Електроліз води для отримання H2 і O2
Титанові аноди, ключові частини електролітичного водневого та кисневого обладнання, мають стабільну якість, є екологічно чистими та не мають вторинного забруднення, мають низький перенапруження, хороший ефект енергозбереження та можуть заощаджувати 15-20% енергії. Розрізняють пластинчасті, сітчасті, трубчасті форми та деталі спеціальної форми.
1. Прогрес досліджень у галузі виробництва водню шляхом електролізу води Виробництво водню шляхом електролізу води є важливим засобом досягнення промислового та недорогого отримання H2, і може отримувати продукти з чистотою від 99% до 99,9%. Щорічно споживання електроенергії в моїй країні для виробництва водню шляхом електролізу води досягає понад (1,5×107) кВт·год. При проходженні струму між електродами на катоді утворюється водень, на аноді – кисень, а вода електролізується [2]. Основною частиною обладнання для виробництва водню для електролізу води є електролітична комірка, а матеріал електрода є ключем до електролітичної комірки. Якість роботи електрода багато в чому визначає напругу комірки і енергоспоживання електролізу води, а також безпосередньо впливає на вартість. Ефективність забезпечення електроенергією для розкладання води для отримання водню зазвичай становить від 75% до 85%. Процес простий і не забруднює навколишнє середовище, але споживання електроенергії велике, тому його застосування має певні обмеження. Електроліз води здійснюється в електролізері, який заповнений електролітом і розділений діафрагмою на анодну камеру і катодну камеру. У кожній камері розміщені електроди. Оскільки вода має дуже низьку електропровідність, використовується водний розчин (концентрація близько 15%) з електролітом. Коли між електродами проходить струм під певною напругою, на катоді утворюється водень, а на аноді – кисень, таким чином досягаючи електролізу води. Теоретично платинові метали є найбільш ідеальними металами для електродів електролізу води, але на практиці електроди з нікельованого заліза часто використовуються для зниження вартості обладнання та виробництва. При електролізі води електродна формула реакції має такий вигляд [3]. У кислому розчині катодна реакція: 4H++4e=2H2∏=0V Анодна реакція: 2H2O =4H++O2+4e∏ =1.23 В у лужному розчині, реакція катода: 4H2O +4e=2H2+4OH∏=-0.828 В Реакція анода: 4OH-=2 H2O+O2+4e∏=0.401V Як видно з наведеної вище формули, загальна реакція електролізу води виглядає наступним чином, чи то в кислому, чи в лужному розчині. 2H2O=2H2+O2 Теоретична напруга розкладання води не має нічого спільного зі значенням pH, тому кислотні або лужні розчини можна використовувати як електроліти. Однак, з точки зору структури електролітичної комірки та вибору матеріалу, використання кислотних розчинів схильне до різних недоліків. Тому в промисловості зараз використовують лужні розчини.
(1) Традиційна технологія лужного електролізу Електроліз лужної води в даний час є поширеним і зрілим методом отримання водню. Цей метод не вимагає високого обладнання, а інвестиції в основному зосереджені в обладнанні; Отриманий водень має високу чистоту, але ефективність не дуже висока. Процес також є відносно екологічно чистим і не забруднює, але він споживає багато електроенергії і тому має певні обмеження. Тиск електролізу води в промисловості, як правило, становить від 1,65 до 2,2 В. Термін служби матеріалу електроду та енергоспоживання електролізу води є ключовими факторами в оцінці якості електродних матеріалів для електролізу лужної води. Коли щільність струму невелика, основним фактором впливу є перенапруга; при збільшенні густини струму основними факторами споживання енергії стають перенапруження та падіння напруги опору. У практичному застосуванні промислові електроди повинні мати такі властивості [3]: (1) велику площу поверхні; (2) висока провідність; (3) хороша електрокаталітична активність; (4) довгострокова механічна та хімічна стабільність; (5) дрібнопухирчасті опади; (6) висока вибірковість; (7) легкість отримання та низька вартість; (8) безпека. Електроліз води часто вимагає більшої щільності струму (вище 4000 А/м2), тому пункти 2 і 4 важливіші. Оскільки висока провідність може зменшити втрати енергії, спричинені омічною поляризацією, висока стабільність забезпечує тривалий термін служби матеріалів електродів. 1 і 3 є вимогами до зниження перенапруги виділення водню та кисню, а також є важливими показниками для оцінки характеристик електродів.
(2) Твердий полімерний електроліт SPE Технологія електролізу води Оскільки електролізер із рідиною як електролітом має низьку ефективність, його незручно переміщати та часто потребує обслуговування, люди активно шукають нові електроліти, що спонукало до розробки та дослідження застосування твердого полімеру. електроліт (SPE), також відомий як протонообмінна мембрана (PEM). В даний час в електролізері в якості електроліту використовується тверда мембрана Nafion perfluorosulfonic. Електрод використовує дорогоцінні метали або їх оксиди з високою каталітичною ефективністю, які виготовляються у формі порошку з великою питомою поверхнею, і скріплюються та пресуються з обох сторін мембрани Nafion за допомогою тефлону, щоб утворити стабільну комбінацію мембрани та електрода.
(3) Процес високотемпературного парового електролізу Іншим способом отримання водню за допомогою електролізу води є високотемпературний паровий електроліз. Це метод, отриманий від твердооксидних паливних елементів. Електролізна камера зазвичай використовує Y2O3-стабілізований ZrO2 як електроліт. Чим вища температура, тим менший опір. Однак, з точки зору термостійкості матеріалу, верхня межа температури переважно становить 1000 градусів. Зазвичай в якості катода використовується змішане спечене тіло з нікелю та кераміки, а в якості анода використовується електропровідний композитний оксид кальцію та титану.
2. Розробка біологічного виробництва водню Тема використання мікроорганізмів для отримання водню вивчається десятиліттями. У 1930-х роках було перше повідомлення про бактеріальну темну ферментацію для отримання водню. Згодом, у 1942 році Гаффрон і Рубін повідомили, що зелені водорості використовували світлову енергію для виробництва водню, а в 1949 році Гест і Камен відкрили фототрофні бактерії, що виробляють водень. У 1958 році Спруїт підтвердив, що водорості можуть виробляти водень шляхом прямого фотолізу без необхідності фіксації вуглекислого газу. Дослідження Healy (1970) показали, що коли інтенсивність світла занадто висока, процес виробництва водню Chlamydomonas moewsuii буде пригнічений через виробництво кисню. Під час енергетичної кризи в 1970-х роках у всьому світі було проведено багато досліджень щодо виробництва біоводню. Тауер зазначив у 1976 році, що темне бродіння було важко застосувати у реальному виробництві, оскільки воно могло отримати лише 4 моль водню та 2 моль оцтової кислоти з 1 моль глюкози щонайбільше. Фототрофні бактерії можуть повністю перетворювати субстрати, такі як органічні кислоти, на водень, тому з тих пір дослідження виробництва біоводню в основному зосереджені на фотоферментації. На початку 1980-х років підтримка відновлюваних джерел енергії в програмах досліджень і розробок (НДДКР) у всьому світі поступово зменшувалася. До початку 1990-х екологічні проблеми ставали все більш серйозними, і увага людей була прикута до альтернативної енергетики. Завдяки підтримці досліджень і розробок з виробництва біоводню в Німеччині, Японії та Сполучених Штатах було широко вивчено водорості, які використовують енергію світла для виробництва водню з води. Однак загальна ефективність перетворення сонячної енергії в цьому процесі все ще дуже низька. З іншого боку, темне бродіння і фототрофні бактерії можуть виробляти водень з недорогих субстратів або органічних відходів. Оскільки він може як виробляти чисту енергію, так і переробляти органічні відходи, уряди США та Японії підтримали кілька довгострокових дослідницьких програм. Очікується, що практичне застосування технології виробництва біоводню буде реалізовано в середині XXI століття. Минуло більше півстоліття з моменту відкриття мікробного виробництва водню, але виробництво біоводню не застосовувалося на практиці. Багато технічних проблем, таких як скринінг мікроорганізмів, конструкція реакторів і оптимізація робочих умов, ще належить вирішити, і вартість цієї технології також привернула увагу. З економічного погляду технологія виробництва біоводню в найближчому майбутньому не зможе конкурувати з традиційною технологією хімічного виробництва водню. Однак з точки зору захисту навколишнього середовища перспективи виробництва біоводню будуть дуже широкими. Виробництво біоводню включає: фотосинтетичну систему виробництва біоводню (також відому як система виробництва водню шляхом прямого біофотолізу); система виробництва водню за допомогою фотолізу (також відома як система виробництва водню за допомогою непрямого біофотолізу); фотосинтезуючі гетеротрофні бактерії реакція конверсії водного газу система виробництва водню; система виробництва біоводню фотоферментації; система виробництва біоводню анаеробного бродіння (також відома як система виробництва біоводню темного бродіння); фотосинтезно-ферментаційна гібридна система виробництва біоводню; система виробництва біоводню гідрогенази in vitro тощо. Воднева енергія є чистим джерелом енергії з високою теплотворною здатністю. Використання відновлюваних водних ресурсів у природі для виробництва водню, безсумнівно, є кращим методом для людства в майбутньому.
Після більш ніж півстоліття досліджень, хоча технології виробництва водню за допомогою електролізу води та виробництва біоводню досягли значного прогресу, вони все ще знаходяться на стадії розробки і ще не введені в практичне використання. Різноманітні обмежувальні фактори, такі як низька ефективність перетворення сонячної енергії, високе енергоспоживання виробництва водню електролізом води, інгібування продукту, умови експлуатації тощо, роблять швидкість виробництва водню недостатньо високою або неекономічною, а багато інших вузьких місць потребують на подальший прорив. З метою подальшого зниження виробничих витрат і підвищення ефективності виробництва ми будемо готуватися до майбутніх комерційних операцій.
Компанія: Baoji Dynamic Trading Co., Ltd
Країна: Китай
Додати: дорога Баоті, Цзіньтай, місто Баодзі, Шеньсі, Китай
Cel:+86 18391894207(WHATSAPP)
Gmail:alisa@jmyunti.com
Веб-сайт: www.jm-titanium.com
