Bheir sinn a-steach “hydrogen”, an ath ghinealach de lùth a tha neo-phàirteach gualain. Tha hydrogen air a roinn ann an trì seòrsaichean: “hydrogen uaine”, “hydrogen gorm” agus “haidridean glas”, agus tha dòigh cinneasachaidh eadar-dhealaichte aig gach fear dhiubh. Mìnichidh sinn cuideachd gach dòigh saothrachaidh, feartan fiosaigeach mar eileamaidean, dòighean stòraidh/còmhdhail, agus dòighean cleachdaidh. Agus bheir mi a-steach cuideachd carson a tha e mar phrìomh thùs lùtha an ath ghinealach.
Electrolysis uisge gus hydrogen uaine a thoirt gu buil
Nuair a bhios tu a’ cleachdadh hydrogen, tha e cudromach “haidridean a dhèanamh” co-dhiù. Is e an dòigh as fhasa “uisge a dhèanamh electrolyze”. Is dòcha gun do rinn thu ann an saidheans ìre-sgoile. Lìon an t-soitheach le uisge agus dealanan ann an uisge. Nuair a tha bataraidh ceangailte ris na dealanan agus air a neartachadh, bidh na h-ath-bheachdan a leanas a 'tachairt anns an uisge agus anns gach dealan.
Aig an catod, bidh H + agus dealanan a’ tighinn còmhla gus gas hydrogen a dhèanamh, fhad ‘s a tha an anod a’ dèanamh ocsaidean. Ach, tha an dòigh-obrach seo ceart gu leòr airson deuchainnean saidheans sgoile, ach gus hydrogen a thoirt gu buil gu gnìomhachasach, feumar uidheamachdan èifeachdach a tha freagarrach airson cinneasachadh air sgèile mhòr ullachadh. Is e sin “electrolysis polymer electrolyte membrane (PEM)”.
San dòigh seo, tha membran semipermeable polymer a leigeas le ionsan hydrogen a dhol air adhart air a cheangal eadar anod agus catod. Nuair a thèid uisge a dhòrtadh a-steach do anod an inneil, bidh ionsan hydrogen air an dèanamh le electrolysis a’ gluasad tro membran semipermeable chun chatod, far am bi iad nan hydrogen moileciuil. Air an làimh eile, chan urrainn dha ianan ocsaidean a dhol tron membran semipermeable agus a bhith nan moileciuilean ocsaidean aig an anod.
Cuideachd ann an electrolysis uisge alcaileach, bidh thu a’ cruthachadh hydrogen agus ocsaidean le bhith a’ sgaradh an anod agus an catod tro sgaradh tro nach urrainn ach ianan hydroxide a dhol seachad. A bharrachd air an sin, tha dòighean gnìomhachais ann leithid electrolysis smùid àrd-teòthachd.
Le bhith a’ coileanadh nam pròiseasan sin air sgèile mhòr, gheibhear meudan mòra de hydrogen. Anns a 'phròiseas, tha mòran ogsaidean cuideachd air a thoirt a-mach (leth an uiread de hydrogen a chaidh a thoirt a-mach), gus nach biodh droch bhuaidh àrainneachdail aige nan deidheadh a leigeil a-steach don àile. Ach, feumaidh electrolysis tòrr dealain, agus mar sin faodar hydrogen gun charbon a thoirt gu buil ma thèid a thoirt a-mach le dealan nach eil a’ cleachdadh connadh fosail, leithid roth-uidheaman gaoithe agus panalan grèine.
Gheibh thu “hydrogen uaine” le bhith a’ dealanachadh uisge a’ cleachdadh lùth glan.
Tha gineadair hydrogen ann cuideachd airson cinneasachadh mòr den hydrogen uaine seo. Le bhith a’ cleachdadh PEM anns an roinn electrolyzer, faodar hydrogen a thoirt a-mach gu leantainneach.
Hydrogen Gorm Air a dhèanamh à connadh fosail
Mar sin, dè na dòighean eile air hydrogen a dhèanamh? Tha hydrogen ann an connadh fosail leithid gas nàdarrach agus gual mar stuthan a bharrachd air uisge. Mar eisimpleir, smaoinich air meatan (CH4), am prìomh phàirt de ghas nàdarra. Tha ceithir atoman hydrogen an seo. Gheibh thu hydrogen le bhith a’ toirt a’ hydrogen seo a-mach.
Is e aon dhiubh sin pròiseas ris an canar “ath-leasachadh meatan smùide” a bhios a’ cleachdadh smùid. Tha foirmle ceimigeach an dòigh seo mar a leanas.
Mar a chì thu, faodar carbon aon-ogsaid agus haidridean a thoirt a-mach à aon mholacile meatan.
San dòigh seo, faodar hydrogen a thoirt gu buil tro phròiseasan leithid “ath-leasachadh smùide” agus “pyrolysis” de ghas nàdurrach agus gual. Tha “Blue hydrogen” a’ toirt iomradh air hydrogen a chaidh a dhèanamh san dòigh seo.
Anns a 'chùis seo, ge-tà, tha carbon aon-ogsaid agus carbon dà-ogsaid air an dèanamh mar fo-stuthan. Mar sin feumaidh tu an ath-chuairteachadh mus tèid an leigeil ma sgaoil don àile. Bidh an fo-thoradh gualain dà-ogsaid, mura tèid a thoirt air ais, gu bhith na ghas hydrogen, ris an canar “hydrogen liath”.
Dè an seòrsa eileamaid a th’ ann an hydrogen?
Tha àireamh atamach de 1 aig hydrogen agus 's i a' chiad eileamaid air a' chlàr ràitheil.
Is e an àireamh de dadaman an àireamh as motha anns a 'chruinne-cè, a' dèanamh suas mu 90% de na h-eileamaidean uile anns a 'chruinne-cè. Is e an atom as lugha anns a bheil proton agus dealanan an atom hydrogen.
Tha dà isotopan aig hydrogen le neutronan ceangailte ris a' chnoc. Aon “deuterium” le ceangal neutron agus dà “tritium” le ceangal neutron. Tha iad sin cuideachd nan stuthan airson gineadh cumhachd fusion.
Taobh a-staigh rionnag mar a’ ghrian, tha ceangal niùclasach bho hydrogen gu helium a’ gabhail àite, is e sin an stòr lùtha airson an rionnag a bhith a’ deàrrsadh.
Ach, is ann ainneamh a bhios hydrogen mar ghas air an Talamh. Bidh hydrogen a 'dèanamh coimeasgaidhean le eileamaidean eile leithid uisge, meatan, ammonia agus ethanol. Leis gur e eileamaid aotrom a th’ ann an hydrogen, mar a bhios an teòthachd ag èirigh, bidh astar gluasaid moileciuil haidridean ag àrdachadh, agus a’ teicheadh bho dhomhainn na talmhainn chun fhànais a-muigh.
Ciamar a Cleachd Hydrogen? Cleachd le bhith a 'losgadh
An uairsin, ciamar a thathas a’ cleachdadh “hydrogen”, a tharraing aire air feadh an t-saoghail mar stòr lùth an ath ghinealach? Tha e air a chleachdadh ann an dà phrìomh dhòigh: "losgaidh" agus "cealla connaidh". Feuch an tòisich sinn le bhith a 'cleachdadh "burn".
Tha dà phrìomh sheòrsa losgaidh air an cleachdadh.
Tha a 'chiad fhear mar chonnadh rocaid. Bidh rocaid H-IIA Iapan a’ cleachdadh gas hydrogen “liquid hydrogen” agus “liquid oxygen” a tha cuideachd ann an staid cryogenic mar chonnadh. Tha an dithis seo air an cur còmhla, agus tha an lùth teas a thèid a chruthachadh aig an àm sin a’ luathachadh in-stealladh nam moileciuilean uisge a thèid a chruthachadh, ag itealaich a-steach don fhànais. Ach, leis gur e einnsean duilich gu teicnigeach a th ’ann, ach a-mhàin Iapan, chan eil ach na Stàitean Aonaichte, an Roinn Eòrpa, an Ruis, Sìona agus na h-Innseachan air a’ chonnadh seo a thoirt còmhla gu soirbheachail.
Is e an dàrna fear gineadh cumhachd. Bidh gineadh cumhachd roth-uidheam gas cuideachd a’ cleachdadh an dòigh air hydrogen agus ocsaidean a chur còmhla gus lùth a ghineadh. Ann am faclan eile, is e dòigh a th 'ann a tha a' coimhead air an lùth teirmeach a tha air a dhèanamh le hydrogen. Ann an ionadan cumhachd teirmeach, bidh an teas bho bhith a’ losgadh gual, ola agus gas nàdarrach a’ toirt a-mach smùid a bhios a’ draibheadh roth-uidheaman. Ma thèid hydrogen a chleachdadh mar stòr teas, bidh an ionad cumhachd gualain neo-phàirteach.
Ciamar a Cleachd Hydrogen? Air a chleachdadh mar chealla connaidh
Is e dòigh eile air hydrogen a chleachdadh mar chealla connaidh, a thionndaidheas hydrogen gu dealan gu dìreach. Gu sònraichte, tha Toyota air aire a tharraing ann an Iapan le bhith a’ suathadh air carbadan le connadh hydrogen an àite carbadan dealain (EVn) mar roghainn eile an àite carbadan gasoline mar phàirt de na ceumannan blàthachadh na cruinne aige.
Gu sònraichte, tha sinn a’ dèanamh a’ mhodh cùil nuair a bheir sinn a-steach an dòigh saothrachaidh “hydrogen uaine”. Tha am foirmle ceimigeach mar a leanas.
Faodaidh haidridean uisge a ghineadh (uisge teth no smùid) fhad ‘s a tha e a’ gineadh dealan, agus faodar a mheasadh leis nach eil e a ’cur eallach air an àrainneachd. Air an làimh eile, tha èifeachdas gineadh cumhachd coimeasach ìosal aig an dòigh seo de 30-40%, agus tha feum air platanam mar inneal-brosnachaidh, agus mar sin feumar cosgaisean nas àirde.
An-dràsta, tha sinn a’ cleachdadh ceallan connaidh polymer electrolyte (PEFC) agus ceallan connaidh searbhag fosphoric (PAFC). Gu sònraichte, bidh carbadan cealla connaidh a 'cleachdadh PEFC, agus mar sin faodar a bhith an dùil gun sgaoil e san àm ri teachd.
A bheil Stòradh is Còmhdhail Hydrogen Sàbhailte?
Roimhe seo, tha sinn a 'smaoineachadh gu bheil thu a' tuigsinn mar a tha gas hydrogen air a dhèanamh agus air a chleachdadh. Mar sin ciamar a stòras tu an hydrogen seo? Ciamar a gheibh thu e far a bheil feum agad air? Dè mu dheidhinn tèarainteachd aig an àm sin? Bidh sinn a 'mìneachadh.
Gu dearbh, tha hydrogen cuideachd na eileamaid glè chunnartach. Aig toiseach an 20mh linn, chleachd sinn hydrogen mar ghas airson bailiùnaichean, bailiùnaichean agus soithichean-adhair a sheòladh san adhar oir bha e gu math aotrom. Ach, air 6 Cèitean, 1937, ann an New Jersey, na SA, thachair “spreadhadh bàta-adhair Hindenburg”.
Bhon tubaist, thathas air aithneachadh gu farsaing gu bheil gas hydrogen cunnartach. Gu sònraichte nuair a thèid e na theine, spreadhadh e gu brùideil le ocsaidean. Mar sin, tha e riatanach “cumail air falbh bho ocsaidean” no “cumail air falbh bhon teas”.
Às deidh na ceumannan sin a ghabhail, thàinig sinn suas le dòigh luingeis.
Is e gas a th’ ann an hydrogen aig teòthachd an t-seòmair, agus mar sin ged a tha e fhathast na ghas, tha e gu math tomadach. Is e a’ chiad dhòigh bruthadh àrd a chuir an sàs agus teannachadh mar siolandair nuair a bhios tu a’ dèanamh deochan carbonated. Ullaich tanca àrd-bhruthadh sònraichte agus stòraich e fo chumhachan bruthadh àrd leithid 45Mpa.
Tha Toyota, a bhios a’ leasachadh charbadan cealla connaidh (FCV), a’ leasachadh tanca hydrogen àrd-bhruthadh roisinn as urrainn seasamh ri cuideam 70 MPa.
Is e dòigh eile fuarachadh gu -253 ° C gus hydrogen leaghan a dhèanamh, agus a stòradh agus a ghiùlan ann an tancaichean sònraichte le teas-teas. Coltach ri LNG (gas nàdurrach leaghte) nuair a thèid gas nàdurrach a thoirt a-steach bho thall thairis, tha hydrogen air a lionnnachadh aig àm còmhdhail, a’ lughdachadh na tha ann gu 1/800 den staid gasach aige. Ann an 2020, chuir sinn crìoch air a’ chiad neach-giùlan hydrogen leaghaidh san t-saoghal. Ach, chan eil an dòigh-obrach seo freagarrach airson carbadan cealla connaidh oir tha feum air tòrr lùth airson fuarachadh.
Tha dòigh ann airson tancaichean mar seo a stòradh agus a chuir air falbh, ach tha sinn cuideachd a’ leasachadh dhòighean eile air stòradh hydrogen.
Is e an dòigh stòraidh aloidhean stòraidh hydrogen a chleachdadh. Tha seilbh aig hydrogen a bhith a’ dol a-steach do mheatailtean agus gan crìonadh. Is e seo tip leasachaidh a chaidh a leasachadh anns na Stàitean Aonaichte anns na 1960n. JJ Reilly et al. Tha deuchainnean air sealltainn gum faodar hydrogen a stòradh agus a leigeil ma sgaoil le bhith a’ cleachdadh alloy de magnesium agus vanadium.
Às deidh sin, leasaich e stuth gu soirbheachail, leithid palladium, a dh'fhaodas hydrogen a ghabhail a-steach 935 uair na tomhas-lìonaidh aige fhèin.
Is e a ’bhuannachd a bhith a’ cleachdadh an alloy seo gun urrainn dha casg a chuir air tubaistean aodion hydrogen (tubaistean spreadhaidh sa mhòr-chuid). Mar sin, faodar a stòradh agus a ghiùlan gu sàbhailte. Ach, mura h-eil thu faiceallach agus ga fhàgail san àrainneachd cheàrr, faodaidh aloidhean stòraidh haidridean gas hydrogen a leigeil ma sgaoil thar ùine. Uill, faodaidh eadhon sradag bheag tubaist spreadhaidh adhbhrachadh, mar sin bi faiceallach.
Tha ana-cothrom ann cuideachd gu bheil ath-ghlacadh de hydrogen agus desorption a’ leantainn gu embrittlement agus a’ lughdachadh ìre in-ghabhail hydrogen.
Is e am fear eile pìoban a chleachdadh. Tha suidheachadh ann gum feum e a bhith neo-dhlùthaichte agus le cuideam ìosal gus casg a chuir air na pìoban a bhith air an spìonadh, ach is e a ’bhuannachd a th’ ann gum faodar na pìoban gas a th ’ann a chleachdadh. Rinn Tokyo Gas obair togail air FLAG Harumi, a’ cleachdadh pìoban gas a’ bhaile gus hydrogen a thoirt do cheallan connaidh.
Comann ri Teachd air a chruthachadh le Hydrogen Energy
Mu dheireadh, beachdaichidh sinn air a’ phàirt a dh’ fhaodadh a bhith aig hydrogen sa chomann-shòisealta.
Nas cudromaiche buileach tha sinn airson comann-sòisealta gun ghualain a bhrosnachadh, bidh sinn a’ cleachdadh hydrogen airson dealan a chruthachadh seach mar lùth teas.
An àite ionadan cumhachd teirmeach mòr, tha cuid de dhachaighean air siostaman leithid ENE-FARM a thoirt a-steach, a bhios a’ cleachdadh hydrogen a gheibhear le bhith ag ath-leasachadh gas nàdurrach gus an dealan a tha a dhìth a ghineadh. Ach, tha a’ cheist fhathast mu dè a bu chòir a dhèanamh le fo-thoraidhean a’ phròiseas ath-leasachaidh.
Anns an àm ri teachd, ma bhios cuairteachadh haidridean fhèin ag àrdachadh, leithid àrdachadh air an àireamh de stèiseanan ath-chonnadh haidridean, bidh e comasach dealan a chleachdadh gun a bhith a’ sgaoileadh carbon dà-ogsaid. Bidh dealan a’ dèanamh hydrogen uaine, gu dearbh, agus mar sin bidh e a’ cleachdadh dealan a thig bho sholas na grèine no gaoth. Bu chòir gum biodh an cumhachd a thathar a’ cleachdadh airson electrolysis na chumhachd gus an ìre de ghineadh cumhachd a chumail fodha no gus am bataraidh ath-thagraidh a ghearradh nuair a tha cumhachd a bharrachd ann bho lùth nàdarra. Ann am faclan eile, tha an hydrogen san aon suidheachadh ris a’ bhataraidh ath-thagraidh. Ma thachras seo, bidh e comasach mu dheireadh gineadh cumhachd teirmeach a lughdachadh. Tha an latha nuair a thèid an einnsean losgaidh a-staigh à sealladh bho chàraichean a’ teannadh dlùth.
Faodar hydrogen fhaighinn tro shlighe eile cuideachd. Gu dearbh, tha hydrogen fhathast na fo-toradh de bhith a 'dèanamh soda caustic. Am measg rudan eile, tha e na fho-toradh de chinneasachadh còc ann an dèanamh iarainn. Ma chuireas tu an haidridean seo anns an cuairteachadh, bidh e comasach dhut grunn stòran fhaighinn. Tha gas hydrogen air a dhèanamh san dòigh seo cuideachd air a thoirt seachad le stèiseanan hydrogen.
Bheir sinn sùil nas fhaide air adhart san àm ri teachd. Tha an ìre de lùth a thèid a chall cuideachd na chùis leis an dòigh tar-chuir a bhios a’ cleachdadh uèirichean gus cumhachd a thoirt seachad. Mar sin, san àm ri teachd, cleachdaidh sinn an hydrogen a thèid a lìbhrigeadh le pìoban, dìreach mar na tancaichean searbhag carbonach a thathas a’ cleachdadh ann a bhith a’ dèanamh deochan carbonated, agus ceannaichidh sinn tanca hydrogen aig an taigh gus dealan a ghineadh airson gach dachaigh. Tha innealan gluasadach a bhios a’ ruith air bataraidhean hydrogen a’ fàs nas cumanta. Bidh e inntinneach a leithid de àm ri teachd fhaicinn.
Ùine puist: Jun-08-2023
