Elektroliza vode za proizvodnju H2 i O2
Titanijumske anode, ključni dijelovi elektrolitičke opreme za vodonik i kiseonik, imaju stabilan kvalitet, ekološki su prihvatljivi i nemaju sekundarno zagađenje, nizak prepotencijal, dobar efekat uštede energije i mogu uštedjeti 15-20% energije. Postoje ploče, mrežice, cijevi i dijelovi posebnog oblika.
1. Napredak istraživanja proizvodnje vodonika elektrolizom vode Proizvodnja vodonika elektrolizom vode je važno sredstvo za postizanje industrijske i jeftine pripreme H2 i može proizvesti proizvode čistoće od 99% do 99,9%. Svake godine potrošnja električne energije u mojoj zemlji za proizvodnju vodonika elektrolizom vode dostiže više od (1,5×107) kW·h. Kada struja prolazi između elektroda, vodik se proizvodi na katodi, kisik na anodi, a voda se elektrolizira [2]. Osnovni dio opreme za proizvodnju vodika za elektrolizu vode je elektrolitička ćelija, a materijal elektrode je ključ za elektrolitičku ćeliju. Kvaliteta rada elektrode u velikoj mjeri određuje napon ćelije i potrošnju energije elektrolize vode, te direktno utječe na cijenu. Efikasnost obezbjeđivanja električne energije za razgradnju vode za proizvodnju vodonika je općenito 75% do 85%. Proces je jednostavan i bez zagađenja, ali je potrošnja energije velika, pa je njegova primjena podložna određenim ograničenjima. Elektroliza vode vrši se u elektrolitičkoj ćeliji koja je napunjena elektrolitom i dijafragmom podijeljena na anodnu i katodnu komoru. U svaku komoru se postavljaju elektrode. Kako voda ima vrlo nisku provodljivost, koristi se vodeni rastvor (koncentracija od oko 15%) sa elektrolitom. Kada struja prolazi između elektroda pod određenim naponom, vodik se proizvodi na katodi, a kisik na anodi, čime se postiže elektroliza vode. Teoretski, metali platine su najidealniji metali za elektrode za elektrolizu vode, ali u praksi se niklovane željezne elektrode često koriste za smanjenje troškova opreme i proizvodnje. Kada se voda elektrolizira, formula reakcije elektrode je sljedeća [3]. U kiselom rastvoru, katodna reakcija: 4H++4e=2H2∏=0V Anodna reakcija: 2H2O =4H++O2+4e∏ =1.23V U alkalnom rastvoru, katodna reakcija: 4H2O +4e=2H2+4OH∏=-0.828V Anodna reakcija: 4OH-=2 H2O+O2+4e∏=0.401V Kao što se može vidjeti iz gornje formule, ukupna reakcija elektrolize vode je sljedeća, bilo u kiselom ili alkalnom rastvoru. 2H2O=2H{{45}O2 Teoretski napon razlaganja vode nema nikakve veze sa pH vrijednošću, tako da se kiseli ili alkalni rastvori mogu koristiti kao elektroliti. Međutim, iz perspektive strukture elektrolitičke ćelije i odabira materijala, upotreba kiselih otopina sklona je raznim greškama. Stoga se alkalne otopine sada koriste u industriji.
(1) Tradicionalna tehnologija alkalne elektrolize Elektroliza alkalne vode je trenutno uobičajena i zrela metoda za pripremu vodonika. Ova metoda ne zahtijeva visoku opremu, a ulaganja su uglavnom koncentrisana u opremu; proizvedeni vodonik je visoke čistoće, ali efikasnost nije velika. Proces je također relativno ekološki prihvatljiv i bez zagađenja, ali troši mnogo električne energije i stoga podliježe određenim ograničenjima. Pritisak elektrolize vode u industriji je generalno između 1,65 i 2,2 V. Vek trajanja elektrodnog materijala i potrošnja energije elektrolize vode su ključni faktori u proceni kvaliteta elektrodnih materijala za elektrolizu sa alkalnom vodom. Kada gustina struje nije velika, glavni faktor uticaja je prepotencijal; kada se gustina struje poveća, prenaponski i otporni pad napona postaju glavni faktori potrošnje energije. U praktičnim primenama, industrijske elektrode treba da imaju sledeće karakteristike [3]: (1) veliku površinu; (2) visoka provodljivost; (3) dobra elektrokatalitička aktivnost; (4) dugoročna mehanička i hemijska stabilnost; (5) taloženje malih mehurića; (6) visoka selektivnost; (7) lako se dobija i ima nisku cenu; (8) sigurnost. Elektroliza vode često zahteva veću gustinu struje (iznad 4000 A/m2), pa su tačke 2 i 4 važnije. Budući da visoka provodljivost može smanjiti gubitak energije uzrokovan omskom polarizacijom, visoka stabilnost osigurava dug vijek trajanja materijala elektroda. 1 i 3 su zahtjevi za smanjenje prevelikog potencijala evolucije vodonika i kisika, a također su važni pokazatelji za procjenu performansi elektroda.
(2) Čvrsti polimerni elektrolit SPE tehnologija vodene elektrolize Budući da elektrolizator s tekućinom kao elektrolitom ima nisku efikasnost, nezgodan je za pomicanje i često zahtijeva održavanje, ljudi su aktivno u potrazi za novim elektrolitima, što je potaknulo razvoj i istraživanje primjene čvrstog polimera elektrolit (SPE), poznat i kao membrana za izmjenu protona (PEM). Trenutno, elektrolizer koristi čvrstu Nafion perfluorsulfonsku membranu kao elektrolit. Elektroda koristi plemenite metale ili njihove okside s visokim katalitičkim performansama, koji se prave u obliku praha sa velikom specifičnom površinom, te su vezani i pritisnuti s obje strane Nafion membrane pomoću teflona kako bi se formirala stabilna kombinacija membrane i elektrode.
(3) Proces elektrolize na visokoj temperaturi Još jedna metoda proizvodnje vodika elektrolizom vode je elektroliza na visokoj temperaturi. Ovo je metoda izvedena iz gorivnih ćelija čvrstog oksida. Komora za elektrolizu općenito koristi Y2O3-stabilizirani ZrO2 kao elektrolit. Što je temperatura viša, to je manji otpor. Međutim, iz perspektive otpornosti materijala na toplinu, gornja temperaturna granica je poželjno 1000 stepeni. Obično se kao katoda koristi miješano sinterirano tijelo od nikla i keramike, a kao anoda se koristi provodljivi kalcijum-titan kompozitni oksid.
2. Razvoj biološke proizvodnje vodonika Tema upotrebe mikroorganizama za proizvodnju vodonika proučavana je decenijama. Tridesetih godina prošlog stoljeća objavljen je prvi izvještaj o bakterijskoj tamnoj fermentaciji za proizvodnju vodika. Nakon toga, 1942. godine, Gaffron i Rubin su izvijestili da zelene alge koriste svjetlosnu energiju za proizvodnju vodika, a 1949. Gest i Kamen su otkrili fototrofne bakterije koje proizvode vodonik. Spruit je 1958. potvrdio da alge mogu proizvesti vodonik direktnom fotolizom bez potrebe za fiksacijom ugljičnog dioksida. Healyjevo (1970.) istraživanje je pokazalo da kada je intenzitet svjetlosti previsok, proces proizvodnje vodika kod Chlamydomonas moewsuii će biti inhibiran zbog proizvodnje kisika. Tokom energetske krize 1970-ih, rađena su mnoga istraživanja o proizvodnji biovodonika širom svijeta. Thauer je 1976. istaknuo da je tamnu fermentaciju teško primijeniti u stvarnoj proizvodnji jer se može proizvesti samo 4 mola vodika i 2 mola octene kiseline iz najviše 1 mol glukoze. Fototrofne bakterije mogu u potpunosti pretvoriti supstrate kao što su organske kiseline u vodik, tako da su se od tada istraživanja proizvodnje biovodika u osnovi fokusirala na fotofermentaciju. Početkom 1980-ih, podrška obnovljivoj energiji u istraživačkim i razvojnim programima (R&D) širom svijeta postepeno je opadala. Do ranih 1990-ih, ekološki problemi su postajali sve ozbiljniji, a pažnja ljudi bila je usmjerena na alternativnu energiju. Uz podršku istraživanja i razvoja proizvodnje biovodika u Njemačkoj, Japanu i Sjedinjenim Državama, područje algi koje koriste svjetlosnu energiju za proizvodnju vodika iz vode je široko proučavano. Međutim, ukupna efikasnost konverzije solarne energije u ovom procesu je još uvijek vrlo niska. S druge strane, tamna fermentacija i fototrofne bakterije mogu proizvesti vodik iz jeftinih supstrata ili organskog otpada. Budući da može i proizvoditi čistu energiju i tretirati organski otpad, vlade SAD-a i Japana podržale su nekoliko dugoročnih istraživačkih programa. Očekuje se da će praktična primjena tehnologije proizvodnje biovodonika biti realizovana sredinom 21. stoljeća. Prošlo je više od pola stoljeća od otkrića mikrobne proizvodnje vodonika, ali proizvodnja biovodonika nije primijenjena u praksi. Mnogi tehnički problemi, kao što su skrining mikroorganizama, dizajn reaktora i optimizacija radnih uslova, ostaju da se reše, a pažnju je posvetila i cena ove tehnologije. Ekonomski gledano, tehnologija proizvodnje biovodonika ne može se u bliskoj budućnosti takmičiti sa tradicionalnom hemijskom tehnologijom proizvodnje vodonika. Međutim, iz perspektive zaštite životne sredine, izgledi za proizvodnju biovodonika biće veoma široki. Proizvodnja biovodonika uključuje: fotosintetski sistem proizvodnje biovodonika (također poznat kao sistem za proizvodnju vodonika direktnom biofotolizom); sistem za proizvodnju biovodonika fotolizom (također poznat kao sistem za indirektnu biofotolizu proizvodnje vodonika); fotosintetičke heterotrofne bakterije reakcija konverzije vodenog gasa sistem za proizvodnju vodonika; fotofermentacijski sistem za proizvodnju biovodonika; sistem za proizvodnju biovodonika anaerobne fermentacije (također poznat kao sistem proizvodnje biovodonika tamne fermentacije); fotosinteza-fermentacija hibridni sistem proizvodnje biovodonika; in vitro sistem za proizvodnju biovodonika hidrogenaze, itd. Energija vodonika je čist izvor energije visoke kalorične vrijednosti. Upotreba obnovljivih vodnih resursa u prirodi za proizvodnju vodika je nesumnjivo poželjna metoda za čovječanstvo u budućnosti.
Nakon više od pola stoljeća istraživanja, iako su proizvodnja vodonika elektrolizom vode i tehnologija proizvodnje biovodika postigle veliki napredak, one su još uvijek u osnovi u fazi razvoja i još uvijek nisu stavljene u praktičnu upotrebu. Različiti ograničavajući faktori kao što su niska efikasnost konverzije solarne energije, visoka potrošnja energije za proizvodnju vodonika elektrolizom vode, inhibicija proizvoda, radni uslovi, itd. čine stopu proizvodnje vodonika u postojećim sistemima za proizvodnju vodonika nedovoljno visokom ili neekonomičnom, a mnoga druga uska grla su potrebna. da se dalje probija. Kako bismo dodatno smanjili troškove proizvodnje i povećali efikasnost proizvodnje, pripremićemo se za buduće komercijalne operacije.
Kompanija: Baoji Dynamic Trading Co., Ltd
Država:Kina
Dodaj: Baoti cesta, Jintai, Baoji grad, Shaanxi, Kina
Cel:+86 18391894207(WHATSAPP)
Gmail:alisa@jmyunti.com
Web stranica: www.jm-titanium.com
