Nếu chúng ta nghĩ về cách tạo ra nhiên liệu hydro, chúng ta sẽ phải đặt câu hỏi tại sao hydro được sử dụng làm nhiên liệu. Chà, khi hydro được sử dụng làm nhiên liệu trong pin nhiên liệu, đó là nhiên liệu sạch chỉ tạo ra nước.
Nhiều tài nguyên, trong đó có khí thiên nhiên, điện hạt nhân, sinh khốivà Năng lượng tái sinh Lượt thích hệ mặt trời và gió, có thể được sử dụng để sản xuất hydro.
Ưu điểm của nó làm cho nó trở thành sự lựa chọn nhiên liệu mong muốn cho các ứng dụng liên quan đến sản xuất năng lượng và vận tải. Nó có nhiều mục đích sử dụng, bao gồm điện di động, nhà cửa, ô tô, v.v.
Việc sử dụng pin nhiên liệu hydro như một sự thay thế sạch và hiệu quả cho động cơ đốt thông thường đã tăng trưởng đáng kể. Kết quả duy nhất của sự tương tác hóa học giữa hydro và oxy trong các pin nhiên liệu tạo ra điện này là nước.
Cần có một quy trình sản xuất phức tạp để sử dụng hết tiềm năng của pin nhiên liệu hydro.
Mục lục
Nhiên liệu hydro được sản xuất như thế nào - 4 phương pháp sản xuất chính
Có nhiều cách sản xuất nhiên liệu hydro. Ngày nay, điện phân và cải tạo khí tự nhiên—một quy trình nhiệt—là những kỹ thuật được sử dụng thường xuyên nhất. Các quy trình sinh học và sử dụng năng lượng mặt trời là hai cách tiếp cận khác.
- Quy trình nhiệt
- Quá trình điện phân
- Quy trình chạy bằng năng lượng mặt trời
- Quy trình sinh học
1. Quá trình nhiệt
Phương pháp nhiệt phổ biến nhất để sản xuất hydro là cải tạo hơi nước, đây là phản ứng ở nhiệt độ cao giữa hơi nước và nhiên liệu hydrocarbon tạo ra hydro.
Hydro có thể được sản xuất thông qua việc cải tiến các loại nhiên liệu hydrocarbon khác nhau, chẳng hạn như dầu diesel, khí tự nhiên, than khí hóa, sinh khối khí hóa và nhiên liệu lỏng tái tạo. Ngày nay, khí tự nhiên chuyển hóa hơi nước tạo ra gần 95% tổng lượng hydro.
2. Quá trình điện phân
Hydro và oxy có thể được chiết xuất từ nước bằng kỹ thuật điện phân. Máy điện phân là thiết bị thực hiện các quá trình điện phân. Nó tương tự như pin nhiên liệu ở chỗ nó tạo ra hydro từ các phân tử nước thay vì sử dụng năng lượng của phân tử hydro.
3. Quy trình sử dụng năng lượng mặt trời
Trong các hệ thống sử dụng năng lượng mặt trời, ánh sáng đóng vai trò là tác nhân tạo ra hydro. Một số quá trình sử dụng năng lượng mặt trời là nhiệt hóa, quang điện hóa và quang sinh học. Hydro được sản xuất thông qua các quá trình quang sinh học, dựa vào hoạt động quang hợp tự nhiên của vi khuẩn và tảo xanh.
Bằng cách sử dụng các chất bán dẫn cụ thể, các phản ứng quang điện hóa phân chia nước thành hydro và oxy. Năng lượng mặt trời tập trung được sử dụng trong quá trình tổng hợp hydro nhiệt hóa học mặt trời để thúc đẩy các phản ứng tách nước, thường kết hợp với các loại bổ sung như oxit kim loại.
4. Quá trình sinh học
Các vi sinh vật như vi khuẩn và vi tảo được sử dụng trong các quá trình sinh học và những sinh vật này có thể tạo ra hydro thông qua các phản ứng sinh học.
Bằng cách phân hủy các vật liệu hữu cơ như sinh khối hoặc nước thải, vi khuẩn có thể tạo ra hydro trong một quá trình được gọi là chuyển đổi sinh khối vi sinh vật. Ngược lại, các quá trình quang sinh học sử dụng ánh sáng mặt trời làm nguồn năng lượng cho vi khuẩn.
Nhiên liệu hydro được sản xuất như thế nào – 8 bước sản xuất
Sau khi thảo luận về các phương pháp sản xuất khác nhau, chúng ta hãy xem xét các quy trình cụ thể liên quan đến việc sản xuất pin nhiên liệu hydro, từ việc tìm kiếm nguyên liệu thô đến sản xuất nguồn năng lượng sạch. Chúng ta sẽ xem xét các quy trình tạo nên quá trình điện phân.
- Tìm nguồn cung ứng nguyên liệu thô
- Chuẩn bị chất xúc tác
- Chế tạo lắp ráp điện cực màng (MEA)
- Sản xuất tấm lưỡng cực
- Hội ngăn xếp tế bào nhiên liệu
- Cân bằng các thành phần thực vật
- Kiểm soát và kiểm tra chất lượng
- Triển khai và Tích hợp
1. Tìm nguồn cung ứng nguyên liệu thô
Việc thu mua nguyên liệu thô cần thiết để chế tạo pin nhiên liệu hydro là bước đầu tiên trong quy trình sản xuất. Các thành phần thiết yếu bao gồm vật liệu gốc carbon cho các tấm lưỡng cực, polyme cho màng điện phân và bạch kim hoặc các chất xúc tác khác cho phản ứng điện cực.
Thường được mua từ nhiều nhà cung cấp, những vật liệu này trải qua các quy trình đảm bảo chất lượng nghiêm ngặt để đảm bảo tính phù hợp của chúng cho việc sản xuất pin nhiên liệu.
2. Chuẩn bị chất xúc tác
Chất xúc tác, thường được làm bằng bạch kim, rất cần thiết cho khả năng tiến hành các phản ứng điện hóa của pin nhiên liệu.
Để tạo ra lớp xúc tác có hoạt tính cao và ổn định, vật liệu xúc tác được xử lý và sản xuất bằng nhiều phương pháp khác nhau, bao gồm lắng đọng hóa học và lắng đọng hơi vật lý.
Các bề mặt điện cực sau đó được phủ lớp này bằng cách sử dụng các kỹ thuật như phun sơn hoặc in lụa.
3. Chế tạo lắp ráp điện cực màng (MEA)
Các điện cực được phủ chất xúc tác và màng điện phân polyme tạo nên cụm điện cực màng, là một phần thiết yếu của pin nhiên liệu. Màng điện phân polyme được sản xuất và điêu khắc tỉ mỉ để phù hợp với kiến trúc ngăn xếp pin nhiên liệu.
Nó thường bao gồm một polyme axit perfluorosulfonic. MEA sau đó được hình thành bằng cách tích hợp các điện cực được phủ chất xúc tác vào mỗi bên của màng.
4. Sản xuất tấm lưỡng cực
Trong một dãy pin nhiên liệu, các tấm lưỡng cực có nhiệm vụ phân tán khí phản ứng và truyền điện giữa các pin nhiên liệu. Thông thường, các vật liệu gốc carbon có khả năng chống ăn mòn và nhẹ được sử dụng để chế tạo những tấm này.
Để đạt được hình dạng và cấu trúc cần thiết, các quy trình đúc, gia công hoặc ép được sử dụng trong quá trình sản xuất. Các kênh và trường dòng chảy cũng được bao gồm trong các tấm lưỡng cực để tạo điều kiện cho khí oxy và khí hydro di chuyển hiệu quả.
5. Hội ngăn xếp tế bào nhiên liệu
Thành phần thiết yếu của hệ thống pin nhiên liệu hydro là ngăn xếp pin nhiên liệu, được tạo thành từ một số pin nhiên liệu được ghép nối song song và nối tiếp. Việc lắp ráp được tạo thành từ các tấm lưỡng cực, các lớp khuếch tán khí và MEA được xếp chồng lên nhau một cách hoàn hảo.
Ngăn chặn rò rỉ khí và đảm bảo độ kín tốt bằng cách sử dụng vật liệu bịt kín như chất kết dính và miếng đệm. Cụm ngăn xếp được chế tạo để tạo ra nhiều năng lượng nhất trong khi vẫn duy trì dòng chất làm mát và khí lý tưởng.
6. Cân bằng các thành phần thực vật
Một hệ thống pin nhiên liệu đầy đủ cần có một số thành phần cân bằng của nhà máy (BOP) bên cạnh ngăn xếp pin nhiên liệu. Chúng bao gồm máy tạo độ ẩm, hệ thống làm mát, hệ thống cung cấp hydro và oxy, và các thiết bị điện tử công suất để quản lý và điều chỉnh sản lượng điện.
Để đảm bảo dòng nhiên liệu và chất làm mát thích hợp, quản lý nhiệt và kết nối điện, các thành phần BOP được tích hợp vào thiết kế hệ thống tổng thể.
7. Kiểm soát và kiểm tra chất lượng
Quy trình kiểm soát chất lượng nghiêm ngặt được sử dụng trong quá trình sản xuất để đảm bảo độ tin cậy và hiệu quả của từng pin nhiên liệu. Ở một số giai đoạn, việc kiểm tra chất lượng như kiểm tra trực quan, kiểm tra điện và đánh giá hiệu suất được thực hiện.
Thử nghiệm hoàn chỉnh được thực hiện trên các cụm pin nhiên liệu cuối cùng để xác nhận công suất điện, độ bền, hiệu suất và độ an toàn của chúng. Để đáp ứng các tiêu chuẩn chất lượng cần thiết, mọi tế bào hoặc thành phần bị lỗi đều được tìm thấy và thay thế.
8. Triển khai và Tích hợp
Pin nhiên liệu được chuẩn bị để triển khai và tích hợp vào một loạt ứng dụng sau khi sản xuất và thử nghiệm thành công. Thiết bị điện tử cầm tay, thiết bị phát điện cố định và ô tô đều có thể thuộc danh mục này.
Để chế tạo một thiết bị chạy bằng hydro hữu ích và hiệu quả, quy trình tích hợp đòi hỏi phải kết nối hệ thống pin nhiên liệu với các hệ thống phụ trợ cần thiết, chẳng hạn như bể chứa hydro, hệ thống nạp khí và bộ quản lý năng lượng.
Kết luận
Sản xuất pin nhiên liệu hydro là một quá trình gồm nhiều bước, bắt đầu bằng việc thu mua nguyên liệu thô và kết thúc bằng việc tích hợp các hệ thống pin nhiên liệu.
Quá trình phức tạp này đảm bảo sản xuất các nguồn năng lượng sạch, đáng tin cậy và hiệu quả, có tiềm năng biến đổi hoàn toàn việc sản xuất điện, vận tải và các ngành công nghiệp khác.
Quá trình sản xuất pin nhiên liệu hydro luôn phát triển nhờ nghiên cứu và phát triển liên tục, thúc đẩy sự phát triển của các giải pháp năng lượng bền vững.
Khuyến nghị
- 20 Sự Thật Về Thủy Điện Bạn Chưa Biết
. - Phương tiện chạy bằng hydro: Biết ưu và nhược điểm
. - Năng lượng thủy điện hoạt động như thế nào
. - Chu kỳ thủy văn của môi trường
. - Khí mê-tan ảnh hưởng đến sự nóng lên toàn cầu như thế nào?
Một nhà bảo vệ môi trường đam mê được định hướng bằng trái tim. Người viết nội dung chính tại EnvironmentGo.
Tôi cố gắng giáo dục công chúng về môi trường và các vấn đề của nó.
Nó luôn luôn là về thiên nhiên, chúng ta phải bảo vệ không phá hủy.