Mahitungod sa sunod nga henerasyon nga enerhiya hydrogen

Atong ipaila ang "hydrogen", ang sunod nga henerasyon sa enerhiya nga carbon neutral. Ang hydrogen gibahin ngadto sa tulo ka matang: "green hydrogen", "blue hydrogen" ug "grey hydrogen", nga ang matag usa adunay lain-laing mga paagi sa produksyon. Ipatin-aw usab namo ang matag pamaagi sa paghimo, pisikal nga mga kabtangan isip mga elemento, mga paagi sa pagtipig/transportasyon, ug mga paagi sa paggamit. Ug ipaila usab nako kung nganong kini ang sunod nga henerasyon nga dominanteng tinubdan sa enerhiya.

Electrolysis sa Tubig Aron Makagama og Green Hydrogen

Kung mogamit ug hydrogen, hinungdanon nga "maghimo ug hydrogen" bisan pa niana. Ang pinakasayon ​​nga paagi mao ang "electrolyze water". Tingali nahimo nimo ang siyensya sa grade school. Pun-a ang beaker og tubig ug mga electrodes sa tubig. Kung ang usa ka baterya konektado sa mga electrodes ug gipakusog, ang mosunod nga mga reaksyon mahitabo sa tubig ug sa matag electrode.
Sa cathode, ang H+ ug ang mga electron naghiusa sa paghimo og hydrogen gas, samtang ang anode nagpatunghag oksiheno. Bisan pa, kini nga pamaagi maayo alang sa mga eksperimento sa siyensya sa eskuylahan, apan aron makahimo og hydrogen sa industriya, ang mga episyente nga mekanismo nga angay alang sa dinagkong produksiyon kinahanglan nga andamon. Kana mao ang "polymer electrolyte membrane (PEM) electrolysis".
Niini nga pamaagi, ang usa ka polymer semipermeable membrane nga nagtugot sa pag-agi sa mga ion nga hydrogen nga gibutang taliwala sa usa ka anode ug usa ka cathode. Kung ang tubig ibubo sa anode sa aparato, ang mga ion nga hydrogen nga gihimo sa electrolysis molihok pinaagi sa usa ka semipermeable membrane hangtod sa katod, diin sila mahimong molecular hydrogen. Sa laing bahin, ang mga ion sa oksiheno dili makaagi sa semipermeable membrane ug mahimong mga molekula sa oksiheno sa anode.
Usab sa alkaline water electrolysis, naghimo ka og hydrogen ug oxygen pinaagi sa pagbulag sa anode ug cathode pinaagi sa usa ka separator diin ang mga hydroxide ions lamang ang makaagi. Dugang pa, adunay mga pamaagi sa industriya sama sa high-temperature steam electrolysis.
Pinaagi sa paghimo niini nga mga proseso sa usa ka dako nga sukod, daghang gidaghanon sa hydrogen ang makuha. Sa proseso, usa ka mahinungdanong gidaghanon sa oksiheno ang gihimo usab (katunga sa gidaghanon sa hydrogen nga gihimo), aron kini walay dili maayo nga epekto sa kinaiyahan kon buhian ngadto sa atmospera. Bisan pa, ang electrolysis nanginahanglan daghang elektrisidad, mao nga ang carbon-free nga hydrogen mahimong maprodyus kung kini gihimo gamit ang elektrisidad nga wala mogamit mga fossil fuel, sama sa mga wind turbine ug solar panel.
Makuha nimo ang "green hydrogen" pinaagi sa pag-electrolyze sa tubig gamit ang limpyo nga enerhiya.

Adunay usab usa ka hydrogen generator alang sa dinagkong produksiyon niining berde nga hydrogen. Pinaagi sa paggamit sa PEM sa seksyon sa electrolyzer, ang hydrogen mahimo nga padayon nga gihimo.

Asul nga Hydrogen Gibuhat gikan sa Fossil Fuels

Busa, unsa ang ubang mga paagi sa paghimo sa hydrogen? Ang hydrogen anaa sa fossil fuel sama sa natural gas ug coal isip mga substance gawas sa tubig. Pananglitan, tagda ang methane (CH4), ang nag-unang sangkap sa natural nga gas. Adunay upat ka atomo sa hydrogen dinhi. Makuha nimo ang hydrogen pinaagi sa pagkuha niini nga hydrogen.
Usa niini mao ang proseso nga gitawag ug “steam methane reforming” nga naggamit ug alisngaw. Ang kemikal nga pormula niini nga pamaagi mao ang mosunod.
Sama sa imong makita, ang carbon monoxide ug hydrogen mahimong makuha gikan sa usa ka molekula sa methane.
Niining paagiha, ang hydrogen mahimong maprodyus pinaagi sa mga proseso sama sa "steam reforming" ug "pyrolysis" sa natural gas ug coal. Ang "asul nga hydrogen" nagtumong sa hydrogen nga gihimo niining paagiha.
Sa kini nga kaso, bisan pa, ang carbon monoxide ug carbon dioxide gihimo ingon nga mga produkto. Mao nga kinahanglan nimo nga i-recycle kini sa dili pa kini buhian sa atmospera. Ang by-product nga carbon dioxide, kung dili mabawi, mahimong hydrogen gas, nailhan nga "grey hydrogen".

Unsang Matang sa Elemento ang Hydrogen?

Ang hydrogen adunay atomic number nga 1 ug mao ang unang elemento sa periodic table.
Ang gidaghanon sa mga atomo mao ang kinadak-an sa uniberso, nga nagkantidad ug mga 90% sa tanang elemento sa uniberso. Ang pinakagamay nga atomo nga naglangkob sa usa ka proton ug usa ka electron mao ang atomo sa hydrogen.
Ang hydrogen adunay duha ka isotopes nga adunay mga neutron nga gilakip sa nucleus. Usa ka neutron-bonded "deuterium" ug duha ka neutron-bonded "tritium". Kini usab mga materyales alang sa fusion power generation.
Sa sulod sa usa ka bituon sama sa adlaw, ang nukleyar nga fusion gikan sa hydrogen ngadto sa helium nahitabo, nga mao ang tinubdan sa enerhiya alang sa bituon sa pagsidlak.
Bisan pa, ang hydrogen panagsa ra nga naglungtad ingon usa ka gas sa Yuta. Ang hydrogen nagporma og mga compound sa ubang mga elemento sama sa tubig, methane, ammonia ug ethanol. Tungod kay ang hydrogen usa ka gaan nga elemento, samtang ang temperatura mosaka, ang gikusgon sa paglihok sa mga molekula sa hydrogen mosaka, ug mogawas gikan sa grabidad sa yuta ngadto sa kawanangan.

Unsaon Paggamit ang Hydrogen? Paggamit pinaagi sa Pagsunog

Unya, sa unsang paagi gigamit ang “hydrogen”, nga nakadani sa tibuok kalibotang pagtagad ingong sunod nga henerasyong tinubdan sa enerhiya? Gigamit kini sa duha ka nag-unang mga paagi: "pagkasunog" ug "fuel cell". Magsugod kita sa paggamit sa "pagsunog".
Adunay duha ka nag-unang matang sa pagkasunog nga gigamit.
Ang una mao ang rocket fuel. Ang H-IIA rocket sa Japan naggamit ug hydrogen gas nga “liquid hydrogen” ug “liquid oxygen” nga anaa usab sa cryogenic state isip sugnod. Kining duha gihiusa, ug ang enerhiya sa kainit nga namugna niadtong panahona nagpadali sa pag-injection sa mga molekula sa tubig nga namugna, nga naglupad ngadto sa kawanangan. Bisan pa, tungod kay kini usa ka teknikal nga lisud nga makina, gawas sa Japan, ang Estados Unidos, Europe, Russia, China ug India lamang ang malampuson nga naghiusa niini nga gasolina.
Ang ikaduha mao ang power generation. Ang pagmugna og kuryente sa gas turbine naggamit usab sa pamaagi sa paghiusa sa hydrogen ug oxygen aron makamugna og enerhiya. Sa laing pagkasulti, kini usa ka pamaagi nga nagtan-aw sa thermal energy nga gihimo sa hydrogen. Sa mga thermal power plant, ang kainit gikan sa nagdilaab nga karbon, lana ug natural nga gas nagpatunghag alisngaw nga nagpadagan sa mga turbine. Kung gamiton ang hydrogen isip tinubdan sa kainit, ang planta sa kuryente mahimong carbon neutral.

Unsaon Paggamit ang Hydrogen? Gigamit isip Fuel Cell

Ang laing paagi sa paggamit sa hydrogen maoy ingong fuel cell, nga direktang nag-convert sa hydrogen ngadto sa elektrisidad. Sa partikular, ang Toyota nagdani sa atensyon sa Japan pinaagi sa pag-ingon nga ang mga salakyanan nga adunay hydrogen imbis nga mga de-koryenteng mga salakyanan (EVs) ingon usa ka alternatibo sa mga salakyanan sa gasolina isip bahin sa mga pagsumpo sa pag-init sa kalibutan.
Sa piho nga paagi, gihimo namon ang reverse nga pamaagi kung gipaila namon ang pamaagi sa paghimo sa "green hydrogen". Ang kemikal nga pormula mao ang mosunod.
Ang hydrogen mahimong makamugna og tubig (init nga tubig o alisngaw) samtang makamugna og elektrisidad, ug kini masusi tungod kay wala kini magpahamtang og palas-anon sa kinaiyahan. Sa laing bahin, kini nga pamaagi adunay medyo ubos nga power generation efficiency nga 30-40%, ug nagkinahanglan og platinum isip usa ka catalyst, sa ingon nagkinahanglan og dugang nga gasto.
Sa pagkakaron, gigamit namo ang polymer electrolyte fuel cells (PEFC) ug phosphoric acid fuel cells (PAFC). Sa partikular, ang mga fuel cell nga mga sakyanan naggamit sa PEFC, mao nga kini gilauman nga mokaylap sa umaabot.

Luwas ba ang Pagtipig ug Transportasyon sa Hydrogen?

Sa pagkakaron, nagtuo kami nga nakasabot ka kung giunsa paghimo ug paggamit ang hydrogen gas. Busa giunsa nimo pagtipig kini nga hydrogen? Giunsa nimo kini makuha kung diin nimo kinahanglan? Komosta ang seguridad niadtong panahona? Atong ipasabot.
Sa pagkatinuod, ang hydrogen usa usab ka peligroso nga elemento. Sa sinugdanan sa ika-20ng siglo, gigamit namo ang hydrogen ingong gas sa pagpalutaw sa mga balloon, balloon, ug airship sa kalangitan tungod kay gaan kaayo kini. Apan, niadtong Mayo 6, 1937, sa New Jersey, USA, nahitabo ang “airship Hindenburg explosion”.
Sukad sa aksidente, kaylap nga giila nga ang hydrogen gas delikado. Ilabi na kung kini masunog, kini mobuto sa kusog nga oxygen. Busa, ang "paglikay sa oxygen" o "paglikay sa kainit" hinungdanon.
Pagkahuman sa paghimo niini nga mga lakang, nakahimo kami usa ka paagi sa pagpadala.
Ang hydrogen usa ka gas sa temperatura sa kwarto, busa bisan kung kini usa pa ka gas, kini dako kaayo. Ang una nga paagi mao ang paggamit sa taas nga presyur ug pag-compress sama sa usa ka silindro kung maghimo mga carbonated nga ilimnon. Pag-andam usa ka espesyal nga tangke nga adunay taas nga presyur ug ibutang kini sa ilawom sa mga kondisyon nga adunay taas nga presyur sama sa 45Mpa.
Ang Toyota, nga nag-develop sa fuel cell vehicles (FCV), naghimo og resin high-pressure hydrogen tank nga makasugakod sa 70 MPa pressure.
Ang laing paagi mao ang pagpabugnaw ngadto sa -253°C aron makahimo ug likido nga hydrogen, ug tipigan ug dad-on kini sa espesyal nga mga tangke nga adunay init nga insulated. Sama sa LNG (liquefied natural gas) kung ang natural nga gas gi-import gikan sa gawas sa nasud, ang hydrogen matunaw sa panahon sa transportasyon, nga nakunhuran ang gidaghanon niini sa 1/800 sa estado sa gas niini. Kaniadtong 2020, nahuman namon ang una nga carrier sa likido nga hydrogen sa kalibutan. Bisan pa, kini nga pamaagi dili angay alang sa mga salakyanan sa fuel cell tungod kay nanginahanglan kini daghang kusog aron mabugnaw.
Adunay usa ka pamaagi sa pagtipig ug pagpadala sa mga tangke nga sama niini, apan nagpalambo usab kami sa ubang mga pamaagi sa pagtipig sa hydrogen.
Ang paagi sa pagtipig mao ang paggamit sa hydrogen storage alloys. Ang hydrogen adunay kabtangan sa pagsulod sa mga metal ug pagdaot niini. Kini usa ka tip sa pag-uswag nga gihimo sa Estados Unidos kaniadtong 1960's. JJ Reilly ug uban pa. Gipakita sa mga eksperimento nga ang hydrogen mahimong tipigan ug buhian gamit ang usa ka haluang metal sa magnesium ug vanadium.
Human niadto, malamposon niyang naugmad ang usa ka substansiya, sama sa palladium, nga makasuhop ug hydrogen 935 ka pilo sa kaugalingong gidaghanon niini.
Ang bentaha sa paggamit niini nga haluang metal mao nga kini makapugong sa hydrogen leakage aksidente (kasagaran explosion aksidente). Busa, kini mahimong luwas nga tipigan ug madala. Bisan pa, kung dili ka mag-amping ug ibilin kini sa sayup nga palibot, ang mga haluang metal sa pagtipig sa hydrogen mahimong magpagawas sa hydrogen gas sa paglabay sa panahon. Aw, bisan ang gamay nga spark mahimong hinungdan sa usa ka aksidente sa pagbuto, busa pag-amping.
Adunay usab kini nga disbentaha nga ang gibalikbalik nga pagsuyup sa hydrogen ug pag-desorption hinungdan sa pagkaguba ug pagkunhod sa rate sa pagsuyup sa hydrogen.
Ang lain mao ang paggamit sa mga tubo. Adunay usa ka kondisyon nga kini kinahanglan nga dili ma-compress ug ubos nga presyur aron malikayan ang pagkaguba sa mga tubo, apan ang bentaha mao nga magamit ang mga tubo sa gas. Naghimo ang Tokyo Gas og trabaho sa konstruksyon sa Harumi FLAG, gamit ang mga pipeline sa gas sa lungsod aron masuplay ang hydrogen sa mga selyula sa gasolina.

Umaabot nga Katilingban Gibuhat sa Hydrogen Energy

Sa katapusan, atong tagdon ang papel nga mahimo sa hydrogen sa katilingban.
Labaw sa tanan gusto namon nga ipasiugda ang usa ka katilingban nga wala’y carbon, gigamit namon ang hydrogen aron makamugna og elektrisidad imbes nga enerhiya sa kainit.
Imbes nga dagkong mga thermal power plant, ang ubang mga panimalay nagpaila sa mga sistema sama sa ENE-FARM, nga naggamit sa hydrogen nga nakuha pinaagi sa pag-reporma sa natural nga gas aron makamugna sa gikinahanglang elektrisidad. Bisan pa, ang pangutana kung unsa ang buhaton sa mga produkto sa proseso sa pag-reporma nagpabilin.

Sa umaabot, kung ang sirkulasyon sa hydrogen mismo modaghan, sama sa pagdugang sa gidaghanon sa mga istasyon sa pagpuno sa hydrogen, mahimo’g magamit ang elektrisidad nga wala’y pagbuga sa carbon dioxide. Ang elektrisidad nagpatunghag berde nga hydrogen, siyempre, mao nga kini naggamit sa elektrisidad nga namugna gikan sa kahayag sa adlaw o hangin. Ang gahum nga gigamit alang sa electrolysis kinahanglan nga gahum sa pagsumpo sa gidaghanon sa power generation o sa pag-charge sa rechargeable nga baterya kung adunay sobra nga gahum gikan sa natural nga enerhiya. Sa laing pagkasulti, ang hydrogen anaa sa samang posisyon sa rechargeable nga baterya. Kung mahitabo kini, sa kadugayan mahimo’g makunhuran ang pagmugna sa thermal power. Ang adlaw nga ang internal combustion engine mawala gikan sa mga sakyanan nagkaduol na.

Ang hydrogen mahimo usab nga makuha pinaagi sa laing ruta. Sa tinuud, ang hydrogen usa gihapon ka produkto sa paghimo sa caustic soda. Lakip sa ubang mga butang, kini usa ka by-product sa coke production sa ironmaking. Kung imong ibutang kini nga hydrogen sa pag-apod-apod, makakuha ka daghang mga gigikanan. Ang hydrogen gas nga gihimo niining paagiha gisuplay usab sa mga istasyon sa hydrogen.

Atong tan-awon ang umaabot. Ang gidaghanon sa nawala nga enerhiya usa usab ka isyu sa pamaagi sa transmission nga naggamit sa mga wire aron masuplay ang kuryente. Busa, sa umaabot, atong gamiton ang hydrogen nga gihatud sa mga pipeline, sama sa mga tangke sa carbonic acid nga gigamit sa paghimo og carbonated nga mga ilimnon, ug pagpalit ug tangke sa hydrogen sa balay aron makamugna og elektrisidad para sa matag panimalay. Ang mga mobile device nga nagdagan sa hydrogen nga mga baterya nahimong kasagaran. Makapainteres nga makita ang ingon nga umaabot.