Elektrolýza vody za vzniku H2 a O2
Titanové anody, klíčové součásti elektrolytických vodíkových a kyslíkových zařízení, mají stabilní kvalitu, jsou šetrné k životnímu prostředí a nemají žádné sekundární znečištění, mají nízký nadměrný potenciál, mají dobrý účinek na úsporu energie a mohou ušetřit 15-20 % energie. Existují tvary desek, pletiv, trubek a speciálních tvarů.
1. Pokrok ve výzkumu výroby vodíku elektrolýzou vody Výroba vodíku elektrolýzou vody je důležitým prostředkem k dosažení průmyslové a nízkonákladové přípravy H2 a může produkovat produkty s čistotou 99 % až 99,9 %. Spotřeba elektřiny na výrobu vodíku elektrolýzou vody v mé zemi každoročně dosahuje více než (1,5×107) kW·h. Při průchodu proudu mezi elektrodami vzniká na katodě vodík, na anodě kyslík a elektrolýza vody [2]. Základní částí zařízení na výrobu vodíku pro elektrolýzu vody je elektrolytický článek a materiál elektrody je klíčem k elektrolytickému článku. Kvalita výkonu elektrody do značné míry určuje napětí článku a spotřebu energie elektrolýzy vody a přímo ovlivňuje náklady. Účinnost poskytování elektřiny k rozkladu vody za účelem výroby vodíku je obecně 75 % až 85 %. Proces je jednoduchý a bez znečištění, ale spotřeba energie je velká, takže jeho aplikace podléhá určitým omezením. Elektrolýza vody se provádí v elektrolytickém článku, který je naplněn elektrolytem a rozdělen na anodovou komoru a katodovou komoru membránou. V každé komoře jsou umístěny elektrody. Protože voda má velmi nízkou vodivost, používá se vodný roztok (koncentrace asi 15 %) s elektrolytem. Když proud prochází mezi elektrodami při určitém napětí, na katodě se vyrábí vodík a na anodě kyslík, čímž se dosáhne elektrolýzy vody. Teoreticky jsou platinové kovy nejideálnějšími kovy pro elektrody pro elektrolýzu vody, ale v praxi se často používají poniklované železné elektrody, aby se snížily náklady na zařízení a výrobu. Při elektrolýze vody je reakční vzorec elektrody následující [3]. V kyselém roztoku, katodová reakce: 4H++4e=2H2∏=0V Anodová reakce: 2H2O =4H++O2+4e∏ =1,23V V alkalickém roztoku, katodová reakce: 4H2O +4e=2H2+4OH∏=-0,828V Anodová reakce: 4OH-=2 H2O+O2+4e∏=0.401V Jak je vidět z výše uvedeného vzorce, celková reakce elektrolýzy vody je následující, ať už v kyselém nebo alkalickém roztoku. 2H2O=2H2+O2 Teoretické rozkladné napětí vody nemá nic společného s hodnotou pH, proto lze jako elektrolyty použít kyselé nebo zásadité roztoky. Z hlediska struktury elektrolytického článku a výběru materiálu je však použití kyselých roztoků náchylné k různým poruchám. Proto se nyní v průmyslu používají alkalické roztoky.
(1) Tradiční technologie alkalické elektrolýzy Elektrolýza alkalické vody je v současnosti běžnou a vyzrálou metodou pro přípravu vodíku. Tato metoda nevyžaduje vysoké vybavení a investice se soustředí především do vybavení; vyrobený vodík má vysokou čistotu, ale účinnost není příliš vysoká. Proces je také relativně šetrný k životnímu prostředí a bez znečištění, ale spotřebovává velké množství elektřiny, a proto podléhá určitým omezením. Tlak při elektrolýze vody v průmyslu se obecně pohybuje mezi 1,65 a 2,2 V. Životnost materiálu elektrody a spotřeba energie při elektrolýze vody jsou klíčovými faktory při hodnocení kvality materiálů elektrod pro alkalickou elektrolýzu vody. Když hustota proudu není velká, hlavním ovlivňujícím faktorem je přepětí; při zvýšení proudové hustoty se hlavním faktorem spotřeby energie stávají přepětí a pokles odporového napětí. V praktických aplikacích by průmyslové elektrody měly mít následující vlastnosti [3]: (1) velký povrch; (2) vysoká vodivost; (3) dobrá elektrokatalytická aktivita; (4) dlouhodobá mechanická a chemická stabilita; (5) srážení malých bublin; (6) vysoká selektivita; (7) snadné získání a nízké náklady; (8) bezpečnost. Elektrolýza vody často vyžaduje větší proudovou hustotu (nad 4000 A/m2), proto jsou důležitější body 2 a 4. Protože vysoká vodivost může snížit energetické ztráty způsobené ohmickou polarizací, vysoká stabilita zajišťuje dlouhou životnost materiálů elektrod. 1 a 3 jsou požadavky na snížení nadměrného potenciálu vývoje vodíku a kyslíku a jsou také důležitými indikátory pro hodnocení výkonu elektrody.
(2) Technologie elektrolýzy vody s pevným polymerem SPE Vzhledem k tomu, že elektrolyzér s kapalinou jako elektrolytem má nízkou účinnost, je nepohodlný při pohybu a často vyžaduje údržbu, lidé aktivně hledají nové elektrolyty, což podnítilo vývoj a výzkum aplikací pevného polymeru. elektrolytu (SPE), také známý jako protonová výměnná membrána (PEM). V současné době používá elektrolyzér jako elektrolyt pevnou membránu nafionové kyseliny perfluorsulfonové. Elektroda využívá ušlechtilé kovy nebo jejich oxidy s vysokým katalytickým výkonem, které jsou vyrobeny do práškové formy s velkým specifickým povrchem a jsou pojeny a lisovány na obou stranách membrány Nafion pomocí teflonu, aby vytvořily stabilní kombinaci membrány a elektrody.
(3) Proces vysokoteplotní parní elektrolýzy Dalším způsobem výroby vodíku vodní elektrolýzou je vysokoteplotní parní elektrolýza. Jedná se o metodu odvozenou od palivových článků s pevným oxidem. Elektrolytická komora obecně používá jako elektrolyt Y2O3-stabilizovaný ZrO2. Čím vyšší teplota, tím nižší odpor. Avšak z hlediska tepelné odolnosti materiálu je horní teplotní limit výhodně 1000 stupňů. Obvykle se jako katoda používá smíšené slinuté těleso z niklu a keramiky a jako anoda je použit vodivý kompozitní oxid vápníku a titanu.
2. Vývoj biologické výroby vodíku Téma využití mikroorganismů k výrobě vodíku je studováno již desítky let. Ve 30. letech 20. století byla zaznamenána první zpráva o bakteriální tmavé fermentaci za vzniku vodíku. Následně v roce 1942 Gaffron a Rubin oznámili, že zelené řasy využívají světelnou energii k výrobě vodíku a v roce 1949 Gest a Kamen objevili fototrofní bakterie produkující vodík. Spruit v roce 1958 potvrdil, že řasy mohou produkovat vodík přímou fotolýzou bez potřeby fixace oxidu uhličitého. Výzkum Healyho (1970) ukázal, že když je intenzita světla příliš vysoká, proces produkce vodíku Chlamydomonas moewsuii bude inhibován v důsledku produkce kyslíku. Během energetické krize v 70. letech 20. století bylo po celém světě provedeno mnoho výzkumů o produkci biovodíku. Thauer v roce 1976 poukázal na to, že tmavá fermentace se ve skutečné výrobě obtížně aplikuje, protože z 1 molu glukózy dokáže vyrobit pouze 4 mol vodíku a 2 mol kyseliny octové. Fototrofní bakterie dokážou substráty, jako jsou organické kyseliny, zcela přeměnit na vodík, takže od té doby se výzkum výroby biovodíku v podstatě soustředil na fotofermentaci. Počátkem 80. let se podpora obnovitelných zdrojů energie v programech výzkumu a vývoje (VaV) po celém světě postupně snižovala. Počátkem 90. let byly problémy životního prostředí stále vážnější a pozornost lidí se soustředila na alternativní energie. S podporou výzkumu a vývoje výroby biovodíku v Německu, Japonsku a Spojených státech byla široce studována oblast řas využívajících světelnou energii k výrobě vodíku z vody. Celková účinnost přeměny solární energie v tomto procesu je však stále velmi nízká. Na druhou stranu, tmavá fermentace a fototrofní bakterie mohou produkovat vodík z levných substrátů nebo organického odpadu. Vzhledem k tomu, že dokáže vyrábět čistou energii a zpracovávat organický odpad, vlády USA a Japonska podpořily několik dlouhodobých výzkumných programů. Očekává se, že praktické uplatnění technologie výroby biovodíku bude realizováno v polovině 21. století. Od objevu mikrobiální výroby vodíku uplynulo více než půl století, ale výroba biovodíku se v praxi neuplatnila. Zbývá vyřešit mnoho technických problémů, jako je screening mikroorganismů, konstrukce reaktorů a optimalizace provozních podmínek, přičemž pozornost byla věnována i ceně této technologie. Z ekonomického hlediska nemůže technologie výroby biovodíku v blízké budoucnosti konkurovat tradiční technologii chemické výroby vodíku. Z hlediska ochrany životního prostředí však budou vyhlídky produkce biovodíku velmi široké. Výroba biovodíku zahrnuje: fotosyntetický systém produkce biovodíku (také známý jako systém produkce vodíku přímou biofotolýzou); systém výroby biovodíku fotolýzou (také známý jako systém výroby vodíku nepřímou biofotolýzou); fotosyntetické heterotrofní bakterie reakce konverze vodního plynu systém výroby vodíku; fotofermentační systém produkce biovodíku; anaerobní fermentační systém produkce biovodíku (také známý jako tmavý fermentační systém produkce biovodíku); fotosyntéza-fermentace hybridní systém produkce biovodíku; in vitro hydrogenázový systém výroby biovodíku atd. Vodíková energie je čistý a vysoce výhřevný zdroj energie. Využití obnovitelných vodních zdrojů v přírodě k výrobě vodíku je nepochybně preferovanou metodou pro lidstvo v budoucnosti.
Po více než půlstoletí výzkumu, přestože výroba vodíku elektrolýzou vody a technologie výroby biovodíku zaznamenaly velký pokrok, jsou stále v podstatě ve stádiu vývoje a dosud nebyly uvedeny do praxe. Různé omezující faktory, jako je nízká účinnost přeměny solární energie, vysoká spotřeba energie při elektrolýze vody, výroba vodíku, inhibice produktu, provozní podmínky atd. způsobují, že rychlost výroby vodíku ve stávajících systémech výroby vodíku není dostatečně vysoká nebo neekonomická, a mnoho dalších úzkých míst potřebuje být dále proražen. Za účelem dalšího snížení výrobních nákladů a rozšíření efektivity výroby se připravíme na budoucí komerční provoz.
Společnost: Baoji Dynamic Trading Co., Ltd
Země: Čína
Přidat: silnice Baoti, Jintai, město Baoji, Shaanxi, Čína
Cel:+86 18391894207(WHATSAPP)
Gmail:alisa@jmyunti.com
Webové stránky: www.jm-titanium.com
