Kita bakal ngenalake "hidrogen", generasi energi sabanjure sing netral karbon. Hidrogen dipérang dadi telung jinis: "hidrogen ijo", "hidrogen biru" lan "hidrogen abu-abu", sing saben jinis nduweni metode produksi sing beda. Kita uga bakal nerangake saben metode manufaktur, sifat fisik minangka unsur, metode panyimpenan/transportasi, lan metode panggunaan. Lan aku uga bakal ngenalake kenapa iki minangka sumber energi dominan generasi sabanjure.
Elektrolisis Banyu kanggo Ngasilake Hidrogen Ijo
Nalika nggunakake hidrogen, penting kanggo "ngasilake hidrogen". Cara paling gampang yaiku "ngelektrolisis banyu". Mungkin sampeyan wis nindakake nalika sekolah dasar sains. Isi gelas kimia nganggo banyu lan elektroda ing banyu. Nalika baterei disambungake menyang elektroda lan dialiri energi, reaksi ing ngisor iki kedadeyan ing banyu lan ing saben elektroda.
Ing katoda, H+ lan elektron gabung kanggo ngasilake gas hidrogen, dene anoda ngasilake oksigen. Nanging, pendekatan iki apik kanggo eksperimen sains sekolah, nanging kanggo ngasilake hidrogen sacara industri, mekanisme efisien sing cocog kanggo produksi skala gedhe kudu disiapake. Yaiku "elektrolisis membran elektrolit polimer (PEM)".
Ing metode iki, membran semipermeabel polimer sing ngidini ion hidrogen liwat diapit ing antarane anoda lan katoda. Nalika banyu diwutahake menyang anoda piranti, ion hidrogen sing diasilake dening elektrolisis pindhah liwat membran semipermeabel menyang katoda, ing ngendi dadi hidrogen molekuler. Ing sisih liya, ion oksigen ora bisa ngliwati membran semipermeabel lan dadi molekul oksigen ing anoda.
Uga ing elektrolisis banyu alkali, sampeyan nggawe hidrogen lan oksigen kanthi misahake anoda lan katoda liwat separator sing mung bisa diliwati ion hidroksida. Kajaba iku, ana metode industri kayata elektrolisis uap suhu dhuwur.
Kanthi nindakake proses kasebut kanthi skala gedhe, hidrogen bisa dipikolehi kanthi jumlah sing akeh. Ing proses kasebut, oksigen uga diasilake kanthi jumlah sing signifikan (setengah volume hidrogen sing diasilake), saengga ora bakal ana dampak lingkungan sing ala yen dibebasake menyang atmosfer. Nanging, elektrolisis mbutuhake akeh listrik, mula hidrogen bebas karbon bisa diasilake yen diasilake nganggo listrik sing ora nggunakake bahan bakar fosil, kayata turbin angin lan panel surya.
Kowé isa éntuk "hidrogen ijo" kanthi ngelektrolisis banyu nganggo ènergi resik.
Ana uga generator hidrogen kanggo produksi skala gedhe hidrogen ijo iki. Kanthi nggunakake PEM ing bagean elektroliser, hidrogen bisa diprodhuksi terus-terusan.
Hidrogen Biru Digawé saka Bahan Bakar Fosil
Dadi, apa cara liya kanggo nggawe hidrogen? Hidrogen ana ing bahan bakar fosil kayata gas alam lan batu bara minangka zat liyane kajaba banyu. Contone, coba pikirake metana (CH4), komponen utama gas alam. Ana papat atom hidrogen ing kene. Sampeyan bisa entuk hidrogen kanthi njupuk hidrogen iki.
Salah sijine yaiku proses sing diarani "reforming metana uap" sing nggunakake uap. Formula kimia saka metode iki kaya ing ngisor iki.
Kaya sing sampeyan deleng, karbon monoksida lan hidrogen bisa diekstrak saka siji molekul metana.
Kanthi cara iki, hidrogen bisa diprodhuksi liwat proses kayata "steam reforming" lan "pirolisis" gas alam lan batu bara. "Hidrogen biru" nuduhake hidrogen sing diprodhuksi kanthi cara iki.
Nanging, ing kasus iki, karbon monoksida lan karbon dioksida diasilake minangka produk sampingan. Dadi sampeyan kudu ngolah maneh sadurunge dibebasake menyang atmosfer. Produk sampingan karbon dioksida, yen ora dipulihake, dadi gas hidrogen, sing dikenal minangka "hidrogen abu-abu".
Apa Jinis Unsur Hidrogen Iku?
Hidrogen nduwèni nomer atom 1 lan minangka unsur pisanan ing tabel periodik.
Cacahing atom iku sing paling gedhé ing jagad raya, nyakup udakara 90% saka kabèh unsur ing jagad raya. Atom paling cilik sing kasusun saka proton lan elektron yaiku atom hidrogen.
Hidrogen duwé rong isotop kanthi neutron sing nempel ing inti. Siji "deuterium" sing kaiket neutron lan loro "tritium" sing kaiket neutron. Iki uga minangka bahan kanggo pembangkit listrik fusi.
Ing njero lintang kaya srengéngé, fusi nuklir saka hidrogen dadi helium lagi kedadeyan, sing dadi sumber energi supaya lintang kasebut bisa sumunar.
Nanging, hidrogen arang ana minangka gas ing Bumi. Hidrogen mbentuk senyawa karo unsur liyane kayata banyu, metana, amonia lan etanol. Amarga hidrogen minangka unsur entheng, nalika suhu mundhak, kecepatan gerakan molekul hidrogen mundhak, lan lolos saka gravitasi bumi menyang njaba angkasa.
Kepiye Cara Nggunakake Hidrogen? Digunakake kanthi Pembakaran
Banjur, kepiye "hidrogen", sing wis narik kawigaten ing saindenging jagad minangka sumber energi generasi sabanjure, digunakake? Iki digunakake kanthi rong cara utama: "pembakaran" lan "sel bahan bakar". Ayo diwiwiti kanthi panggunaan "pembakaran".
Ana rong jinis utama pembakaran sing digunakake.
Sing pertama yaiku minangka bahan bakar roket. Roket H-IIA Jepang nggunakake gas hidrogen "hidrogen cair" lan "oksigen cair" sing uga ana ing kahanan kriogenik minangka bahan bakar. Loro-lorone iki digabungake, lan energi panas sing diasilake nalika iku nyepetake injeksi molekul banyu sing diasilake, mabur menyang luar angkasa. Nanging, amarga mesin iki angel sacara teknis, kajaba Jepang, mung Amerika Serikat, Eropa, Rusia, China lan India sing kasil nggabungake bahan bakar iki.
Kapindho yaiku pembangkit listrik. Pembangkit listrik turbin gas uga nggunakake metode nggabungake hidrogen lan oksigen kanggo ngasilake energi. Kanthi tembung liya, iki minangka metode sing nyinaoni energi termal sing diasilake dening hidrogen. Ing pembangkit listrik termal, panas saka batu bara, lenga, lan gas alam sing diobong ngasilake uap sing nggerakake turbin. Yen hidrogen digunakake minangka sumber panas, pembangkit listrik bakal netral karbon.
Kepiye Cara Nggunakake Hidrogen? Digunakake minangka Sel Bahan Bakar
Cara liya kanggo nggunakake hidrogen yaiku minangka sel bahan bakar, sing ngowahi hidrogen langsung dadi listrik. Utamane, Toyota wis narik kawigaten ing Jepang kanthi ngunggahake kendaraan berbahan bakar hidrogen tinimbang kendaraan listrik (EV) minangka alternatif kanggo kendaraan bensin minangka bagean saka langkah-langkah penanggulangan pemanasan global.
Sacara khusus, kita nindakake prosedur kosok baline nalika ngenalake metode manufaktur "hidrogen ijo". Formula kimiane kaya ing ngisor iki.
Hidrogen bisa ngasilake banyu (banyu panas utawa uap) nalika ngasilake listrik, lan bisa dievaluasi amarga ora nggawe beban kanggo lingkungan. Ing sisih liya, metode iki nduweni efisiensi pembangkit listrik sing relatif kurang yaiku 30-40%, lan mbutuhake platinum minangka katalis, saengga mbutuhake biaya sing luwih dhuwur.
Saiki, kita nggunakake sel bahan bakar elektrolit polimer (PEFC) lan sel bahan bakar asam fosfat (PAFC). Utamane, kendaraan sel bahan bakar nggunakake PEFC, mula bisa diarepake bakal nyebar ing mangsa ngarep.
Apa Panyimpenan lan Transportasi Hidrogen Aman?
Saiki, miturut kita sampeyan wis ngerti kepiye gas hidrogen digawe lan digunakake. Dadi kepiye carane nyimpen hidrogen iki? Kepiye carane entuk ing ngendi wae sampeyan butuh? Kepiye babagan keamanan ing wektu kasebut? Kita bakal nerangake.
Nyatane, hidrogen uga minangka unsur sing mbebayani banget. Ing awal abad kaping 20, kita nggunakake hidrogen minangka gas kanggo ngambangake balon, balon, lan kapal udara ing langit amarga langite padhang banget. Nanging, ing tanggal 6 Mei 1937, ing New Jersey, AS, "ledakan kapal udara Hindenburg" kedadeyan.
Wiwit kacilakan kasebut, wis diakoni sacara wiyar manawa gas hidrogen iku mbebayani. Utamane nalika kobong, bakal njeblug kanthi banter karo oksigen. Mulane, "adoh saka oksigen" utawa "adoh saka panas" iku penting banget.
Sawise njupuk langkah-langkah kasebut, kita nemokake cara pengiriman.
Hidrogen iku gas ing suhu ruangan, mula sanajan isih gas, iku gedhe banget. Cara sing pertama yaiku menehi tekanan dhuwur lan kompres kaya silinder nalika nggawe ombenan berkarbonasi. Siapke tangki tekanan dhuwur khusus lan simpen ing kahanan tekanan dhuwur kayata 45Mpa.
Toyota, sing ngembangake kendaraan sel bahan bakar (FCV), lagi ngembangake tangki hidrogen tekanan tinggi resin sing bisa tahan tekanan 70 MPa.
Cara liyané yaiku ngademake nganti -253°C kanggo nggawe hidrogen cair, lan nyimpen lan ngangkut ing tangki khusus sing diisolasi panas. Kaya LNG (gas alam cair) nalika gas alam diimpor saka luar negeri, hidrogen dicairke sajrone transportasi, nyuda volume dadi 1/800 saka kahanan gas. Ing taun 2020, kita ngrampungake pembawa hidrogen cair pertama ing donya. Nanging, pendekatan iki ora cocok kanggo kendaraan sel bahan bakar amarga mbutuhake akeh energi kanggo ngademake.
Ana cara nyimpen lan ngirim ing tangki kaya iki, nanging kita uga lagi ngembangake cara liya kanggo nyimpen hidrogen.
Cara panyimpenane yaiku nggunakake paduan panyimpenan hidrogen. Hidrogen nduweni sipat nembus logam lan ngrusak. Iki minangka tip pangembangan sing dikembangake ing Amerika Serikat ing taun 1960-an. JJ Reilly et al. Eksperimen nuduhake yen hidrogen bisa disimpen lan dirilis nggunakake paduan magnesium lan vanadium.
Sawisé kuwi, dhèwèké kasil ngembangaké zat, kaya ta paladium, sing bisa nyerep hidrogen 935 kali volumené dhéwé.
Kauntungane nggunakake logam campuran iki yaiku bisa nyegah kacilakan bocor hidrogen (utamane kacilakan bledosan). Mulane, bisa disimpen lan diangkut kanthi aman. Nanging, yen sampeyan ora ati-ati lan ninggalake ing lingkungan sing salah, logam campuran panyimpenan hidrogen bisa ngeculake gas hidrogen suwe-suwe. Ya, sanajan percikan cilik bisa nyebabake kacilakan bledosan, mula ati-ati.
Iki uga nduweni kekurangan yaiku panyerepan lan desorpsi hidrogen sing bola-bali nyebabake kerapuhan lan nyuda tingkat panyerepan hidrogen.
Liyane yaiku nggunakake pipa. Ana syarate yaiku kudu ora dikompres lan tekanane kurang kanggo nyegah pipa dadi rapuh, nanging kaluwihane yaiku pipa gas sing wis ana bisa digunakake. Tokyo Gas nindakake konstruksi ing Harumi FLAG, nggunakake pipa gas kutha kanggo nyedhiyakake hidrogen menyang sel bahan bakar.
Masyarakat Masa Depan Digawé déning Energi Hidrogen
Pungkasan, ayo dirembug peran hidrogen ing masyarakat.
Sing luwih penting yaiku kita pengin ningkatake masyarakat bebas karbon, kita nggunakake hidrogen kanggo ngasilake listrik tinimbang minangka energi panas.
Tinimbang pembangkit listrik termal gedhe, sawetara rumah tangga wis ngenalake sistem kayata ENE-FARM, sing nggunakake hidrogen sing dipikolehi kanthi ngreformasi gas alam kanggo ngasilake listrik sing dibutuhake. Nanging, pitakonan babagan apa sing kudu ditindakake karo produk sampingan saka proses reformasi isih ana.
Ing mangsa ngarep, yen sirkulasi hidrogen dhewe mundhak, kayata nambah jumlah stasiun pengisian bahan bakar hidrogen, bakal bisa nggunakake listrik tanpa ngetokake karbon dioksida. Listrik mesthi ngasilake hidrogen ijo, mula nggunakake listrik sing diasilake saka sinar srengenge utawa angin. Daya sing digunakake kanggo elektrolisis kudune daya kanggo nyuda jumlah pembangkit listrik utawa kanggo ngisi daya baterei sing bisa diisi ulang nalika ana daya sing berlebihan saka energi alam. Kanthi tembung liya, hidrogen ana ing posisi sing padha karo baterei sing bisa diisi ulang. Yen iki kedadeyan, pungkasane bakal bisa nyuda pembangkit listrik termal. Dina nalika mesin pembakaran internal ilang saka mobil wis cedhak.
Hidrogen uga bisa dipikolehi liwat jalur liya. Nyatane, hidrogen isih minangka produk sampingan saka produksi soda kaustik. Antarane liyane, iki minangka produk sampingan saka produksi kokas ing pabrik wesi. Yen sampeyan nyelehake hidrogen iki ing distribusi, sampeyan bakal bisa entuk macem-macem sumber. Gas hidrogen sing diasilake kanthi cara iki uga disedhiyakake dening stasiun hidrogen.
Ayo padha nyawang luwih jero menyang mangsa ngarep. Jumlah energi sing ilang uga dadi masalah karo metode transmisi sing nggunakake kabel kanggo nyuplai daya. Mulane, ing mangsa ngarep, kita bakal nggunakake hidrogen sing dikirim liwat pipa, kaya tangki asam karbonat sing digunakake kanggo nggawe ombenan karbonat, lan tuku tangki hidrogen ing omah kanggo ngasilake listrik kanggo saben kluwarga. Piranti seluler sing nganggo baterei hidrogen wis dadi lumrah. Bakal menarik kanggo ndeleng mangsa ngarep kaya ngono.
Wektu kiriman: 8 Juni 2023
