Kita bakal ngenalake "hidrogen", generasi sabanjure energi sing netral karbon. Hidrogen dipérang dadi telung jinis: "hidrogen ijo", "hidrogen biru" lan "hidrogen abu-abu", sing saben duwe cara produksi sing beda. Kita uga bakal nerangake saben cara manufaktur, sifat fisik minangka unsur, cara panyimpenan / transportasi, lan cara 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 "electrolyze banyu". Mungkin sampeyan nindakake ing ilmu sekolah kelas. Isi beaker karo banyu lan elektroda ing banyu. Nalika baterei disambungake menyang elektrods lan energized, reaksi ing ngisor iki dumadi 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 semipermeable polimer sing ngidini ion hidrogen ngliwati antarane anoda lan katoda. Nalika banyu diwutahake menyang anoda piranti, ion hidrogen sing diasilake dening elektrolisis pindhah liwat membran semipermeable menyang katoda, ing kana dadi hidrogen molekuler. Ing sisih liya, ion oksigen ora bisa ngliwati membran semipermeabel lan dadi molekul oksigen ing anoda.
Uga ing elektrolisis banyu alkalin, sampeyan nggawe hidrogen lan oksigen kanthi misahake anoda lan katoda liwat separator sing mung bisa dilewati ion hidroksida. Kajaba iku, ana cara industri kayata elektrolisis uap suhu dhuwur.
Kanthi nindakake proses kasebut ing skala gedhe, jumlah hidrogen sing akeh bisa dipikolehi. Ing proses kasebut, jumlah oksigen sing signifikan uga diasilake (setengah volume hidrogen sing diasilake), saengga ora ana pengaruh lingkungan sing mbebayani yen dibebasake menyang atmosfer. Nanging, elektrolisis mbutuhake listrik sing akeh, mula hidrogen bebas karbon bisa diasilake yen diasilake nganggo listrik sing ora nggunakake bahan bakar fosil, kayata turbin angin lan panel surya.
Sampeyan bisa njaluk "hidrogen ijo" dening electrolyzing banyu nggunakake energi resik.
Ana uga generator hidrogen kanggo produksi gedhe-gedhe hidrogen ijo iki. Kanthi nggunakake PEM ing bagean electrolyzer, hidrogen bisa diprodhuksi terus-terusan.
Hidrogen Biru Digawe 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 saliyane banyu. Contone, nimbang metana (CH4), komponen utama gas alam. Ana papat atom hidrogen ing kene. Sampeyan bisa njaluk hidrogen kanthi njupuk hidrogen iki.
Salah sijine yaiku proses sing diarani "reformasi metana uap" sing nggunakake uap. Rumus kimia saka cara iki kaya ing ngisor iki.
Kaya sing sampeyan ngerteni, karbon monoksida lan hidrogen bisa diekstrak saka siji molekul metana.
Kanthi cara iki, hidrogen bisa diprodhuksi liwat proses kayata "reformasi uap" 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 diprodhuksi minangka produk sampingan. Dadi sampeyan kudu daur ulang sadurunge dibebasake menyang atmosfer. Karbon dioksida produk sampingan, yen ora dibalekake, dadi gas hidrogen, sing dikenal minangka "hidrogen abu-abu".
Apa Jenis Unsur Hidrogen?
Hidrogen duwé nomer atom 1 lan minangka unsur pisanan ing tabel périodik.
Jumlah atom paling gedhé ing alam semesta, kira-kira 90% saka kabèh unsur ing alam semesta. Atom paling cilik sing dumadi saka proton lan elektron yaiku atom hidrogen.
Hidrogen nduweni rong isotop kanthi neutron sing dipasang ing inti. Siji "deuterium" ikatan neutron lan loro "tritium" ikatan neutron. Iki uga minangka bahan kanggo pembangkit listrik fusi.
Ing sajeroning lintang kaya srengéngé, ana fusi nuklir saka hidrogen menyang helium, sing dadi sumber energi kanggo lintang kasebut sumunar.
Nanging, hidrogen arang ana minangka gas ing Bumi. Hidrogen mbentuk senyawa karo unsur liyane kayata banyu, metana, amonia lan etanol. Wiwit hidrogen minangka unsur cahya, nalika suhu mundhak, kacepetan gerakan molekul hidrogen mundhak, lan lolos saka gravitasi bumi menyang luar angkasa.
Kepiye Gunakake Hidrogen? Gunakake dening Combustion
Banjur, kepiye "hidrogen", sing wis narik kawigaten ing saindenging jagad minangka sumber energi generasi sabanjure, digunakake? Iki digunakake ing rong cara utama: "pembakaran" lan "sel bahan bakar". Ayo dadi miwiti nggunakake "obong".
Ana rong jinis utama pembakaran sing digunakake.
Kapisan minangka bahan bakar roket. Roket H-IIA Jepang nggunakake gas hidrogen "hidrogen cair" lan "oksigen cair" sing uga ana ing negara cryogenic minangka bahan bakar. Iki loro digabungake, lan energi panas kui ing wektu accelerates injeksi saka molekul banyu kui, mabur menyang papan. Nanging, amarga iku mesin teknis angel, kajaba Jepang, mung Amerika Serikat, Eropah, Rusia, China lan India wis kasil gabungke bahan bakar iki.
Kapindho yaiku pembangkit listrik. Pembangkit listrik turbin gas uga nggunakake cara nggabungake hidrogen lan oksigen kanggo ngasilake energi. Ing tembung liyane, iku cara sing katon ing energi termal diprodhuksi dening hidrogen. Ing pembangkit listrik termal, panas saka pembakaran batu bara, lenga lan gas alam ngasilake uap sing nyurung turbin. Yen hidrogen digunakake minangka sumber panas, pembangkit listrik bakal netral karbon.
Kepiye Gunakake Hidrogen? Digunakake minangka Sel Bahan Bakar
Cara liya kanggo nggunakake hidrogen minangka sel bahan bakar, sing ngowahi hidrogen langsung dadi listrik. Utamane, Toyota wis narik kawigatosan ing Jepang kanthi nyebutake kendaraan berbahan bakar hidrogen tinimbang kendaraan listrik (EVs) minangka alternatif kanggo kendaraan bensin minangka bagean saka pancegahan pemanasan global.
Khusus, kita nindakake prosedur mbalikke nalika ngenalake metode manufaktur "hidrogen ijo". Rumus kimia kaya ing ngisor iki.
Hidrogen bisa ngasilake banyu (banyu panas utawa uap) nalika ngasilake listrik, lan bisa dievaluasi amarga ora mbebani lingkungan. Ing sisih liya, cara iki nduweni efisiensi pembangkit listrik sing relatif kurang saka 30-40%, lan mbutuhake platinum minangka katalis, saengga mbutuhake biaya tambah.
Saiki, kita nggunakake sel bahan bakar elektrolit polimer (PEFC) lan sel bahan bakar asam fosfat (PAFC). Utamane, kendaraan sel bahan bakar nggunakake PEFC, saengga bisa diarepake bakal nyebar ing mangsa ngarep.
Apa Panyimpenan lan Transportasi Hidrogen Aman?
Saiki, kita mikir sampeyan ngerti carane gas hidrogen digawe lan digunakake. Dadi carane sampeyan nyimpen hidrogen iki? Kepiye carane njaluk ing ngendi sampeyan butuh? Kepiye babagan keamanan ing wektu kasebut? Kita bakal nerangake.
Nyatane, hidrogen uga minangka unsur sing mbebayani banget. Ing wiwitan abad kaping 20, kita nggunakake hidrogen minangka gas kanggo ngambang balon, balon, lan kapal udara ing langit amarga cahya banget. Nanging, ing 6 Mei 1937, ing New Jersey, AS, "bledosan kapal udara Hindenburg" kedadeyan.
Wiwit kacilakan kasebut, umume diakoni manawa gas hidrogen mbebayani. Utamane yen geni, bakal njeblug banget kanthi oksigen. Mulane, "tetep adoh saka oksigen" utawa "tetep adoh saka panas" iku penting.
Sawise njupuk langkah kasebut, kita nemokake cara pengiriman.
Hidrogen minangka gas ing suhu kamar, mula sanajan isih dadi gas, akeh banget. Cara pisanan yaiku nggunakake tekanan dhuwur lan kompres kaya silinder nalika nggawe minuman berkarbonasi. Siapke tangki tekanan dhuwur khusus lan simpen ing kahanan tekanan dhuwur kayata 45Mpa.
Toyota, sing ngembangake kendaraan sel bahan bakar (FCV), ngembangake tangki hidrogen tekanan tinggi resin sing bisa tahan tekanan 70 MPa.
Cara liya yaiku adhem nganti -253 ° C kanggo nggawe hidrogen cair, lan nyimpen lan transportasi ing tangki khusus sing diisolasi panas. Kaya LNG (gas alam cair) nalika gas alam diimpor saka luar negeri, hidrogen dicairake sajrone transportasi, nyuda volume dadi 1/800 saka kahanan gas. Ing taun 2020, kita ngrampungake operator hidrogen cair pertama ing donya. Nanging, pendekatan iki ora cocok kanggo kendaraan sel bahan bakar amarga mbutuhake akeh energi kanggo kelangan.
Ana cara kanggo nyimpen lan ngirim ing tank kaya iki, nanging kita uga ngembangake metode panyimpenan hidrogen liyane.
Cara panyimpenan yaiku nggunakake paduan panyimpenan hidrogen. Hidrogen nduweni sifat nembus logam lan ngrusak. Iki minangka tip pangembangan sing dikembangake ing Amerika Serikat ing taun 1960-an. JJ Reilly et al. Eksperimen wis nuduhake yen hidrogen bisa disimpen lan dibebasake nggunakake paduan magnesium lan vanadium.
Sawise iku, dheweke kasil ngembangake zat, kayata paladium, sing bisa nyerep hidrogen 935 kaping volume dhewe.
Kauntungan saka nggunakake 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, paduan panyimpenan hidrogen bisa ngeculake gas hidrogen liwat wektu. Lha, malah cemlorot cilik bisa nyebabake kacilakan bledosan, mula sing ati-ati.
Uga duwe kerugian sing bola-bali panyerepan hidrogen lan desorption mimpin kanggo embrittlement lan ngurangi tingkat panyerepan hidrogen.
Liyane yaiku nggunakake pipa. Ana syarat sing kudu non-compressed lan tekanan kurang kanggo nyegah embrittlement saka pipo, nanging kauntungan iku pipa gas ana bisa digunakake. Tokyo Gas nindakake karya konstruksi ing Harumi FLAG, nggunakake pipa gas kutha kanggo nyuplai hidrogen menyang sel bahan bakar.
Future Society Digawe dening Hydrogen Energy
Pungkasan, ayo dipikirake peran hidrogen ing masyarakat.
Sing luwih penting, kita pengin ningkatake masyarakat sing 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 ngowahi gas alam kanggo ngasilake listrik sing dibutuhake. Nanging, pitakonan apa sing kudu dilakoni karo produk sampingan saka proses reformasi tetep.
Ing mangsa ngarep, yen sirkulasi hidrogen dhewe mundhak, kayata nambah jumlah stasiun pengisian bahan bakar hidrogen, bisa nggunakake listrik tanpa ngetokake karbon dioksida. Listrik ngasilake hidrogen ijo, mesthine, mula nggunakake listrik sing diasilake saka srengenge utawa angin. Daya sing digunakake kanggo elektrolisis kudu dadi daya kanggo nyuda jumlah pembangkit listrik utawa ngisi baterei sing bisa diisi ulang nalika ana keluwihan daya saka energi alam. Ing tembung liya, hidrogen ana ing posisi sing padha karo baterei sing bisa diisi ulang. Yen kedadeyan kasebut, pungkasane bisa nyuda pembangkit listrik termal. Dina nalika mesin pembakaran internal ilang saka mobil wis nyedhak.
Hidrogen uga bisa dipikolehi liwat rute liya. Nyatane, hidrogen isih minangka produk sampingan saka produksi soda kaustik. Antarane liyane, iku produk sampingan saka produksi coke ing wesi. Yen sampeyan sijine hidrogen iki ing distribusi, sampeyan bakal bisa kanggo njaluk macem-macem sumber. Gas hidrogen sing diprodhuksi kanthi cara iki uga disedhiyakake dening stasiun hidrogen.
Ayo katon luwih menyang masa depan. Jumlah energi sing ilang uga dadi masalah karo cara transmisi sing nggunakake kabel kanggo nyuplai daya. Mulane, ing mangsa ngarep, kita bakal nggunakake hidrogen sing dikirim dening pipa, kaya tangki asam karbonat sing digunakake kanggo nggawe omben-omben berkarbonasi, lan tuku tangki hidrogen ing omah kanggo ngasilake listrik kanggo saben kluwarga. Piranti seluler sing nganggo baterei hidrogen dadi umum. Iku bakal menarik kanggo ndeleng mangsa kuwi.
Wektu kirim: Jun-08-2023
