Rreth hidrogjenit të energjisë së gjeneratës së ardhshme

Ne do të prezantojmë "hidrogjenin", gjeneratën e ardhshme të energjisë që është neutral ndaj karbonit. Hidrogjeni ndahet në tre lloje: "hidrogjen jeshil", "hidrogjen blu" dhe "hidrogjen gri", secila prej të cilave ka një metodë të ndryshme prodhimi. Ne do të shpjegojmë gjithashtu çdo metodë të prodhimit, vetitë fizike si elemente, metodat e ruajtjes/transportit dhe metodat e përdorimit. Dhe gjithashtu do të prezantoj pse është gjenerata e ardhshme burimi dominues i energjisë.

Elektroliza e ujit për të prodhuar hidrogjen të gjelbër

Kur përdorni hidrogjen, është e rëndësishme të "prodhoni hidrogjen" gjithsesi. Mënyra më e lehtë është të "elektrolizosh ujin". Ndoshta keni bërë në shkollën e mesme të shkencave. Mbushni gotën me ujë dhe elektroda në ujë. Kur një bateri lidhet me elektrodat dhe aktivizohet, reaksionet e mëposhtme ndodhin në ujë dhe në secilën elektrodë.
Në katodë, H+ dhe elektronet kombinohen për të prodhuar gaz hidrogjen, ndërsa anoda prodhon oksigjen. Megjithatë, kjo qasje është e mirë për eksperimentet shkencore të shkollave, por për të prodhuar hidrogjen në mënyrë industriale, duhet të përgatiten mekanizma efikasë të përshtatshëm për prodhim në shkallë të gjerë. Kjo është "elektroliza e membranës së elektrolitit polimer (PEM)".
Në këtë metodë, një membranë gjysmë e përshkueshme polimer që lejon kalimin e joneve të hidrogjenit vendoset midis një anode dhe një katode. Kur uji derdhet në anodën e pajisjes, jonet e hidrogjenit të prodhuara nga elektroliza lëvizin përmes një membrane gjysmë të përshkueshme në katodë, ku shndërrohen në hidrogjen molekular. Nga ana tjetër, jonet e oksigjenit nuk mund të kalojnë nëpër membranën gjysmë të përshkueshme dhe të bëhen molekula oksigjeni në anodë.
Gjithashtu në elektrolizën alkaline të ujit, ju krijoni hidrogjen dhe oksigjen duke ndarë anodën dhe katodën përmes një ndarësi përmes të cilit mund të kalojnë vetëm jonet hidroksid. Përveç kësaj, ekzistojnë metoda industriale të tilla si elektroliza me avull në temperaturë të lartë.
Duke i kryer këto procese në shkallë të gjerë, mund të përftohen sasi të mëdha hidrogjeni. Në këtë proces, prodhohet gjithashtu një sasi e konsiderueshme oksigjeni (gjysma e vëllimit të hidrogjenit të prodhuar), kështu që nuk do të kishte asnjë ndikim negativ në mjedis nëse lëshohej në atmosferë. Megjithatë, elektroliza kërkon shumë energji elektrike, kështu që hidrogjeni pa karbon mund të prodhohet nëse prodhohet me energji elektrike që nuk përdor lëndë djegëse fosile, si turbinat e erës dhe panelet diellore.
Ju mund të merrni "hidrogjen të gjelbër" duke elektrolizuar ujin duke përdorur energji të pastër.

Ekziston edhe një gjenerator hidrogjeni për prodhimin në shkallë të gjerë të këtij hidrogjeni të gjelbër. Duke përdorur PEM në seksionin e elektrolizuesit, hidrogjeni mund të prodhohet vazhdimisht.

Hidrogjeni blu i bërë nga lëndë djegëse fosile

Pra, cilat janë mënyrat e tjera për të bërë hidrogjen? Hidrogjeni ekziston në lëndët djegëse fosile si gazi natyror dhe qymyri si substanca të tjera përveç ujit. Për shembull, merrni parasysh metanin (CH4), përbërësin kryesor të gazit natyror. Këtu ka katër atome hidrogjeni. Ju mund të merrni hidrogjen duke hequr këtë hidrogjen.
Një nga këto është një proces i quajtur "reformimi i metanit me avull" që përdor avull. Formula kimike e kësaj metode është si më poshtë.
Siç mund ta shihni, monoksidi i karbonit dhe hidrogjeni mund të nxirren nga një molekulë e vetme metani.
Në këtë mënyrë, hidrogjeni mund të prodhohet përmes proceseve të tilla si "reformimi me avull" dhe "piroliza" e gazit natyror dhe qymyrit. "Hidrogjeni blu" i referohet hidrogjenit të prodhuar në këtë mënyrë.
Megjithatë, në këtë rast, monoksidi i karbonit dhe dioksidi i karbonit prodhohen si nënprodukte. Kështu që ju duhet t'i ricikloni para se të lëshohen në atmosferë. Nënprodukti i dioksidit të karbonit, nëse nuk rikuperohet, bëhet gaz hidrogjen, i njohur si "hidrogjen gri".

Çfarë lloj elementi është hidrogjeni?

Hidrogjeni ka një numër atomik 1 dhe është elementi i parë në tabelën periodike.
Numri i atomeve është më i madhi në univers, duke përbërë rreth 90% të të gjithë elementëve në univers. Atomi më i vogël i përbërë nga një proton dhe një elektron është atomi i hidrogjenit.
Hidrogjeni ka dy izotope me neutrone të bashkangjitur në bërthamë. Një "deuterium" i lidhur me neutron dhe dy "tritium" të lidhur me neutron. Këto janë gjithashtu materiale për prodhimin e energjisë me shkrirje.
Brenda një ylli si dielli, po ndodh shkrirja bërthamore nga hidrogjeni në helium, i cili është burimi i energjisë që ylli të shkëlqejë.
Megjithatë, hidrogjeni rrallë ekziston si gaz në Tokë. Hidrogjeni formon komponime me elementë të tjerë si uji, metani, amoniaku dhe etanoli. Meqenëse hidrogjeni është një element i lehtë, ndërsa temperatura rritet, shpejtësia e lëvizjes së molekulave të hidrogjenit rritet dhe largohet nga graviteti i tokës në hapësirën e jashtme.

Si të përdorni hidrogjenin? Përdorimi me djegie

Atëherë, si përdoret “hidrogjeni”, i cili ka tërhequr vëmendjen në mbarë botën si një burim energjie i gjeneratës së ardhshme? Përdoret në dy mënyra kryesore: "djegie" dhe "qelizë karburanti". Le të fillojmë me përdorimin e "djegur".
Përdoren dy lloje kryesore të djegies.
E para është si karburant raketash. Raketa H-IIA e Japonisë përdor gaz hidrogjeni "hidrogjen i lëngshëm" dhe "oksigjen i lëngshëm" i cili gjithashtu është në gjendje kriogjenike si lëndë djegëse. Këto të dyja kombinohen dhe energjia e nxehtësisë e gjeneruar në atë kohë përshpejton injektimin e molekulave të ujit të krijuara, duke fluturuar në hapësirë. Megjithatë, për shkak se është një motor teknikisht i vështirë, përveç Japonisë, vetëm Shtetet e Bashkuara, Evropa, Rusia, Kina dhe India e kanë kombinuar me sukses këtë karburant.
E dyta është prodhimi i energjisë. Prodhimi i energjisë nga turbinat me gaz përdor gjithashtu metodën e kombinimit të hidrogjenit dhe oksigjenit për të gjeneruar energji. Me fjalë të tjera, është një metodë që shikon energjinë termike të prodhuar nga hidrogjeni. Në termocentralet, nxehtësia nga djegia e qymyrit, naftës dhe gazit natyror prodhon avull që lëviz turbinat. Nëse hidrogjeni përdoret si burim nxehtësie, termocentrali do të jetë neutral ndaj karbonit.

Si të përdorni hidrogjenin? Përdoret si një qelizë karburanti

Një mënyrë tjetër për të përdorur hidrogjenin është si një qelizë karburanti, e cila konverton hidrogjenin drejtpërdrejt në energji elektrike. Në veçanti, Toyota ka tërhequr vëmendjen në Japoni duke reklamuar automjetet me karburant hidrogjeni në vend të automjeteve elektrike (EV) si një alternativë ndaj automjeteve me benzinë ​​si pjesë e kundërmasave të saj për ngrohjen globale.
Konkretisht, ne po bëjmë procedurën e kundërt kur prezantojmë metodën e prodhimit të "hidrogjenit të gjelbër". Formula kimike është si më poshtë.
Hidrogjeni mund të gjenerojë ujë (ujë të nxehtë ose avull) gjatë gjenerimit të energjisë elektrike dhe mund të vlerësohet sepse nuk ngarkon mjedisin. Nga ana tjetër, kjo metodë ka një efikasitet relativisht të ulët të prodhimit të energjisë prej 30-40%, dhe kërkon platinin si katalizator, duke kërkuar kështu kosto të shtuara.
Aktualisht, ne jemi duke përdorur qelizat e karburantit të elektrolitit polimer (PEFC) dhe qelizat e karburantit të acidit fosforik (PAFC). Në veçanti, automjetet me qeliza karburanti përdorin PEFC, kështu që mund të pritet të përhapet në të ardhmen.

A është i sigurt ruajtja dhe transporti i hidrogjenit?

Deri tani, ne mendojmë se e kuptoni se si prodhohet dhe përdoret gazi hidrogjen. Pra, si e ruani këtë hidrogjen? Si ta merrni atje ku keni nevojë? Po siguria në atë kohë? Ne do të shpjegojmë.
Në fakt, hidrogjeni është gjithashtu një element shumë i rrezikshëm. Në fillim të shekullit të 20-të, ne përdorëm hidrogjenin si gaz për të notuar balona, ​​balona dhe aeroplanë në qiell, sepse ishte shumë i lehtë. Megjithatë, më 6 maj 1937, në Nju Xhersi, SHBA, ndodhi "shpërthimi i aeroplanit Hindenburg".
Që nga aksidenti, është njohur gjerësisht se gazi hidrogjen është i rrezikshëm. Sidomos kur merr flakë, do të shpërthejë dhunshëm me oksigjen. Prandaj, "të mbani larg oksigjenit" ose "të mbani larg nxehtësisë" është thelbësore.
Pas marrjes së këtyre masave, ne dolëm me një metodë transporti.
Hidrogjeni është një gaz në temperaturën e dhomës, kështu që edhe pse është ende gaz, është shumë i rëndë. Metoda e parë është të aplikoni presion të lartë dhe të ngjeshni si një cilindër kur bëni pije të gazuara. Përgatitni një rezervuar të posaçëm me presion të lartë dhe ruajeni në kushte presioni të lartë si 45Mpa.
Toyota, e cila zhvillon automjete me qeliza karburanti (FCV), po zhvillon një rezervuar hidrogjeni me presion të lartë me rrëshirë që mund të përballojë presionin 70 MPa.
Një metodë tjetër është ftohja deri në -253°C për të prodhuar hidrogjen të lëngshëm dhe ruajtja dhe transportimi i tij në rezervuarë të veçantë të izoluar nga nxehtësia. Ashtu si LNG (gazi i lëngshëm natyror) kur gazi natyror importohet nga jashtë, hidrogjeni lëngëzohet gjatë transportit, duke e zvogëluar vëllimin e tij në 1/800 të gjendjes së tij të gaztë. Në vitin 2020, ne përfunduam transportuesin e parë të hidrogjenit të lëngshëm në botë. Megjithatë, kjo qasje nuk është e përshtatshme për automjetet me qeliza karburanti, sepse kërkon shumë energji për t'u ftohur.
Ekziston një metodë e ruajtjes dhe transportit në tanke si kjo, por ne po zhvillojmë edhe metoda të tjera të ruajtjes së hidrogjenit.
Metoda e ruajtjes është përdorimi i lidhjeve të ruajtjes së hidrogjenit. Hidrogjeni ka veti të depërtojë në metale dhe t'i përkeqësojë ato. Ky është një këshillë zhvillimi që u zhvillua në Shtetet e Bashkuara në vitet 1960. JJ Reilly et al. Eksperimentet kanë treguar se hidrogjeni mund të ruhet dhe lirohet duke përdorur një aliazh magnezi dhe vanadiumi.
Pas kësaj, ai zhvilloi me sukses një substancë, siç është paladiumi, i cili mund të thithë hidrogjenin 935 herë më shumë se vëllimi i tij.
Avantazhi i përdorimit të kësaj aliazhi është se mund të parandalojë aksidentet e rrjedhjes së hidrogjenit (kryesisht aksidentet e shpërthimit). Prandaj, mund të ruhet dhe transportohet në mënyrë të sigurt. Megjithatë, nëse nuk jeni të kujdesshëm dhe e lini atë në mjedisin e gabuar, lidhjet e ruajtjes së hidrogjenit mund të lëshojnë gaz hidrogjeni me kalimin e kohës. Epo, edhe një shkëndijë e vogël mund të shkaktojë një aksident shpërthimi, prandaj kini kujdes.
Ai gjithashtu ka disavantazhin që thithja dhe desorbimi i përsëritur i hidrogjenit çojnë në brishtësinë dhe zvogëlojnë shkallën e përthithjes së hidrogjenit.
Tjetra është përdorimi i tubave. Ekziston një kusht që duhet të jetë jo i ngjeshur dhe me presion të ulët për të parandaluar brishtësinë e tubave, por avantazhi është se mund të përdoren tubacionet ekzistuese të gazit. Tokyo Gas kreu punë ndërtimore në Harumi FLAG, duke përdorur tubacionet e gazit të qytetit për të furnizuar me hidrogjen në qelizat e karburantit.

Shoqëria e së ardhmes Krijuar nga Energjia e Hidrogjenit

Së fundi, le të shqyrtojmë rolin që hidrogjeni mund të luajë në shoqëri.
Më e rëndësishmja, ne duam të promovojmë një shoqëri pa karbon, ne përdorim hidrogjenin për të prodhuar energji elektrike në vend të energjisë termike.
Në vend të termocentraleve të mëdhenj, disa familje kanë futur sisteme të tilla si ENE-FARM, të cilat përdorin hidrogjenin e marrë nga reformimi i gazit natyror për të prodhuar energjinë elektrike të nevojshme. Megjithatë, pyetja se çfarë të bëhet me nënproduktet e procesit të reformës mbetet.

Në të ardhmen, nëse rritet vetë qarkullimi i hidrogjenit, si për shembull rritja e numrit të stacioneve të karburantit me hidrogjen, do të jetë e mundur të përdoret energjia elektrike pa emetuar dioksid karboni. Energjia elektrike prodhon hidrogjen të gjelbër, natyrisht, kështu që përdor energjinë elektrike të prodhuar nga rrezet e diellit ose era. Fuqia e përdorur për elektrolizë duhet të jetë fuqia për të shtypur sasinë e prodhimit të energjisë ose për të ngarkuar baterinë e ringarkueshme kur ka energji të tepërt nga energjia natyrore. Me fjalë të tjera, hidrogjeni është në të njëjtin pozicion si bateria e ringarkueshme. Nëse kjo ndodh, përfundimisht do të jetë e mundur të reduktohet prodhimi i energjisë termike. Dita kur motori me djegie të brendshme zhduket nga makinat po afron me shpejtësi.

Hidrogjeni mund të merret edhe përmes një rruge tjetër. Në fakt, hidrogjeni është ende një nënprodukt i prodhimit të sodës kaustike. Ndër të tjera, ai është një nënprodukt i prodhimit të koksit në prodhimin e hekurit. Nëse e vendosni këtë hidrogjen në shpërndarje, do të jeni në gjendje të merrni burime të shumta. Gazi hidrogjen i prodhuar në këtë mënyrë furnizohet edhe nga stacionet e hidrogjenit.

Le të shohim më tej në të ardhmen. Sasia e energjisë së humbur është gjithashtu një problem me metodën e transmetimit që përdor telat për të furnizuar energjinë. Prandaj, në të ardhmen, ne do të përdorim hidrogjenin e shpërndarë nga tubacionet, ashtu si rezervuarët e acidit karbonik që përdoren në prodhimin e pijeve të gazuara dhe do të blejmë një rezervuar hidrogjeni në shtëpi për të prodhuar energji elektrike për çdo familje. Pajisjet celulare që funksionojnë me bateri hidrogjeni po bëhen të zakonshme. Do të jetë interesante të shihet një e ardhme e tillë.