Bheir sinn a-steach “haidridean”, an ath ghinealach de lùth a tha neodrach a thaobh charbon. Tha haidridean air a roinn ann an trì seòrsaichean: “haidridean uaine”, “haidridean gorm” agus “haidridean liath”, 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 an stòr lùtha as làidire san ath ghinealach.
Electrolysis Uisge gus Haidridean Uaine a Chruthachadh
Nuair a bhios tu a’ cleachdadh haidridean, tha e cudromach “haidridean a thoirt gu buil” co-dhiù. ’S e an dòigh as fhasa “uisge a dhèanamh le dealan”. Is dòcha gun do rinn thu sin ann an saidheans na bun-sgoile. Lìon am beic le uisge agus na dealanan ann an uisge. Nuair a thèid bataraidh a cheangal ris na dealanan agus a chumhachdachadh, bidh na h-ath-bheachdan a leanas a’ tachairt san uisge agus anns gach dealan.
Aig a’ chatod, bidh H+ agus dealanan a’ tighinn còmhla gus gas haidridean a thoirt gu buil, agus bidh an anod a’ toirt a-mach ocsaidean. A dh’aindeoin sin, tha an dòigh-obrach seo ceart gu leòr airson deuchainnean saidheans sgoile, ach gus haidridean a thoirt gu buil gu gnìomhachais, feumar uidheaman èifeachdach a tha freagarrach airson cinneasachadh mòr-sgèile ullachadh. Is e sin “electrolysis membran electrolyte polymer (PEM)”.
Anns an dòigh seo, bidh membran leth-dhrùidhteach polymer a leigeas le ianan haidridein dol a-steach air a cheangal eadar anod agus catod. Nuair a thèid uisge a dhòrtadh a-steach do anod an inneil, bidh ianan haidridein a thèid a thoirt a-mach le electrolysis a’ gluasad tro membran leth-dhrùidhteach chun a’ chatod, far am bi iad nan haidridean moileciuil. Air an làimh eile, chan urrainn dha ianan ogsaidean a dhol tron membran leth-dhrùidhteach agus a bhith nan moileciuilean ogsaidean aig an anod.
Cuideachd ann an electrolysis uisge alcalin, cruthaichear haidridean agus ogsaidean le bhith a’ sgaradh an anod agus a’ chatod tro sgaradh troimhe nach urrainn ach ianan haidreocsaid a dhol troimhe. A bharrachd air an sin, tha dòighean gnìomhachais ann leithid electrolysis smùid aig teòthachd àrd.
Le bhith a’ dèanamh nan pròiseasan seo air sgèile mhòr, gheibhear meudan mòra de haidridean. Anns a’ phròiseas, thèid meud mòr de ogsaidean a thoirt gu buil cuideachd (leth na tha de haidridean air a thoirt gu buil), agus mar sin cha bhiodh droch bhuaidh àrainneachdail aige nan deidheadh a leigeil ma sgaoil don àile. Ach, feumaidh dealanachadh tòrr dealain, agus mar sin faodar haidridean gun charbon a thoirt gu buil ma thèid a thoirt gu buil le dealan nach eil a’ cleachdadh connadh fosail, leithid roth-gaoithe agus pannalan grèine.
Gheibh thu “haidridean uaine” le bhith a’ dealanachadh uisge le bhith a’ cleachdadh lùth glan.
Tha gineadair haidridean ann cuideachd airson cinneasachadh mòr-sgèile den haidridean uaine seo. Le bhith a’ cleachdadh PEM anns an earrann electrolyzer, faodar haidridean a thoirt gu buil gu leantainneach.
Haidridean Gorm air a dhèanamh à connadh fosail
Mar sin, dè na dòighean eile a th’ ann airson haidridean a dhèanamh? Tha haidridean ann an connadh fosail leithid gas nàdarrach agus gual mar stuthan a bharrachd air uisge. Mar eisimpleir, smaoinich air meatàn (CH4), am prìomh phàirt de ghas nàdarrach. Tha ceithir dadaman haidridean an seo. Gheibh thu haidridean le bhith a’ toirt an haidridean seo a-mach.
Is e aon de na pròiseasan sin “ath-leasachadh meatan smùide” a bhios a’ cleachdadh smùid. Seo foirmle cheimigeach na dòigh seo.
Mar a chì thu, faodar carbon monoxide agus haidridean a thoirt a-mach à aon mholaciul meatain.
San dòigh seo, faodar haidridean a thoirt gu buil tro phròiseasan leithid “ath-leasachadh smùide” agus “pyrolysis” gas nàdarrach agus guail. Tha “haidridean gorm” a’ toirt iomradh air haidridean a thèid a thoirt gu buil san dòigh seo.
Anns a’ chùis seo, ge-tà, thèid carbon monoxide agus carbon dà-ogsaid a thoirt gu buil mar fho-thoraidhean. Mar sin feumaidh tu an ath-chuairteachadh mus tèid an leigeil ma sgaoil don àile. Mura tèid an carbon dà-ogsaid a thoirt air ais, bidh e na ghas haidridean, ris an canar “haidridean liath”.
Dè an seòrsa eileamaid a th' ann an haidridean?
Tha àireamh atamach de 1 aig haidridean agus 's e a' chiad eileamaid air a' chlàr peiriadach.
’S 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. ’S e an dadam haidridean an dadam as lugha anns a bheil proton agus dealgan.
Tha dà iosatòp aig haidridean le neodronan ceangailte ris an niùclas. Aon “deuterium” ceangailte ri neodronan agus dà “tritium” ceangailte ri neodronan. Tha iad sin cuideachd nan stuthan airson gineadh cumhachd fusion.
Taobh a-staigh rionnag mar a’ ghrèin, tha co-thàthadh niùclasach bho haidridean gu helium a’ gabhail àite, agus ’s e sin an stòr lùtha airson an rionnag deàrrsadh.
Ach, is ann ainneamh a bhios haidridean ann mar ghas air an Talamh. Bidh haidridean a’ cruthachadh choimeasgaidhean le eileamaidean eile leithid uisge, meatàn, ammonia agus ethanol. Leis gur e eileamaid aotrom a th’ ann an haidridean, mar a bhios an teòthachd ag èirigh, bidh astar gluasaid mholacilean haidridean ag àrdachadh, agus bidh iad a’ teicheadh bho ghrabhataidh na talmhainn a-mach don fhànais.
Ciamar a chleachdas tu haidridean? Cleachdadh le losgadh
An uairsin, ciamar a thathas a’ cleachdadh “haidridean”, a tha air aire dhaoine air feadh an t-saoghail a tharraing mar thùs lùtha an ath ghinealaich? Tha e air a chleachdadh ann an dà phrìomh dhòigh: “losgadh” agus “cealla connaidh”. Tòisichidh sinn le bhith a’ cleachdadh “losgadh”.
Tha dà phrìomh sheòrsa losgaidh ann a thathas a’ cleachdadh.
Is e a’ chiad fhear connadh rocaid. Bidh rocaid H-IIA Iapan a’ cleachdadh gas haidridean “haidridean leaghaidh” agus “ocsaidean leaghaidh” a tha cuideachd ann an staid criogenach mar chonnadh. Tha an dà rud seo air an cur còmhla, agus bidh an lùth teas a thèid a chruthachadh aig an àm sin a’ luathachadh stealladh nam moileciuilean uisge a thèid a chruthachadh, ag itealaich a-steach don fhànais. Ach, leis gur e einnsean a tha gu teicnigeach duilich a th’ ann, ach a-mhàin Iapan, chan eil ach na Stàitean Aonaichte, an Roinn Eòrpa, an Ruis, Sìona agus na h-Innseachan air an connadh seo a chur còmhla gu soirbheachail.
Is e an dàrna gineadh cumhachd. Bidh gineadh cumhachd roth-uidheam gas cuideachd a’ cleachdadh an dòigh air haidridean agus ogsaidean a chur còmhla gus lùth a ghineadh. Ann am faclan eile, is e dòigh a th’ ann a choimheadas air an lùth teirmeach a bhios haidridean a’ dèanamh. Ann an ionadan cumhachd teirmeach, bidh an teas bho bhith a’ losgadh guail, ola agus gas nàdarrach a’ dèanamh smùid a bhios a’ stiùireadh roth-uidheaman. Ma thèid haidridean a chleachdadh mar thùs teas, bidh an ionad cumhachd neodrach a thaobh charbon.
Ciamar a chleachdas tu haidridean? Air a chleachdadh mar chill connaidh
Is e dòigh eile air haidridean a chleachdadh mar chealla connaidh, a bhios ag atharrachadh haidridean gu dìreach gu dealan. Gu sònraichte, tha Toyota air aire a tharraing ann an Iapan le bhith a’ moladh charbadan connaidh haidridean an àite charbadan dealain (EVn) mar roghainn eile an àite charbadan peatrail mar phàirt de na ceumannan an aghaidh blàthachadh na cruinne.
Gu sònraichte, tha sinn a’ dèanamh an dòigh-obrach air ais nuair a bheir sinn a-steach an dòigh saothrachaidh airson “haidridean uaine”. Seo am foirmle cheimigeach.
Faodaidh haidridean uisge (uisge teth no smùid) a ghineadh fhad ’s a tha e a’ gineadh dealain, agus faodar a mheasadh leis nach eil e a’ cur cuideam air an àrainneachd. Air an làimh eile, tha èifeachdas gineadh cumhachd an ìre mhath ìosal aig an dòigh seo de 30-40%, agus feumaidh e platanam mar chatalaiche, agus mar sin feumaidh e cosgaisean nas àirde.
An-dràsta, tha sinn a’ cleachdadh ceallan connaidh electrolyte polymer (PEFC) agus ceallan connaidh searbhag fosfarach (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 agus còmhdhail haidridean sàbhailte?
A-nis, tha sinn a’ smaoineachadh gu bheil thu a’ tuigsinn mar a tha gas haidridein air a dhèanamh agus air a chleachdadh. Mar sin ciamar a stòras tu an haidridein seo? Ciamar a gheibh thu e far a bheil feum agad air? Dè mu dheidhinn tèarainteachd aig an àm sin? Mìnichidh sinn.
Gu dearbh, tha haidridean cuideachd na eileamaid glè chunnartach. Aig toiseach an 20mh linn, chleachd sinn haidridean mar ghas gus bailiùnaichean, bailiùnaichean, agus soithichean-adhair a chur air bhog san adhar oir bha e glè aotrom. Ach, air 6 Cèitean, 1937, ann an New Jersey, na SA, thachair “spreadhadh Hindenburg an t-soithich-adhair”.
Bho thachair an tubaist, tha e air a bhith aithnichte gu farsaing gu bheil gas haidridein cunnartach. Gu h-àraidh nuair a ghlacas e teine, spreadhaidh e gu fòirneartach le ocsaidean. Mar sin, tha e riatanach “cùm air falbh bho ocsaidean” no “cùm air falbh bho theas”.
Às dèidh dhuinn na ceumannan seo a ghabhail, smaoinich sinn air dòigh lìbhrigidh.
'S e gas a th' ann an haidridean aig teòthachd an t-seòmair, agus mar sin ged a tha e fhathast na ghas, tha e gu math mòr. Is e a’ chiad dhòigh cuideam àrd a chuir an sàs agus a dhlùthadh mar siolandair nuair a bhios tu a’ dèanamh deochan gualainichte. Ullaich tanca àrd-bhruthadh sònraichte agus stòraich e fo chumhachan àrd-bhruthadh leithid 45Mpa.
Tha Toyota, a bhios a’ leasachadh charbadan cealla connaidh (FCV), a’ leasachadh tanca haidridean àrd-bhruthadh roisinn as urrainn seasamh ri cuideam 70 MPa.
Is e dòigh eile fuarachadh sìos gu -253°C gus haidridean leaghaidh a dhèanamh, agus a stòradh agus a ghiùlan ann an tancaichean sònraichte le teas-inslithe. Coltach ri LNG (gas nàdarrach leaghaidh) nuair a thèid gas nàdarrach a thoirt a-steach bho thall thairis, bidh haidridean air a leaghadh rè còmhdhail, a’ lughdachadh a mheud gu 1/800 den staid gasach aige. Ann an 2020, chuir sinn crìoch air a’ chiad ghiùlan haidridean leaghaidh san t-saoghal. Ach, chan eil an dòigh-obrach seo freagarrach airson carbadan cealla connaidh oir feumaidh e tòrr lùth airson fhuarachadh.
Tha dòigh ann airson stòradh agus cur air falbh ann an tancaichean mar seo, ach tha sinn cuideachd a’ leasachadh dhòighean eile airson haidridean a stòradh.
Is e an dòigh stòraidh a bhith a’ cleachdadh aloidhean stòraidh haidridein. Tha comas aig haidridein a dhol a-steach do mheatailtean agus an sgrios. Is e seo moladh leasachaidh a chaidh a leasachadh anns na Stàitean Aonaichte anns na 1960an. JJ Reilly et al. Tha deuchainnean air sealltainn gun gabh haidridein a stòradh agus a leigeil ma sgaoil le bhith a’ cleachdadh aloidhean magnesium agus vanadium.
Às dèidh sin, leasaich e gu soirbheachail stuth, leithid palladium, a dh’ fhaodas haidridean a ghabhail a-steach 935 uiread a mheud fhèin.
Is e buannachd a bhith a’ cleachdadh an aloidh seo gum faod e casg a chuir air tubaistean aodion haidridein (gu h-àraidh tubaistean spreadhaidh). Mar sin, faodar a stòradh agus a ghiùlan gu sàbhailte. Ach, mura bi thu faiceallach agus ga fhàgail san àrainneachd cheàrr, faodaidh aloidhean stòraidh haidridein gas haidridein a leigeil ma sgaoil thar ùine. Uill, faodaidh eadhon lasair bheag tubaist spreadhaidh adhbhrachadh, mar sin bi faiceallach.
Tha ana-cothrom ann cuideachd gu bheil gabhail a-steach agus dì-asbhaidh haidridean a-rithist is a-rithist ag adhbhrachadh brisgeachd agus a’ lughdachadh ìre gabhail a-steach haidridean.
Is e am fear eile pìoban a chleachdadh. Tha cumha ann nach fheum e a bhith teann agus ìosal-bhruthadh gus casg a chuir air na pìoban bho bhith a’ briseadh sìos, ach is e a’ bhuannachd gum faodar pìoban gas a tha ann mar-thà a chleachdadh. Rinn Tokyo Gas obair togail air FLAG Harumi, a’ cleachdadh pìoban gas a’ bhaile gus haidridean a thoirt do cheallan connaidh.
Comann-shòisealta san Àm ri Teachd air a chruthachadh le lùth haidridein
Mu dheireadh, beachdaichidh sinn air an dreuchd a dh’ fhaodas haidridean a ghabhail sa chomann-shòisealta.
Nas cudromaiche buileach, tha sinn airson comann-sòisealta gun charbon adhartachadh, bidh sinn a’ cleachdadh haidridean gus dealan a ghineadh an àite a bhith ga chleachdadh mar lùth teas.
An àite ionadan cumhachd teirmeach mòra, tha cuid de dhachaighean air siostaman leithid ENE-FARM a thoirt a-steach, a bhios a’ cleachdadh haidridean a gheibhear le bhith ag ath-leasachadh gas nàdarrach gus an dealan a tha a dhìth a ghineadh. Ach, tha a’ cheist fhathast ann mu dè a nìthear le fo-thoraidhean a’ phròiseis ath-leasachaidh.
San àm ri teachd, ma mheudaicheas cuairteachadh haidridein fhèin, leithid àrdachadh ann an àireamh stèiseanan ath-lìonaidh haidridein, bidh e comasach dealan a chleachdadh gun charbon dà-ogsaid a leigeil a-mach. Bidh dealan a’ gineadh haidridein uaine, gu dearbh, agus mar sin bidh e a’ cleachdadh dealan a thèid a chruthachadh bho sholas na grèine no a’ ghaoth. Bu chòir don chumhachd a thathar a’ cleachdadh airson electrolysis a bhith na chumhachd gus an ìre de ghineadh cumhachd a chumail fodha no gus am bataraidh ath-thagraidh a ghearradh nuair a tha cus cumhachd ann bho lùth nàdarra. Ann am faclan eile, tha an haidridean 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 dh’ fhalbhas an einnsean losgaidh a-staigh bho chàraichean a’ tighinn dlùth gu luath.
Gheibhear haidridean tro shlighe eile cuideachd. Gu dearbh, tha haidridean fhathast na thoradh air cinneasachadh sòda loisgeach. Am measg rudan eile, tha e na thoradh air cinneasachadh còc ann an dèanamh iarainn. Ma chuireas tu an haidridean seo san t-siostam sgaoilidh, bidh e comasach dhut iomadh stòr fhaighinn. Tha gas haidridean a thèid a thoirt a-mach san dòigh seo cuideachd air a thoirt seachad le stèiseanan haidridean.
Seallamaid 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 haidridean a thèid a lìbhrigeadh le loidhnichean-phìoban, dìreach mar na tancaichean searbhag carbonach a thathas a’ cleachdadh ann a bhith a’ dèanamh deochan gualainichte, agus ceannaichidh sinn tanca haidridean aig an taigh gus dealan a ghineadh airson gach taigh. Tha innealan gluasadach a bhios ag obair air bataraidhean haidridean a’ sìor fhàs cumanta. Bidh e inntinneach àm ri teachd mar sin fhaicinn.
Ùine puist: Ògmhios-08-2023
