Мо "ҳидроген", насли ояндаи энергияро ҷорӣ хоҳем кард, ки бетараф карбон аст. Гидроген ба се намуд тақсим мешавад: «ҳидрогени сабз», «ҳидрогени кабуд» ва «гидрогени хокистарӣ», ки ҳар кадоми онҳо усули истеҳсоли гуногун доранд. Мо инчунин ҳар як усули истеҳсол, хосиятҳои физикӣ ҳамчун унсурҳо, усулҳои нигоҳдорӣ / интиқол ва усулҳои истифодаро шарҳ медиҳем. Ва ман инчунин муаррифӣ хоҳам кард, ки чаро он манбаи бартари энергияи насли оянда аст.
Электролизи об барои тавлиди гидрогени сабз
Ҳангоми истифодабарии гидроген, ба ҳар ҳол "истеҳсоли гидроген" муҳим аст. Роҳи осонтарин ин «электролиз кардани об» мебошад. Шояд шумо дар илми мактаби синфӣ кор кардаед. Стаканро бо об ва электродҳоро дар об пур кунед. Вақте ки батарея ба электродҳо пайваст карда мешавад ва энергия дода мешавад, дар об ва дар ҳар як электрод реаксияҳои зерин ба амал меоянд.
Дар катод, H+ ва электронҳо барои тавлиди гази гидроген муттаҳид мешаванд, дар ҳоле ки анод оксиген тавлид мекунад. Бо вуҷуди ин, ин равиш барои таҷрибаҳои илмии мактабӣ хуб аст, аммо барои истеҳсоли гидроген ба таври саноатӣ бояд механизмҳои муассир барои истеҳсоли миқёси калон омода карда шаванд. Ин "электролизи мембранаи электролитии полимерӣ (PEM)" аст.
Дар ин усул, мембранаи нимгузарандаи полимерӣ, ки гузариши ионҳои гидрогенро имкон медиҳад, дар байни анод ва катод ҷойгир карда мешавад. Вақте ки об ба аноди дастгоҳ рехта мешавад, ионҳои гидроген, ки дар натиҷаи электролиз ҳосил мешаванд, тавассути мембранаи нимгузаранда ба катод мегузаранд ва дар он ҷо онҳо гидрогени молекулавӣ мешаванд. Аз тарафи дигар, ионҳои оксиген наметавонанд аз мембранаи нимгузаранда гузаранд ва дар анод ба молекулаҳои оксиген табдил ёбанд.
Инчунин дар электролизи оби сілтӣ, шумо тавассути ҷудо кардани анод ва катод тавассути сепараторе, ки аз он танҳо ионҳои гидроксид гузаранд, гидроген ва оксигенро эҷод мекунед. Гайр аз ин, усулхои саноатй, монанди электролизи буги дар харорати баланд мавчуданд.
Дар микьёси калон гузарондани ин процессхо микдори зиёди водород ба даст овардан мумкин аст. Дар ҷараёни ин раванд миқдори зиёди оксиген низ тавлид мешавад (нисфи ҳаҷми гидрогени тавлидшуда), то ки агар ба атмосфера партояд, он ба муҳити зист таъсири манфӣ нарасонад. Бо вуҷуди ин, электролиз қувваи зиёди барқро талаб мекунад, бинобар ин, агар водороди аз карбон холӣ дошта бошад, агар он бо нерӯи барқе, ки сӯзишвории истихроҷшавандаро истифода набарад, ба монанди турбинаҳои шамол ва панелҳои офтобӣ истеҳсол карда шавад.
Шумо метавонед тавассути электролиз кардани об бо истифода аз энергияи тоза "ҳидрогени сабз" гиред.
Барои истехсоли микьёси калони ин водороди сабз генератори водородй низ мавчуд аст. Бо истифода аз PEM дар қисмати электролизер гидрогенро пайваста тавлид кардан мумкин аст.
Гидрогени кабуд аз сӯзишвории истихроҷшуда
Пас, роҳҳои дигари ҳосил кардани гидроген кадомҳоянд? Гидроген дар сӯзишвории истихроҷшаванда ба монанди гази табиӣ ва ангишт ҳамчун моддаҳои ғайр аз об мавҷуд аст. Масалан, метанро (CH4), ҷузъи асосии гази табииро баррасӣ кунед. Дар ин чо чор атоми гидроген мавчуд аст. Шумо метавонед гидрогенро тавассути гирифтани ин гидроген ба даст оред.
Яке аз онҳо равандест, ки "реформинги метани буғӣ" ном дорад, ки буғро истифода мебарад. Формулаи химиявии ин усул чунин аст.
Тавре ки шумо мебинед, оксиди карбон ва гидрогенро аз як молекулаи метан гирифтан мумкин аст.
Бо ин роҳ, гидрогенро тавассути равандҳо ба монанди "реформинги буғ" ва "пиролиз" -и гази табиӣ ва ангишт тавлид кардан мумкин аст. "Видрогени кабуд" ба гидрогени бо ин роҳ тавлидшуда ишора мекунад.
Аммо дар ин ҳолат, оксиди карбон ва гази карбон ҳамчун маҳсулоти иловагӣ истеҳсол карда мешаванд. Аз ин рӯ, шумо бояд онҳоро пеш аз он ки ба атмосфера партоянд, дубора коркард кунед. Гази оксиди карбон, агар барқарор нашавад, ба гази гидроген табдил меёбад, ки бо номи "гидроген хокистарӣ" маълум аст.
Гидроген чӣ гуна элемент аст?
Гидроген рақами атомии 1 дорад ва элементи аввалини ҷадвали даврӣ мебошад.
Шумораи атомҳо бузургтарин дар коинот буда, тақрибан 90% тамоми элементҳои коинотро ташкил медиҳанд. Хурдтарин атом, ки аз протон ва электрон иборат аст, атоми гидроген мебошад.
Гидроген дорои ду изотопи дорои нейтронҳо ба ядро мебошад. Як «дейтерий»-и бо нейтрон пайвастшуда ва ду «тритий»-и бо нейтрон пайвастшуда. Инҳо инчунин маводҳо барои тавлиди энергияи синтез мебошанд.
Дар дохили ситорае мисли офтоб, синтези атомӣ аз гидроген ба гелий ба амал меояд, ки манбаи энергия барои дурахши ситора мебошад.
Бо вуҷуди ин, гидроген дар рӯи замин хеле кам вуҷуд дорад. Гидроген бо дигар элементҳо ба монанди об, метан, аммиак ва этанол пайвастагиҳоро ташкил медиҳад. Азбаски гидроген як унсури сабук аст, бо баланд шудани ҳарорат суръати ҳаракати молекулаҳои гидроген зиёд шуда, аз қувваи ҷозибаи замин ба фазои кайҳон мебарояд.
Гидрогенро чӣ тавр истифода бурдан мумкин аст? Истифодаи сӯзишворӣ
Пас, "ҳидроген", ки таваҷҷуҳи ҷаҳониёнро ҳамчун манбаи энергияи насли оянда ба худ ҷалб кардааст, чӣ гуна истифода мешавад? Он дар ду роҳи асосӣ истифода мешавад: "сӯзиш" ва "ҳуҷайраҳои сӯзишворӣ". Биёед бо истифодаи "сухтан" оғоз кунем.
Ду намуди асосии сӯзишворӣ истифода мешаванд.
Якум ҳамчун сӯзишвории ракета аст. Мушаки H-IIA-и Ҷопон аз гази гидрогени "ҳидрогени моеъ" ва "оксигени моеъ" истифода мекунад, ки ҳамчун сӯзишворӣ низ дар ҳолати криогенӣ аст. Ин ду якҷоя мешаванд ва энергияи гармие, ки дар он вақт тавлид мешавад, сӯзандоруи молекулаҳои оби тавлидшударо метезонад ва ба кайҳон парвоз мекунад. Аммо азбаски он муҳаррики аз ҷиҳати техникӣ мушкил аст, ба ҷуз Ҷопон, танҳо Амрико, Аврупо, Русия, Чин ва Ҳинд ин сӯзишвориро бомуваффақият муттаҳид кардаанд.
Дуюм - тавлиди нерӯи барқ. Истеҳсоли нерӯи турбинаи газ инчунин усули якҷоя кардани гидроген ва оксигенро барои тавлиди энергия истифода мебарад. Ба ибораи дигар, ин усулест, ки ба энергияи гармии аз ҷониби гидроген тавлидшуда назар мекунад. Дар нерӯгоҳҳои ҳароратӣ гармии сӯзиши ангишт, нафт ва гази табиӣ буғеро ба вуҷуд меорад, ки турбинаҳоро ба ҳаракат медарорад. Агар гидроген ҳамчун манбаи гармӣ истифода шавад, нерӯгоҳи барқӣ бетарафи карбон хоҳад буд.
Гидрогенро чӣ тавр истифода бурдан мумкин аст? Ҳамчун ҳуҷайраи сӯзишворӣ истифода мешавад
Роҳи дигари истифодаи гидроген ҳамчун ҳуҷайраи сӯзишворӣ мебошад, ки гидрогенро мустақиман ба нерӯи барқ табдил медиҳад. Аз ҷумла, Тойота дар Ҷопон таваҷҷуҳи худро ба ҷои мошинҳои барқӣ (EV) ҳамчун алтернатива ба мошинҳои бензин дар чаҳорчӯби чораҳои зидди гармшавии глобалии худ мошинҳои бо сӯзишвории ҳидрогениро ба худ ҷалб кард.
Махсусан, хангоми чорй кардани усули истехсоли «гидрогени сабз» мо тартиби баръаксро ичро мекунем. Формулаи химиявӣ чунин аст.
Гидроген метавонад ҳангоми тавлиди нерӯи барқ об (оби гарм ё буғ) тавлид кунад ва онро метавон арзёбӣ кард, зеро он ба муҳити зист бори гарон намеорад. Аз тарафи дигар, ин усул 30-40% самаранокии тавлиди нерӯи барқро дорад ва платинаро ҳамчун катализатор талаб мекунад, ки хароҷоти зиёдро талаб мекунад.
Ҳоло мо ҳуҷайраҳои сӯзишвории полимерии электролитӣ (PEFC) ва ҳуҷайраҳои сӯзишвории кислотаи фосфориро (PAFC) истифода мебарем. Аз ҷумла, мошинҳои сӯзишвории сӯзишворӣ PEFC-ро истифода мебаранд, аз ин рӯ интизор шудан мумкин аст, ки он дар оянда паҳн шавад.
Оё нигоҳдорӣ ва интиқоли гидроген бехатар аст?
Ҳоло мо фикр мекунем, ки шумо фаҳмед, ки гази гидроген чӣ гуна сохта мешавад ва истифода мешавад. Пас, шумо ин гидрогенро чӣ гуна нигоҳ доред? Чӣ тавр шумо онро ба он ҷое, ки ба шумо лозим аст, пайдо мекунед? Дар бораи амният дар он вақт чӣ гуфтан мумкин аст? Мо шарҳ медиҳем.
Дар асл, гидроген низ як унсури хеле хатарнок аст. Дар ибтидои асри 20 мо гидрогенро ҳамчун газ барои шино кардани пуфакҳо, пуфакҳо ва киштиҳои ҳавоӣ дар осмон истифода мебурдем, зеро он хеле сабук буд. Бо вуҷуди ин, 6 майи соли 1937 дар Ню Ҷерси ИМА "таркииши дирижабли Ҳинденбург" ба амал омад.
Аз замони садама ба таври васеъ эътироф шудааст, ки гази гидроген хатарнок аст. Хусусан вақте ки он оташ мегирад, он бо оксиген шадидан таркиш мекунад. Аз ин рӯ, "аз оксиген дур нигоҳ доред" ё "аз гармӣ дур нигоҳ доред" муҳим аст.
Баъди андешидани ин тадбирхо мо усули боркашониро пеш гирифтем.
Гидроген як газ дар ҳарорати хонагӣ аст, аз ин рӯ гарчанде ки он ҳанӯз газ аст, он хеле ҳаҷм дорад. Усули аввал ин аст, ки ҳангоми тайёр кардани нӯшокиҳои газдор фишори баланд ва фишурдани мисли баллон. Як зарфи махсуси фишорбаландӣ омода кунед ва онро дар шароити фишори баланд, ба монанди 45Mpa нигоҳ доред.
Toyota, ки мошинҳои ҳуҷайраи сӯзишворӣ (FCV) таҳия мекунад, як зарфи гидрогени аз қатрони баландфишорро таҳия мекунад, ки ба фишори 70 МПа тоб оварда метавонад.
Усули дигар ин аст, ки то -253°С хунук карда, гидрогени моеъ хосил намуда, дар зарфхои махсуси гармидиханда нигох доштан ва кашондани он мебошад. Мисли LNG (гази моеъ), вақте ки гази табиӣ аз хориҷа ворид карда мешавад, гидроген ҳангоми интиқол моеъ мешавад ва ҳаҷми онро то 1/800 ҳолати газии он коҳиш медиҳад. Дар соли 2020 мо аввалин боркашонии гидрогени моеъро дар ҷаҳон анҷом додем. Аммо, ин равиш барои мошинҳои ҳуҷайраи сӯзишворӣ мувофиқ нест, зеро он барои хунук кардани он нерӯи зиёд лозим аст.
Чунин усули нигох доштан ва фиристодан дар зарфхо мавчуд аст, вале мо усулхои дигари нигох доштани водородро низ кор карда истодаем.
Усули нигоҳдорӣ истифодаи хӯлаҳои нигоҳдории гидроген мебошад. Гидроген дорои хосияти ворид шудан ба металлҳо ва вайрон кардани онҳо мебошад. Ин як маслиҳати рушд аст, ки дар Иёлоти Муттаҳида дар солҳои 1960 таҳия шудааст. JJ Reilly ва дигарон. Таҷрибаҳо нишон доданд, ки гидрогенро бо истифода аз хӯлаи магний ва ванадий нигоҳ доштан ва озод кардан мумкин аст.
Пас аз ин, вай бомуваффақият як моддае, ба монанди палладийро таҳия кард, ки метавонад водородро 935 маротиба аз ҳаҷми худ бибарад.
Бартарии истифодаи ин хӯла дар он аст, ки он метавонад садамаҳои ихроҷи гидрогенро пешгирӣ кунад (асосан садамаҳои таркиш). Аз ин рӯ, онро метавон бехатар нигоҳ дошт ва интиқол дод. Аммо, агар шумо эҳтиёт нашавед ва онро дар муҳити нодуруст гузоред, хӯлаҳои нигоҳдории гидроген метавонанд бо мурури замон гази гидрогенро озод кунанд. Хуб, ҳатто шарораи хурд метавонад боиси садамаи таркиш гардад, аз ин рӯ эҳтиёт шавед.
Он инчунин як нуқсон дорад, ки азхудкунии такрории гидроген ва десорбсия боиси ғафсшавӣ мегардад ва суръати азхудкунии гидрогенро коҳиш медиҳад.
Дигар ин истифодаи қубурҳо мебошад. Шарт вуҷуд дорад, ки он бояд фишурда нашавад ва фишори паст бошад, то шикастани қубурҳо пешгирӣ карда шавад, аммо бартарият дар он аст, ки қубурҳои мавҷудаи газро истифода бурдан мумкин аст. Tokyo Gas корҳои сохтмонӣ дар FLAG Harumi анҷом дод, бо истифода аз қубурҳои гази шаҳр барои таъмини гидроген ба ҳуҷайраҳои сӯзишворӣ.
Ҷамъияти оянда, ки аз ҷониби энергияи гидроген сохта шудааст
Дар охир, биёед дар бораи нақши гидроген дар ҷомеа дида бароем.
Муҳимтар аз ҳама, мо мехоҳем ҷомеаи бидуни карбонро пеш барем, мо гидрогенро барои тавлиди нерӯи барқ ба ҷои энергияи гармӣ истифода мебарем.
Дар баъзе хочагихо ба чои станцияхои электрикии аловии калон системахои «ЭНЕ-ФАРМ» чорй карда шудаанд, ки дар онхо водороди дар натичаи ислохоти гази табий ба даст овардашуда барои хосил намудани кувваи электри зарурй истифода мебаранд. Аммо саволе боки мемонад, ки бо махсули иловагии процесси ислохот чй бояд кард.
Дар оянда агар худи обороти водород зиёд шавад, масалан, шумораи станциядои сузишвории водородй зиёд карда шавад, онгод бе партови гази карбон энергияи электрро истифода бурдан мумкин аст. Албатта, нерӯи барқ ҳидрогени сабзро тавлид мекунад, бинобар ин он нерӯи барқро аз нури офтоб ё шамол тавлид мекунад. Қуввае, ки барои электролиз истифода мешавад, бояд қудрате бошад, ки ҳаҷми тавлиди нерӯи барқро коҳиш диҳад ё батареяи барқгиранда ҳангоми мавҷуд будани қувваи изофӣ аз энергияи табиӣ бошад. Ба ибораи дигар, гидроген дар ҳамон мавқеъ бо батареяи барқгиранда аст. Агар ин тавр шавад, дар ниҳоят имкони коҳиш додани тавлиди нерӯи гармӣ хоҳад буд. Рузи аз мошинхо нопадид шудани двигатели дарун-суз наздик мешавад.
Гидрогенро бо рохи дигар хам гирифтан мумкин аст. Дарвоқеъ, водород ҳанӯз ҳам маҳсулоти иловагии истеҳсоли содаи каустикӣ мебошад. Дар байни чизҳои дигар, он маҳсулоти иловагии истеҳсоли кокс дар оҳансозӣ мебошад. Агар шумо ин гидрогенро дар тақсимот ҷойгир кунед, шумо метавонед якчанд манбаъҳоро ба даст оред. Гази водородие, ки бо ин рох хосил мешавад, аз станцияхои водородй низ дода мешавад.
Биёед ба оянда назар андозем. Миқдори энергияи талафшуда инчунин як масъалаи усули интиқолест, ки симҳоро барои таъмини қувваи барқ истифода мебарад. Аз ин ру, мо дар оянда аз водороди ба воси-таи трубопроводхо овардашуда, монанди бакхои кислотаи карбон, ки дар тайёр кардани нушокихои газдор истифода мешаванд, истифода бурда, дар хона як зарфи водороди мехарем, то барои хар як хочагй кувваи электр хосил кунад. Дастгоҳҳои мобилие, ки бо батареяҳои гидроген кор мекунанд, маъмул гашта истодаанд. Чунин ояндаро дидан ҷолиб хоҳад буд.
Вақти фиристодан: июн-08-2023
