táthar ag súil go bhfásfaidh sé ag ráta bliantúil 9.2% i rith 2030. Ach tá gabháil ann: tá níos mó ná 95% den táirgeadh hidrigine reatha bunaithe ar bhreoslaí iontaise, agus is beag atá "glas." Sa lá atá inniu ann, ídíonn táirgeadh hidrigine 6% den ghás nádúrtha domhanda agus 2% den ghual domhanda. Mar sin féin, tá tóir ag teacht ar theicneolaíochtaí táirgthe hidrigine glasa.

Is próiseas é leictrealú a úsáideann leictreachas chun uisce a roinnt ina H2 agus O2. Is é an sreabhadh leictreon trí chonair seoltaí, cosúil le sreang, cad is leictreachas. Ciorcad a thugtar ar an gcosán seo. Gluaiseann na leictreoin mar gheall ar an difríocht poitéinsil leictreach idir an anóid agus an chatóid. Tá níos mó leictreon ag an anóid agus tá sé níos éagobhsaí de bharr plódú leictreon. Ba mhaith leis na leictreoin iad féin a athshocrú chun deireadh a chur leis an difríocht. Repels leictreoin a chéile agus iarracht chun bogadh go dtí suíomh ina bhfuil níos lú leictreon. Is catóide é sin.
Toisc nach seolann uisce íon leictreachas, is imoibriú mall redox é scoilteadh uisce.

Ceimic
Sa electrolyzer, tá catóide amháin agus anóid amháin ceangailte le foinse cumhachta. Sreabhann leictreoin ó anóid go catóid i gcónaí is cuma cén. Is é an chatóid i gcónaí áit a dtarlaíonn laghdú dá bhrí sin ní mór leictreoin a bheith ann. Is é is ocsaídiú ann ná cailliúint leictreon agus is é laghdú gnóthachan na leictreon.
Go hachomair, ag an gcatóid atá luchtaithe go diúltach, tarlaíonn imoibriú dí-ocsaídiúcháin, agus leictreoin (e−) ón gcatóid á dtabhairt do chatuithe hidrigine chun gás hidrigine a fhoirmiú
Catóid (laghdú): 2 H2O(l) + 2e− -- > H2(g) + 2 OH−(d)
Ag an anóid luchtaithe go deimhneach, tarlaíonn imoibriú ocsaídiúcháin, ag giniúint gás ocsaigine agus ag tabhairt leictreoin don anóid chun an ciorcad a chríochnú
Anóid (ocsaídiúcháin): 2 OH−(d) -- > 1/2 O2(g) + H2O(l) + 2 e−
Táirgeann meascán de na frithghníomhartha seo:
2 H2O(l) → 2 H2(g) + O2(g)
Táirgtear H2 ag an gcatóid agus O2 ag an anóid.
Teastaíonn íosdifríocht poitéinsil de 1.23 volta le leictrealú uisce, ach ag an voltas sin teastaíonn teas seachtrach ón gcomhshaol.

Tá cruacha ceall dépholach leictrealú uisce comhdhéanta de go leor cealla leictriceimiceach aonair i sraith leictreach. Go praiticiúil, is féidir le cruacha cille leictrealú uisce atá díreach stoptha muirear leictreach suntasach a choinneáil mar gheall ar hidrigin iarmharach agus ocsaigine atá fágtha laistigh de gach cill. Ar chlé leo féin, d’fhéadfadh go dtógfadh sé go leor uaireanta an muirear leictriceimiceach iarmharach seo a scaipeadh. Ní mór do phearsanra seirbhíse córais agus cothabhála a bheith fíor-aireach má dhéantar iarracht na stoic chillín seo a sheirbhísiú nó a athsholáthar go luath i ndiaidh oibriú. Mar shampla, d'fhéadfadh uirlis miotail cosúil le eochair an bhearna a líonadh go neamhaireach idir pláta teirminéil srutha deimhneach cruachta cille agus fráma tacaíochta miotail talamh-talamh, ag tarraingt sruth mór nó stua leictreach le damáiste agus díobháil mar thoradh nach dteastaíonn. Tá pearsanra nach bhfuil trealamh cosanta inslithe cuí á chaitheamh acu i mbaol freisin.

Is é an cleachtas is fearr do phearsanra cothabhála agus seirbhíse ná a fhíorú nach bhfuil aon mhuirear suntasach leictreach fós sa chruach cille sula mbaintear gardaí sábháilteachta agus naisc leictreacha as an gcruach cille. Moltar do phearsanra tomhas voltais cruachta cille a dhéanamh chun a fhíorú go bhfuil an stack cille scaoilte. I gcásanna áirithe, féadfaidh pearsanra seirbhíse uirlis seirbhíse atá deartha i gceart a chur i bhfeidhm chomh maith, comhdhéanta d’fhriotóir ciorraithe ardsrutha trasna an chairn scaoilte mar chosaint bhreise.

Déantar táirgí a dhíol i ngach réigiún sa tSín agus a onnmhairiú chuig tíortha ar fud an domhain. Díoladh iad i níos mó ná 20 tír agus réigiún lena n-áirítear na Stáit Aontaithe, an Ghearmáin, Maracó, an Chéinia, an Araib Shádach, Vítneam, an Ailgéir, an India, an Tansáin, agus sa Téaváin. D'éirigh le fiontair aitheanta ar nós China Aerospace, PetroChina, China Nuclear Group, BYD, Jiuli Specialty, Tony Electronics, Zheng Energy Group agus fiontair aitheanta eile a sholáthar go rathúil. Tá go leor stáisiúin glasa hidriginithe hidrigine hidrigine ar nós Wulanchabu, Haikou, Hainan, Hainan Haikou, Yunnan Kunming, etc. a sholáthraíonn tionscadail ghlasa agus hidrigine.