Veden elektrolyysi H2:n ja O2:n tuottamiseksi
Titaanianodit, elektrolyyttisten vety- ja happilaitteiden tärkeimmät osat, ovat laadultaan vakaata, ympäristöystävällisiä, sekundaarisia saasteita, alhainen ylipotentiaali, hyvä energiansäästövaikutus, ja ne voivat säästää 15-20 % energiasta. Siellä on levy-, verkko-, putkimuotoja ja erikoismuotoisia osia.
1. Tutkimuksen edistyminen vedyn tuotannossa veden elektrolyysillä Vedyn tuotanto veden elektrolyysillä on tärkeä keino saada aikaan H2:n teollinen ja edullinen valmistus, ja se voi tuottaa tuotteita, joiden puhtaus on 99–99,9 %. Joka vuosi maani sähkönkulutus vedyn tuottamiseen veden elektrolyysillä on yli (1,5×107) kW·h. Kun virta kulkee elektrodien välillä, katodilla syntyy vetyä, anodilla happea ja vesi elektrolysoituu [2]. Vesielektrolyysivedyn tuotantolaitteiston ydinosa on elektrolyyttikenno, ja elektrodimateriaali on avain elektrolyysikennoon. Elektrodin suorituskyvyn laatu määrää suurelta osin veden elektrolyysin kennojännitteen ja energiankulutuksen ja vaikuttaa suoraan kustannuksiin. Sähkön toimittamisen hyötysuhde veden hajottamiseksi vedyn tuottamiseksi on yleensä 75–85 %. Prosessi on yksinkertainen ja saasteeton, mutta virrankulutus on suuri, joten sen käyttöä koskevat tietyt rajoitukset. Veden elektrolyysi suoritetaan elektrolyyttikennossa, joka on täytetty elektrolyytillä ja jaettu kalvolla anodikammioon ja katodikammioon. Elektrodit asetetaan jokaiseen kammioon. Koska veden johtavuus on erittäin alhainen, käytetään vesiliuosta (pitoisuus noin 15 %), jossa on elektrolyyttiä. Kun virta kulkee elektrodien välillä tietyllä jännitteellä, katodilla syntyy vetyä ja anodilla happea, jolloin saavutetaan vesielektrolyysi. Teoriassa platinametallit ovat ihanteellisimpia metalleja vesielektrolyysielektrodeille, mutta käytännössä nikkelöityjä rautaelektrodeja käytetään usein laite- ja tuotantokustannusten alentamiseksi. Kun vettä elektrolysoidaan, elektrodin reaktiokaava on seuraava [3]. Happamassa liuoksessa katodireaktio: 4H++4e=2H2∏=0V Anodireaktio: 2H2O =4H++O2+4e∏ =1.23V Alkalisessa liuoksessa katodireaktio: 4H2O +4e=2H2+4OH∏=-0.828V Anodireaktio: 4OH-=2 H2O+O2+4e∏=0.401V Kuten yllä olevasta kaavasta voidaan nähdä, veden elektrolyysin kokonaisreaktio on seuraava, joko happamassa tai emäksisessä liuoksessa. 2H2O=2H2+O2 Veden teoreettisella hajoamisjännitteellä ei ole mitään tekemistä pH-arvon kanssa, joten happamia tai emäksisiä liuoksia voidaan käyttää elektrolyytteinä. Kuitenkin elektrolyysikennojen rakenteen ja materiaalin valinnan näkökulmasta happamien liuosten käyttö on altis erilaisille vikoille. Siksi emäksisiä liuoksia käytetään nykyään teollisuudessa.
(1) Perinteinen alkalinen elektrolyysitekniikka Alkalinen vesielektrolyysi on tällä hetkellä yleinen ja kypsä menetelmä vedyn valmistamiseksi. Tämä menetelmä ei vaadi suuria laitteita, ja investoinnit keskittyvät pääasiassa laitteisiin; tuotettu vety on erittäin puhdasta, mutta hyötysuhde ei ole kovin korkea. Prosessi on myös suhteellisen ympäristöystävällinen ja saasteeton, mutta kuluttaa paljon sähköä ja siksi siihen liittyy tiettyjä rajoituksia. Veden elektrolyysin paine teollisuudessa on yleensä 1,65 - 2,2 V. Elektrodimateriaalin käyttöikä ja vesielektrolyysin energiankulutus ovat keskeisiä tekijöitä arvioitaessa alkalisen vesielektrolyysielektrodimateriaalien laatua. Kun virrantiheys ei ole suuri, tärkein vaikuttava tekijä on ylipotentiaali; Kun virrantiheys kasvaa, ylipotentiaali- ja vastusjännitteen laskusta tulee pääasialliset energiankulutuksen tekijät. Käytännön sovelluksissa teollisuuselektrodeissa tulisi olla seuraavat ominaisuudet [3]: (1) suuri pinta-ala; (2) korkea johtavuus; (3) hyvä sähkökatalyyttinen aktiivisuus; (4) pitkäaikainen mekaaninen ja kemiallinen stabiilisuus; (5) pienkuplasaostuminen; (6) korkea selektiivisyys; (7) helppo saada ja alhaiset kustannukset; (8) turvallisuus. Veden elektrolyysi vaatii usein suuremman virrantiheyden (yli 4000 A/m2), joten kohdat 2 ja 4 ovat tärkeämpiä. Koska korkea johtavuus voi vähentää ohmisen polarisaation aiheuttamaa energiahävikkiä, korkea stabiilisuus varmistaa elektrodimateriaalien pitkän käyttöiän. 1 ja 3 ovat vaatimuksia vedyn ja hapen kehittymisen ylipotentiaalin vähentämiseksi, ja ne ovat myös tärkeitä indikaattoreita elektrodin suorituskyvyn arvioinnissa.
(2) Kiinteän polymeerin elektrolyytin SPE-vesielektrolyysitekniikka Koska nestemäisen elektrolyytin elektrolyysilaitteen hyötysuhde on alhainen, sitä on hankala siirtää ja se vaatii usein huoltoa, ihmiset etsivät aktiivisesti uusia elektrolyyttejä, mikä on kannustanut kiinteän polymeerin kehittämiseen ja sovellustutkimukseen. elektrolyytti (SPE), joka tunnetaan myös nimellä protoninvaihtokalvo (PEM). Tällä hetkellä elektrolysaattori käyttää kiinteää Nafion-perfluorisulfonihappokalvoa elektrolyyttinä. Elektrodissa käytetään korkean katalyyttisen suorituskyvyn omaavia jalometalleja tai niiden oksideja, jotka valmistetaan jauhemaiseen muotoon, jolla on suuri ominaispinta-ala, ja jotka liimataan ja puristetaan Nafion-kalvon molemmille puolille teflonilla muodostaen vakaan kalvon ja elektrodin yhdistelmän.
(3) Korkean lämpötilan höyryelektrolyysiprosessi Toinen menetelmä vedyn tuottamiseksi vesielektrolyysillä on korkean lämpötilan höyryelektrolyysi. Tämä menetelmä on johdettu kiinteäoksidipolttokennoista. Elektrolyysikammiossa käytetään yleensä elektrolyyttinä Y2O3--stabiloitua ZrO2:ta. Mitä korkeampi lämpötila, sitä pienempi vastus. Materiaalin lämmönkestävyyden kannalta lämpötilan yläraja on kuitenkin edullisesti 1000 astetta. Yleensä katodina käytetään nikkelin ja keraamisen sekoitettua sintrattua kappaletta ja anodina johtavaa kalsiumtitaanikomposiittioksidia.
2. Biologisen vedyn tuotannon kehitys Mikro-organismien käyttöä vedyn tuottamiseen on tutkittu vuosikymmeniä. 1930-luvulla raportoitiin ensimmäinen raportti bakteerien pimeästä käymisestä vedyn tuottamiseksi. Myöhemmin, vuonna 1942, Gaffron ja Rubin raportoivat, että vihreät levät käyttivät valoenergiaa vedyn tuottamiseen, ja vuonna 1949 Gest ja Kamen löysivät fototrofisia vetyä tuottavia bakteereja. Spruit vahvisti vuonna 1958, että levät voivat tuottaa vetyä suoralla fotolyysillä ilman hiilidioksidin kiinnittämistä. Healyn (1970) tutkimus osoitti, että kun valon intensiteetti on liian korkea, Chlamydomonas moewsuii -bakteerin vedyntuotantoprosessi estyy hapen tuotannon vuoksi. 1970-luvun energiakriisin aikana biovedyn tuotantoa tutkittiin paljon ympäri maailmaa. Thauer huomautti vuonna 1976, että tummaa käymistä oli vaikea soveltaa varsinaisessa tuotannossa, koska se pystyi tuottamaan vain 4 mol vetyä ja 2 mol etikkahappoa enintään 1 moolista glukoosia. Fototrofiset bakteerit pystyvät muuttamaan substraatit, kuten orgaaniset hapot, kokonaan vedyksi, joten siitä lähtien biovedyn tuotannon tutkimus on keskittynyt pohjimmiltaan fotofermentaatioon. 1980-luvun alussa uusiutuvan energian tuki tutkimus- ja kehitysohjelmissa (T&K) väheni vähitellen ympäri maailmaa. 1990-luvun alussa ympäristöongelmat muuttuivat yhä vakavammiksi, ja ihmisten huomio keskittyi vaihtoehtoiseen energiaan. Saksan, Japanin ja Yhdysvaltojen biovedytuotannon T&K:n tuella on laajalti tutkittu leväalaa, joka käyttää valoenergiaa vedyn tuottamiseen vedestä. Aurinkoenergian muuntotehokkuus tässä prosessissa on kuitenkin edelleen hyvin alhainen. Toisaalta tumma käyminen ja fototrofiset bakteerit voivat tuottaa vetyä edullisista substraateista tai orgaanisesta jätteestä. Koska se voi sekä tuottaa puhdasta energiaa että käsitellä orgaanista jätettä, Yhdysvaltojen ja Japanin hallitukset ovat tukeneet useita pitkän aikavälin tutkimusohjelmia. Biovedyn tuotantoteknologian käytännön soveltamisen odotetaan toteutuvan 2000-luvun puolivälissä. Mikrobivedyn tuotannon keksimisestä on kulunut yli puoli vuosisataa, mutta biovedyn tuotantoa ei ole sovellettu käytännössä. Monet tekniset ongelmat, kuten mikro-organismien seulonta, reaktorien suunnittelu ja käyttöolosuhteiden optimointi, ovat edelleen ratkaisematta, ja myös tämän tekniikan kustannuksiin on kiinnitetty huomiota. Taloudellisesti katsottuna biovedyn tuotantoteknologia ei lähitulevaisuudessa pysty kilpailemaan perinteisen kemiallisen vedyn tuotantoteknologian kanssa. Ympäristönsuojelun näkökulmasta biovedyn tuotannon näkymät ovat kuitenkin hyvin laajat. Biovedyn tuotanto sisältää: fotosynteettisen biovedyn tuotantojärjestelmän (tunnetaan myös nimellä suora biofotolyysi vedyn tuotantojärjestelmä); fotolyysibiovedyn tuotantojärjestelmä (tunnetaan myös epäsuorana biofotolyysin vedyn tuotantojärjestelmänä); fotosynteettiset heterotrofiset bakteerit vesi-kaasun muunnosreaktio vedyn tuotantojärjestelmä; fotofermentaatio biovedyn tuotantojärjestelmä; anaerobinen käyminen biovedyn tuotantojärjestelmä (tunnetaan myös nimellä tumma käyminen biovedyn tuotantojärjestelmä); fotosynteesi-käyminen hybridi biovedyn tuotantojärjestelmä; in vitro hydrogenaasi biovedyn tuotantojärjestelmä jne. Vetyenergia on puhdas ja korkealämpöinen energialähde. Uusiutuvien vesivarojen käyttäminen luonnossa vedyn tuottamiseen on epäilemättä ihmiskunnan suosituin menetelmä tulevaisuudessa.
Yli puoli vuosisataa kestäneen tutkimuksen jälkeen, vaikka vesielektrolyysi vedyn tuotanto ja biovedyn tuotantoteknologia ovat edistyneet suuresti, ne ovat edelleen periaatteessa kehitysvaiheessa, eikä niitä ole vielä otettu käytännössä käyttöön. Erilaiset rajoittavat tekijät, kuten alhainen aurinkoenergian muunnostehokkuus, veden elektrolyysin vedyn tuotannon suuri energiankulutus, tuotteen esto, käyttöolosuhteet jne. tekevät olemassa olevien vedyntuotantojärjestelmien vedyn tuotantonopeudesta liian korkean tai epätaloudellisen, ja monet muut pullonkaulat vaativat murrettavaksi edelleen. Tuotantokustannusten edelleen alentamiseksi ja tuotannon tehokkuuden laajentamiseksi valmistaudumme tulevaan kaupalliseen toimintaan.
Yritys: Baoji Dynamic Trading Co., Ltd
Maa: Kiina
Lisää: Baoti tie, Jintai, Baoji kaupunki, Shaanxi, Kiina
Cel:% 7b% 7b0% 7d% 7d (WHATSAPP)
Gmail:alisa@jmyunti.com
Verkkosivusto: www.jm-titanium.com
