Mahitungod sa sunod nga henerasyon nga enerhiya sa hydrogen

Atong ipaila ang "hydrogen", ang sunod nga henerasyon sa enerhiya nga carbon neutral. Ang hydrogen gibahin sa tulo ka klase: "green hydrogen", "blue hydrogen" ug "grey hydrogen", nga ang matag usa adunay lain-laing pamaagi sa produksiyon. Atong ipasabut usab ang matag pamaagi sa paggama, pisikal nga mga kabtangan isip mga elemento, mga pamaagi sa pagtipig/transportasyon, ug mga pamaagi sa paggamit. Ug akong ipaila usab kung ngano nga kini ang sunod nga henerasyon nga dominanteng tinubdan sa enerhiya.

Elektrolisis sa Tubig aron Makahimo og Berde nga Hydrogen

Kon mogamit og hydrogen, importante gihapon ang "pagprodyus og hydrogen". Ang pinakasayon ​​nga paagi mao ang "electrolyze water". Basin mao na ni sa grade school science. Pun-a ang beaker og tubig ug ang mga electrodes sa tubig. Kon ang baterya konektado sa mga electrodes ug hatagan og enerhiya, ang mosunod nga mga reaksyon mahitabo sa tubig ug sa matag electrode.
Sa cathode, ang H+ ug mga electron maghiusa aron makahimo og hydrogen gas, samtang ang anode makahimo og oxygen. Bisan pa, kini nga pamaagi maayo alang sa mga eksperimento sa siyensya sa eskwelahan, apan aron makahimo og hydrogen sa industriya, kinahanglan nga andamon ang episyente nga mga mekanismo nga angay alang sa dako nga sukod nga produksiyon. Kana mao ang "polymer electrolyte membrane (PEM) electrolysis".
Niini nga pamaagi, ang usa ka polymer semipermeable membrane nga nagtugot sa pag-agi sa mga hydrogen ions gibutang taliwala sa usa ka anode ug usa ka cathode. Kung ang tubig ibubo sa anode sa device, ang mga hydrogen ions nga gihimo sa electrolysis moagi sa usa ka semipermeable membrane ngadto sa cathode, diin sila mahimong molecular hydrogen. Sa laing bahin, ang mga oxygen ions dili makaagi sa semipermeable membrane ug mahimong mga molekula sa oxygen sa anode.
Usab sa alkaline water electrolysis, makamugna ka og hydrogen ug oxygen pinaagi sa pagbulag sa anode ug cathode pinaagi sa usa ka separator diin ang mga hydroxide ion lamang ang makaagi. Dugang pa, adunay mga pamaagi sa industriya sama sa high-temperature steam electrolysis.
Pinaagi sa paghimo niining mga proseso sa dakong sukod, daghang gidaghanon sa hydrogen ang makuha. Sa proseso, daghang gidaghanon sa oxygen ang maprodyus usab (katunga sa gidaghanon sa hydrogen nga naprodyus), aron dili kini makahatag og dili maayong epekto sa kalikopan kon kini ipagawas ngadto sa atmospera. Bisan pa, ang electrolysis nagkinahanglan og daghang kuryente, busa ang carbon-free hydrogen mahimong maprodyus kon kini maprodyus gamit ang kuryente nga wala mogamit og fossil fuels, sama sa mga wind turbine ug solar panel.
Makakuha ka og "green hydrogen" pinaagi sa pag-electrolyze sa tubig gamit ang limpyo nga enerhiya.

Adunay usab hydrogen generator para sa dinagkong produksiyon niining berdeng hydrogen. Pinaagi sa paggamit sa PEM sa electrolyzer section, ang hydrogen mahimong padayon nga maprodyus.

Asul nga Hydrogen nga Hinimo gikan sa Fossil Fuels

Busa, unsa pa may ubang mga paagi sa paghimo og hydrogen? Ang hydrogen anaa sa mga fossil fuel sama sa natural gas ug coal isip mga substansiya gawas sa tubig. Pananglitan, hunahunaa ang methane (CH4), ang pangunang sangkap sa natural gas. Adunay upat ka atomo sa hydrogen dinhi. Makakuha ka og hydrogen pinaagi sa pagkuha niini nga hydrogen.
Usa niini mao ang proseso nga gitawag og "steam methane reforming" nga naggamit og alisngaw. Ang kemikal nga pormula niini nga pamaagi mao ang mosunod.
Sama sa imong makita, ang carbon monoxide ug hydrogen makuha gikan sa usa lang ka molekula sa methane.
Niining paagiha, ang hydrogen mahimong maprodyus pinaagi sa mga proseso sama sa "steam reforming" ug "pyrolysis" sa natural gas ug karbon. Ang "Blue hydrogen" nagtumong sa hydrogen nga gihimo niining paagiha.
Apan, sa kini nga kaso, ang carbon monoxide ug carbon dioxide gihimo isip mga by-product. Busa kinahanglan nimo kining i-recycle sa dili pa kini ipagawas sa atmospera. Ang by-product nga carbon dioxide, kon dili mabawi, mahimong hydrogen gas, nga nailhan nga "grey hydrogen".

Unsang Klase 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 pinakadako sa uniberso, nga nagkantidad og mga 90% sa tanang elemento sa uniberso. Ang pinakagamay nga atomo nga gilangkoban 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 nga "deuterium" ug duha ka neutron-bonded nga "tritium". Kini usab mga materyales alang sa fusion power generation.
Sulod sa usa ka bituon sama sa adlaw, nahitabo ang nuclear fusion gikan sa hydrogen ngadto sa helium, nga mao ang tinubdan sa enerhiya aron mosidlak ang bituon.
Apan, talagsa ra maglungtad ang hydrogen isip gas sa Yuta. Ang hydrogen moporma og mga compound uban sa ubang mga elemento sama sa tubig, methane, ammonia ug ethanol. Tungod kay ang hydrogen usa ka gaan nga elemento, samtang motaas ang temperatura, ang gikusgon sa paglihok sa mga molekula sa hydrogen motaas, ug mogawas gikan sa grabidad sa yuta ngadto sa kawanangan.

Unsaon Paggamit sa Hydrogen? Gamiton pinaagi sa Pagsunog

Nan, unsaon paggamit ang "hydrogen", nga nakadani sa atensyon sa tibuok kalibutan isip sunod nga henerasyon nga tinubdan sa enerhiya? Gigamit kini sa duha ka pangunang paagi: "combustion" ug "fuel cell". Magsugod kita sa paggamit sa "burn".
Adunay duha ka pangunang matang sa pagkasunog nga gigamit.
Ang una mao ang panggatong sa rocket. Ang H-IIA rocket sa Japan naggamit og hydrogen gas nga "liquid hydrogen" ug "liquid oxygen" nga anaa usab sa cryogenic state isip panggatong. Kining duha gihiusa, ug ang enerhiya sa kainit nga namugna niadtong panahona nagpadali sa pag-inject sa mga molekula sa tubig nga namugna, nga molupad ngadto sa kawanangan. Apan, tungod kay kini usa ka teknikal nga lisod nga makina, gawas sa Japan, ang Estados Unidos, Europe, Russia, China ug India lamang ang malampusong naghiusa niini nga panggatong.
Ang ikaduha mao ang pagmugna og kuryente. Ang pagmugna og kuryente sa gas turbine naggamit usab sa pamaagi sa paghiusa sa hydrogen ug oxygen aron makamugna og enerhiya. Sa ato pa, kini usa ka pamaagi nga nagtan-aw sa thermal energy nga gihimo sa hydrogen. Sa mga thermal power plant, ang kainit gikan sa pagsunog sa karbon, lana ug natural gas nagmugna og alisngaw nga nagpadagan sa mga turbine. Kung ang hydrogen gamiton isip tinubdan sa kainit, ang power plant mahimong carbon neutral.

Unsaon Paggamit sa Hydrogen? Gigamit isip Fuel Cell

Laing paagi sa paggamit sa hydrogen mao ang paggamit niini isip fuel cell, nga direktang nag-convert sa hydrogen ngadto sa elektrisidad. Ilabi na, ang Toyota nakadani sa atensyon sa Japan pinaagi sa pag-promote sa mga sakyanan nga gipadagan sa hydrogen imbes nga mga electric vehicle (EV) isip alternatibo sa mga sakyanan nga naggamit og gasolina isip kabahin sa ilang mga lakang sa pag-atubang sa global warming.
Sa piho, among gibuhat ang baliskad nga pamaagi sa pagpaila sa pamaagi sa paggama sa "green hydrogen". Ang kemikal nga pormula mao ang mosunod.
Ang hydrogen makamugna og tubig (init nga tubig o alisngaw) samtang nagmugna og kuryente, ug kini masusi tungod kay wala kini maghatag og palas-anon sa kalikopan. Sa laing bahin, kini nga pamaagi adunay medyo ubos nga kahusayan sa pagmugna og kuryente nga 30-40%, ug nanginahanglan og platinum isip katalista, busa nanginahanglan og dugang nga gasto.
Sa pagkakaron, naggamit kita og polymer electrolyte fuel cells (PEFC) ug phosphoric acid fuel cells (PAFC). Sa partikular, ang mga fuel cell vehicle naggamit og PEFC, busa gilauman nga mokaylap pa kini sa umaabot.

Luwas ba ang Pagtipig ug Pagdala sa Hydrogen?

Karon, sa among hunahuna nasabtan na nimo kung giunsa paghimo ug paggamit ang hydrogen gas. Busa unsaon nimo pagtipig kini nga hydrogen? Giunsa nimo kini makuha kung asa nimo kini kinahanglan? Kumusta man ang seguridad nianang panahona? Among ipasabut.
Sa tinuod lang, ang hydrogen usa usab ka delikado nga elemento. Sa pagsugod sa ika-20 nga siglo, gigamit nato ang hydrogen isip gas sa pagpalupad sa mga balloon, balloon, ug mga airship sa kalangitan tungod kay kini hayag kaayo. Apan, niadtong Mayo 6, 1937, sa New Jersey, USA, nahitabo ang "pagbuto sa airship Hindenburg".
Sukad sa aksidente, kaylap nga giila nga delikado ang hydrogen gas. Ilabi na kung kini masunog, kini mobuto nga kusog uban ang oksiheno. Busa, ang "pagpalayo sa oksiheno" o "pagpalayo sa kainit" hinungdanon kaayo.
Human sa paghimo niini nga mga lakang, nakahimo kami og pamaagi sa pagpadala.
Ang hydrogen usa ka gas sa temperatura sa kwarto, busa bisan kung gas gihapon kini, kini dako kaayo. Ang unang pamaagi mao ang pag-apply og taas nga presyur ug pag-compress sama sa usa ka silindro kung maghimo og carbonated nga mga ilimnon. Pag-andam og espesyal nga high-pressure tank ug tipigi kini ubos sa mga kondisyon nga taas ang presyur sama sa 45Mpa.
Ang Toyota, nga nagpalambo sa mga fuel cell vehicle (FCV), nagpalambo sa usa ka resin high-pressure hydrogen tank nga makasugakod sa 70 MPa nga presyur.
Laing pamaagi mao ang pagpabugnaw ngadto sa -253°C aron makahimo og likidong hydrogen, ug pagtipig ug pagdala niini sa mga espesyal nga tangke nga adunay insulasyon sa kainit. Sama sa LNG (liquefied natural gas) kung ang natural nga gas gi-import gikan sa gawas sa nasud, ang hydrogen gitunaw atol sa transportasyon, nga nagpakunhod sa gidaghanon niini ngadto sa 1/800 sa gaseous nga kahimtang niini. Niadtong 2020, nahuman nato ang unang liquid hydrogen carrier sa kalibutan. Bisan pa, kini nga pamaagi dili angay alang sa mga fuel cell nga sakyanan tungod kay kini nanginahanglan daghang enerhiya aron mobugnaw.
Adunay pamaagi sa pagtipig ug pagpadala sa mga tangke nga sama niini, apan nagpalambo usab kami og ubang mga pamaagi sa pagtipig sa hydrogen.
Ang pamaagi sa pagtipig mao ang paggamit sa hydrogen storage alloys. Ang hydrogen adunay kinaiya sa pagsulod sa mga metal ug pagkadaot niini. Kini usa ka tip sa pag-uswag nga naugmad sa Estados Unidos kaniadtong 1960. JJ Reilly et al. Gipakita sa mga eksperimento nga ang hydrogen mahimong tipigan ug ipagawas gamit ang usa ka alloy sa magnesium ug vanadium.
Human niana, malampuson niyang naugmad ang usa ka substansiya, sama sa palladium, nga makasuhop og hydrogen nga 935 ka pilo sa kaugalingon niining gidaghanon.
Ang bentaha sa paggamit niini nga haluang metal mao nga kini makapugong sa mga aksidente sa pagtulo sa hydrogen (kasagaran mga aksidente sa pagbuto). Busa, kini luwas nga matipigan ug madala. Bisan pa, kung dili ka mag-amping ug ibilin kini sa dili husto nga palibot, ang mga hydrogen storage alloy mahimong mopagawas sa hydrogen gas sa paglabay sa panahon. Aw, bisan ang gamay nga aligato mahimong hinungdan sa aksidente sa pagbuto, busa pag-amping.
Kini usab adunay disbentaha nga ang balik-balik nga pagsuhop ug pag-desorption sa hydrogen mosangpot sa pagkahumok ug pagkunhod sa rate sa pagsuhop sa hydrogen.
Ang usa pa mao ang paggamit og mga tubo. Adunay kondisyon nga kini kinahanglan nga dili ma-compress ug ubos ang presyur aron malikayan ang pagkaguba sa mga tubo, apan ang bentaha mao nga magamit ang kasamtangang mga tubo sa gas. Ang Tokyo Gas naghimo og trabaho sa konstruksyon sa Harumi FLAG, gamit ang mga pipeline sa gas sa siyudad aron pagsuplay og hydrogen sa mga fuel cell.

Umaabot nga Katilingban nga Gibuhat sa Hydrogen Energy

Sa katapusan, atong hisgotan ang papel nga mahimo sa hydrogen sa katilingban.
Mas importante nga gusto natong ipasiugda ang usa ka katilingban nga walay carbon, atong gamiton ang hydrogen aron makamugna og kuryente imbes nga enerhiya sa kainit.
Imbis nga dagkong mga planta sa kuryente nga adunay kainit (thermal power plant), ang ubang mga panimalay nagpaila sa mga sistema sama sa ENE-FARM, nga naggamit sa hydrogen nga nakuha pinaagi sa pag-reform sa natural gas aron makamugna sa gikinahanglan nga kuryente. Bisan pa, ang pangutana kung unsa ang buhaton sa mga by-product sa proseso sa pag-reform nagpabilin.

Sa umaabot, kon ang sirkulasyon sa hydrogen mismo modaghan, sama sa pagdugang sa gidaghanon sa mga estasyon sa pag-refuel sa hydrogen, posible na nga magamit ang kuryente nga dili mobuga og carbon dioxide. Ang kuryente nagpatungha og green hydrogen, siyempre, busa naggamit kini og kuryente nga gikan sa kahayag sa adlaw o hangin. Ang gahum nga gigamit para sa electrolysis kinahanglan nga mao ang gahum aron mapugngan ang gidaghanon sa pagmugna og kuryente o aron ma-charge ang rechargeable nga baterya kung adunay sobra nga gahum gikan sa natural nga enerhiya. Sa ato pa, ang hydrogen naa sa parehas nga posisyon sa rechargeable nga baterya. Kung kini mahitabo, sa ngadto-ngadto posible nga makunhuran ang pagmugna og thermal power. Ang adlaw nga mawala ang internal combustion engine sa mga sakyanan paspas nga nagkaduol.

Mahimo usab nga makuha ang hydrogen pinaagi sa laing paagi. Sa tinuud, ang hydrogen usa gihapon ka by-product sa paghimo og caustic soda. Lakip sa ubang mga butang, kini usa ka by-product sa paghimo og coke sa paghimo og puthaw. Kung imong ibutang kini nga hydrogen sa distribusyon, makakuha ka og daghang mga gigikanan. Ang hydrogen gas nga gihimo niining paagiha gisuplay usab sa mga estasyon sa hydrogen.

Atong tan-awon pa ang umaabot. Ang gidaghanon sa enerhiya nga nawala usa usab ka isyu sa pamaagi sa transmission nga naggamit og mga wire aron magsuplay og 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 mopalit og tangke sa hydrogen sa balay aron makamugna og kuryente para sa matag panimalay. Ang mga mobile device nga nagdagan gamit ang mga baterya sa hydrogen nahimong komon na. Makapainteres nga makita ang ingon nga umaabot.