Elektrolyse av vann for å produsere H2 og O2
Titananoder, nøkkeldelene i elektrolytisk hydrogen- og oksygenutstyr, har stabil kvalitet, er miljøvennlige og har ingen sekundær forurensning, lavt overpotensial, god energisparende effekt og kan spare 15-20 % av energien. Det er plate, mesh, rørformer og spesialformede deler.
1. Forskningsfremgang på hydrogenproduksjon ved elektrolyse av vann Hydrogenproduksjon ved elektrolyse av vann er et viktig middel for å oppnå industriell og rimelig fremstilling av H2, og kan produsere produkter med en renhet på 99 % til 99,9 %. Hvert år når mitt lands strømforbruk til hydrogenproduksjon ved elektrolyse av vann mer enn (1,5×107) kW·h. Når det går strøm mellom elektrodene, produseres hydrogen ved katoden, oksygen produseres ved anoden, og vann elektrolyseres [2]. Kjernedelen av produksjonsutstyret for vannelektrolysehydrogen er elektrolysecellen, og elektrodematerialet er nøkkelen til elektrolysecellen. Kvaliteten på elektrodeytelsen bestemmer i stor grad cellespenningen og energiforbruket til vannelektrolyse, og påvirker direkte kostnadene. Effektiviteten til å levere elektrisitet for å dekomponere vann for å produsere hydrogen er vanligvis 75 % til 85 %. Prosessen er enkel og forurensningsfri, men strømforbruket er stort, så bruken er underlagt visse begrensninger. Elektrolysen av vann utføres i en elektrolysecelle, som er fylt med elektrolytt og delt inn i et anodekammer og et katodekammer ved hjelp av en diafragma. Elektroder er plassert i hvert kammer. Siden vann har svært lav ledningsevne, brukes en vandig løsning (konsentrasjon på ca. 15%) med elektrolytt. Når det går strøm mellom elektrodene ved en viss spenning, produseres hydrogen ved katoden og oksygen ved anoden, og derved oppnås vannelektrolyse. Teoretisk sett er platinametaller de mest ideelle metallene for vannelektrolyseelektroder, men i praksis brukes ofte forniklede jernelektroder for å redusere utstyr og produksjonskostnader. Når vann elektrolyseres, er elektrodereaksjonsformelen som følger [3]. I sur løsning, katodereaksjon: 4H++4e=2H2∏=0V Anodereaksjon: 2H2O =4H++O2+4e∏ =1.23V I alkalisk løsning, katodereaksjon: 4H2O +4e=2H2+4OH∏=-0.828V Anodereaksjon: 4OH-=2 H2O+O2+4e∏=0.401V Som man kan se fra formelen ovenfor, er den totale reaksjonen av vannelektrolyse som følger, enten i sur eller alkalisk løsning. 2H2O=2H2+O2 Den teoretiske dekomponeringsspenningen til vann har ingenting med pH-verdien å gjøre, så sure eller alkaliske løsninger kan brukes som elektrolytter. Men fra perspektivet til elektrolytisk cellestruktur og materialvalg, er bruken av sure løsninger utsatt for forskjellige feil. Derfor brukes nå alkaliske løsninger i industrien.
(1) Tradisjonell alkalisk elektrolyseteknologi Alkalisk vannelektrolyse er i dag en vanlig og moden metode for fremstilling av hydrogen. Denne metoden krever ikke høyt utstyr, og investeringen er hovedsakelig konsentrert i utstyret; hydrogenet som produseres er av høy renhet, men effektiviteten er ikke særlig høy. Prosessen er også relativt miljøvennlig og forurensningsfri, men den bruker mye strøm og er derfor underlagt visse begrensninger. Vannelektrolysetrykket i industrien er generelt mellom 1,65 og 2,2 V. Levetiden til elektrodematerialet og energiforbruket til vannelektrolyse er nøkkelfaktorer for å evaluere kvaliteten på alkaliske vannelektrolyseelektrodematerialer. Når strømtettheten ikke er stor, er den viktigste påvirkningsfaktoren overpotensialet; når strømtettheten øker, blir overpotensialet og motstandsspenningsfallet hovedfaktorene for energiforbruk. I praktiske applikasjoner bør industrielle elektroder ha følgende egenskaper [3]: (1) stort overflateareal; (2) høy ledningsevne; (3) god elektrokatalytisk aktivitet; (4) langsiktig mekanisk og kjemisk stabilitet; (5) liten bobleutfelling; (6) høy selektivitet; (7) lett å få tak i og lave kostnader; (8) sikkerhet. Vannelektrolyse krever ofte større strømtetthet (over 4000 A/m2), så punkt 2 og 4 er viktigere. Fordi høy ledningsevne kan redusere energitapet forårsaket av ohmsk polarisering, sikrer høy stabilitet lang levetid for elektrodematerialer. 1 og 3 er kravene for å redusere overpotensialet for hydrogen- og oksygenutvikling, og er også viktige indikatorer for å evaluere elektrodeytelse.
(2) Solid polymer elektrolytt SPE vannelektrolyseteknologi Siden elektrolysatoren med væske som elektrolytt har lav effektivitet, er upraktisk å flytte og ofte krever vedlikehold, leter folk aktivt etter nye elektrolytter, noe som har ført til utvikling og anvendelsesforskning av solid polymer elektrolytt (SPE), også kjent som protonutvekslingsmembran (PEM). For tiden bruker elektrolysatoren fast Nafion perfluorsulfonsyremembran som elektrolytt. Elektroden bruker edle metaller eller deres oksider med høy katalytisk ytelse, som er laget i pulverform med stort spesifikt overflateareal, og er bundet og presset på begge sider av Nafion-membranen ved hjelp av Teflon for å danne en stabil kombinasjon av membran og elektrode.
(3) Høytemperatur dampelektrolyseprosess En annen metode for å produsere hydrogen ved vannelektrolyse er høytemperatur dampelektrolyse. Dette er en metode avledet fra brenselceller med fast oksid. Elektrolysekammeret bruker vanligvis Y2O3-stabilisert ZrO2 som elektrolytt. Jo høyere temperatur, jo lavere motstand. Imidlertid, fra perspektivet til materialets varmebestandighet, er den øvre temperaturgrensen fortrinnsvis 1000 grader. Vanligvis brukes et blandet sintret legeme av nikkel og keramikk som katode, og et ledende kalsiumtitan-komposittoksid brukes som anode.
2. Utvikling av biologisk hydrogenproduksjon Temaet bruk av mikroorganismer for å produsere hydrogen har vært studert i flere tiår. På 1930-tallet ble den første rapporten om bakteriell mørk gjæring for å produsere hydrogen rapportert. Deretter, i 1942, rapporterte Gaffron og Rubin at grønne alger brukte lysenergi til å produsere hydrogen, og i 1949 oppdaget Gest og Kamen fototrofiske hydrogenproduserende bakterier. Spruit bekreftet i 1958 at alger kan produsere hydrogen gjennom direkte fotolyse uten behov for fiksering av karbondioksid. Healy (1970) sin forskning viste at når lysintensiteten er for høy, vil hydrogenproduksjonsprosessen til Chlamydomonas moewsuii hemmes på grunn av produksjonen av oksygen. Under energikrisen på 1970-tallet ble det forsket mye på produksjon av biohydrogen rundt om i verden. Thauer påpekte i 1976 at mørk gjæring var vanskelig å bruke i faktisk produksjon fordi den kun kunne produsere 4 mol hydrogen og 2 mol eddiksyre fra 1 mol glukose på det meste. Fototrofiske bakterier kan fullstendig omdanne substrater som organiske syrer til hydrogen, så siden den gang har forskning på biohydrogenproduksjon i hovedsak fokusert på fotogjæring. På begynnelsen av 1980-tallet avtok støtten til fornybar energi i forsknings- og utviklingsprogrammer (FoU) rundt om i verden gradvis. På begynnelsen av 1990-tallet ble miljøproblemene stadig mer alvorlige, og folks oppmerksomhet ble rettet mot alternativ energi. Med støtte fra forskning og utvikling av biohydrogenproduksjon i Tyskland, Japan og USA, har feltet for alger som bruker lysenergi for å produsere hydrogen fra vann blitt mye studert. Imidlertid er den samlede effektiviteten for konvertering av solenergi i denne prosessen fortsatt svært lav. På den annen side kan mørk gjæring og fototrofe bakterier produsere hydrogen fra rimelige substrater eller organisk avfall. Siden den både kan produsere ren energi og behandle organisk avfall, har amerikanske og japanske myndigheter støttet flere langsiktige forskningsprogrammer. Det forventes at den praktiske anvendelsen av biohydrogenproduksjonsteknologi vil bli realisert i midten av det 21. århundre. Det har gått mer enn et halvt århundre siden oppdagelsen av mikrobiell hydrogenproduksjon, men biohydrogenproduksjon har ikke blitt brukt i praksis. Mange tekniske problemer, som screening av mikroorganismer, utforming av reaktorer, og optimalisering av driftsforhold, gjenstår å løse, og kostnadene ved denne teknologien har også fått oppmerksomhet. Økonomisk sett kan ikke biohydrogenproduksjonsteknologi konkurrere med tradisjonell kjemisk hydrogenproduksjonsteknologi i nær fremtid. Fra et miljøvernperspektiv vil imidlertid utsiktene for biohydrogenproduksjon være svært brede. Biohydrogenproduksjon inkluderer: fotosyntetisk biohydrogenproduksjonssystem (også kjent som direkte biofotolyse-hydrogenproduksjonssystem); fotolyse biohydrogen produksjonssystem (også kjent som indirekte biofotolyse hydrogen produksjonssystem); fotosyntetiske heterotrofe bakterier vanngass konvertering reaksjon hydrogen produksjonssystem; fotofermentering biohydrogen produksjonssystem; anaerob gjæring biohydrogen produksjonssystem (også kjent som mørk gjæring biohydrogen produksjonssystem); fotosyntese-gjæring hybrid biohydrogen produksjonssystem; in vitro hydrogenase biohydrogen produksjonssystem, etc. Hydrogen energi er en ren energikilde med høy brennverdi. Å bruke fornybare vannressurser i naturen for å produsere hydrogen er utvilsomt den foretrukne metoden for menneskeheten i fremtiden.
Etter mer enn et halvt århundre med forskning, selv om vannelektrolyse hydrogenproduksjon og bio-hydrogen produksjonsteknologi har gjort store fremskritt, er de fortsatt i utgangspunktet i utviklingsstadiet og har ennå ikke blitt tatt i bruk i praksis. Ulike restriktive faktorer som lav solenergikonverteringseffektivitet, høyt energiforbruk ved vannelektrolyseproduksjon av hydrogen, produkthemming, driftsforhold osv. gjør at hydrogenproduksjonshastigheten til eksisterende hydrogenproduksjonssystemer ikke er høy nok eller ikke økonomisk, og mange andre flaskehalser trenger å bli ytterligere brutt gjennom. For å ytterligere redusere produksjonskostnadene og utvide produksjonseffektiviteten vil vi forberede oss på fremtidig kommersiell drift.
Selskap: Baoji Dynamic Trading Co., Ltd
Land: Kina
Legg til: Baoti road, Jintai, Baoji city, Shaanxi, Kina
Cel:+86 18391894207(WHATSAPP)
Gmail:alisa@jmyunti.com
Nettsted: www.jm-titanium.com
