Hur vätebränsle tillverkas – 8 produktionssteg

Om vi ​​tänker på hur vätebränsle tillverkas, kommer vi att få oss att fråga varför väte används som bränsle. Jo, när väte används som bränsle i en bränslecell är det ett rent bränsle som enbart producerar vatten.

Många resurser, bl.a naturgas, kärnkraft, biomassaoch förnybara energikällor tycka om sol- och vind, kan användas för att tillverka väte.

Dess fördelar gör det till ett önskvärt bränsleval för applikationer som involverar produktion av energi och transporter. Den har många användningsområden, inklusive bärbar kraft, hem, bilar och mer.

Användningen av vätebränsleceller som ett rent och effektivt substitut för konventionella förbränningsmotorer har vuxit avsevärt. Det enda resultatet av den kemiska interaktionen mellan väte och syre i dessa bränsleceller som producerar elektricitet är vatten.

En sofistikerad produktionsprocedur krävs för att fullt ut utnyttja potentialen hos vätebränsleceller.

Hur vätebränsle tillverkas – 4 viktiga produktionsmetoder

Det finns olika sätt att tillverka vätgasbränsle. Idag är elektrolys och naturgasreformering - en termisk process - de mest använda teknikerna. Biologiska och soldrivna processer är ytterligare två tillvägagångssätt.

• Termiska processer
• Elektrolytiska processer
• Soldrivna processer
• Biologiska processer

1. Termiska processer

Den vanligaste termiska metoden för att framställa väte är ångreformering, vilket är en högtemperaturreaktion mellan ånga och ett kolvätebränsle som ger väte.

Väte kan produceras genom reformering av olika kolvätebränslen, såsom diesel, naturgas, förgasat kol, förgasad biomassa och förnybara flytande bränslen. Numera producerar ångreformerande naturgas nästan 95 % av allt väte.

2. Elektrolytiska processer

Väte och syre kan utvinnas ur vatten med hjälp av en elektrolysteknik. En elektrolysator är en enhet som utför elektrolytiska processer. Den liknar en bränslecell genom att den producerar väte från vattenmolekyler snarare än att utnyttja energin från en vätemolekyl.

3. Soldrivna processer

I soldrivna system fungerar ljus som ett medel för att producera väte. Ett fåtal soldrivna processer är termokemiska, fotoelektrokemiska och fotobiologiska. Väte produceras via fotobiologiska processer, som är beroende av den naturliga fotosyntetiska aktiviteten hos bakterier och grönalger.

Genom att använda specifika halvledare delar fotoelektrokemiska reaktioner upp vatten i väte och syre. Koncentrerad solenergi används i termokemisk vätesyntes från solenergi för att underblåsa vattenuppdelningsreaktioner, ofta i samband med ytterligare arter som metalloxider.

4. Biologiska processer

Mikroorganismer som bakterier och mikroalger används i biologiska processer, och dessa organismer kan producera väte genom biologiska reaktioner.

Genom att bryta ner organiskt material som biomassa eller avloppsvatten kan bakterier producera väte i en process som kallas mikrobiell biomassaomvandling. Däremot använder fotobiologiska processer solljus som energikälla för mikroberna.

Hur vätebränsle tillverkas – 8 produktionssteg

Efter att ha diskuterat de olika produktionsmetoderna, låt oss undersöka de specifika procedurerna som är involverade i att producera en vätebränslecell, från att lokalisera råvaror till att producera en ren energikälla. Vi kommer att undersöka procedurerna som utgör den elektrolytiska processen.

• Råvaruförsörjning
• Katalysatorberedning
• Membrane Electrode Assembly (MEA) tillverkning
• Bipolär platttillverkning
• Bränslecellstapelenhet
• Balans av växtkomponenter
• Kvalitetskontroll och testning
• Implementering och integration

1. Råvaruförsörjning

Upphandlingen av råvaror som behövs för konstruktion av vätgasbränsleceller är det första steget i produktionsprocessen. De väsentliga komponenterna inkluderar kolbaserade material för de bipolära plattorna, polymerer för elektrolytmembranet och platina eller andra katalysatorer för elektrodreaktioner.

Dessa material, som vanligtvis köps från många leverantörer, går igenom stränga kvalitetssäkringsprocedurer för att garantera att de är lämpliga för tillverkning av bränsleceller.

2. Katalysatorberedning

Katalysatorn, som ofta är gjord av platina, är väsentlig för bränslecellens förmåga att utföra elektrokemiska reaktioner.

För att producera ett mycket aktivt och stabilt katalysatorskikt behandlas och tillverkas katalysatormaterialet med en mängd olika metoder, inklusive kemisk avsättning och fysisk ångavsättning.

Elektrodytorna täcks sedan med detta lager med tekniker som spraybeläggning eller screentryck.

3. Membrane Electrode Assembly (MEA) tillverkning

De katalysatorbelagda elektroderna och polymerelektrolytmembranet utgör membranelektrodaggregatet, som är en väsentlig del av bränslecellen. Polymerelektrolytmembranet är noggrant framställt och skulpterat för att matcha bränslecellstapelns arkitektur.

Den är vanligen sammansatt av en perfluorsulfonsyrapolymer. MEA bildas därefter genom att integrera elektroderna belagda med katalysator i varje sida av membranet.

4. Bipolär platttillverkning

I en stapel av bränsleceller ansvarar bipolära plattor för att sprida reaktantgaser och överföra elektricitet mellan bränslecellerna. Vanligtvis används kolbaserade material som är resistenta mot korrosion och är lätta för att tillverka dessa plattor.

För att uppnå önskad form och struktur används gjutning, bearbetning eller pressningsprocesser under produktionsprocessen. Kanaler och flödesfält ingår också i bipolära plattor för att underlätta effektiv passage av syre och vätgas.

5. Bränslecellstapelenhet

Den väsentliga komponenten i vätebränslecellsystemet är bränslecellsstapeln, som består av flera bränsleceller kopplade parallellt och i serie. Monteringen består av perfekt staplade bipolära plattor, gasdiffusionsskikt och MEA.

Gasläckor förhindras och god tätning säkerställs genom användning av tätningsmaterial som lim och packningar. Stackenheten är gjord för att producera mest kraft samtidigt som det idealiska flödet av kylvätska och gas bevaras.

6. Balans av växtkomponenter

Ett komplett bränslecellsystem behöver flera balans av anläggningskomponenter (BOP) utöver bränslecellstapeln. Dessa består av luftfuktare, kylsystem, försörjningssystem för vätgas och syre samt kraftelektronik för hantering och reglering av den elektriska effekten.

För att säkerställa lämpligt bränsle- och kylvätskeflöde, termisk hantering och elektrisk anslutning är BOP-komponenterna integrerade i den övergripande systemdesignen.

7. Kvalitetskontroll och testning

Strikta kvalitetskontrollprocedurer används under tillverkningsprocessen för att garantera varje bränslecells pålitlighet och effektivitet. I flera faser genomförs kvalitetskontroller såsom visuell inspektion, elprovning och prestandagranskning.

Kompletta tester görs på slutliga bränslecellsenheter för att bekräfta deras elektriska effekt, hållbarhet, effektivitet och säkerhet. För att uppfylla de erforderliga kvalitetsstandarderna, hittas och byts ut eventuella felaktiga celler eller komponenter.

8. Implementering och integration

Bränslecellerna är förberedda för användning och integration i en rad applikationer efter framgångsrik produktion och testning. Bärbar elektronik, stationär kraftgenereringsutrustning och bilar kan alla falla under denna kategori.

För att konstruera en användbar och effektiv vätgasdriven anordning innebär integrationsproceduren att bränslecellsystemet kopplas till de erforderliga hjälpsystemen, såsom vätgaslagringstankar, luftintagssystem och energistyrningsenheter.

Slutsats

Bränslecellstillverkning av väte är en process i flera steg som börjar med anskaffning av råvaror och slutar med integration av bränslecellssystem.

Denna komplexa process garanterar produktionen av rena, pålitliga och effektiva energikällor som har potential att helt omvandla kraftgenerering, transporter och andra industrier.

Produktionsprocessen för vätebränsleceller utvecklas alltid på grund av kontinuerlig forskning och utveckling, vilket driver utvecklingen av hållbara energilösningar.

Rekommendationer

• 20 fakta om vattenkraft du aldrig visste
  .
• Vätgasdrivna fordon: Lär dig fördelarna och nackdelarna
  .
• Hur fungerar vattenkraft
  .
• Miljöns hydrologiska kretslopp
  .
• Hur påverkar metan den globala uppvärmningen?