Jak se vyrábí vodíkové palivo – 8 výrobních kroků

Pokud se zamyslíme nad tím, jak se vyrábí vodíkové palivo, budeme se muset ptát, proč se jako palivo používá vodík. Když se vodík používá jako palivo v palivovém článku, je to čisté palivo, které produkuje pouze vodu.

Četné zdroje, vč zemní plyn, jaderná energie, biomasa, a obnovitelné zdroje energie jako sluneční a vítr, lze použít k výrobě vodíku.

Jeho výhody z něj činí žádanou volbu paliva pro aplikace zahrnující výrobu energie a dopravu. Má mnoho použití, včetně přenosného napájení, domácností, automobilů a dalších.

Využití vodíkových palivových článků jako čisté a účinné náhrady za konvenční spalovací motory výrazně vzrostl. Jediným výsledkem chemické interakce mezi vodíkem a kyslíkem v těchto palivových článcích, která vyrábí elektřinu, je voda.

Pro plné využití potenciálu vodíkových palivových článků je zapotřebí sofistikovaný výrobní postup.

Jak se vyrábí vodíkové palivo – 4 hlavní výrobní metody

Existují různé způsoby výroby vodíkového paliva. V dnešní době jsou nejčastěji používané techniky elektrolýza a reformování zemního plynu – tepelný proces. Biologické a solární procesy jsou další dva přístupy.

• Tepelné procesy
• Elektrolytické procesy
• Solární procesy
• Biologické procesy

1. Tepelné procesy

Nejběžnější tepelnou metodou výroby vodíku je parní reformování, což je vysokoteplotní reakce mezi párou a uhlovodíkovým palivem, která poskytuje vodík.

Vodík lze vyrábět reformováním různých uhlovodíkových paliv, jako je nafta, zemní plyn, zplyněné uhlí, zplynovaná biomasa a obnovitelná kapalná paliva. V současnosti zemní plyn využívající parní reformu produkuje téměř 95 % veškerého vodíku.

2. Elektrolytické procesy

Vodík a kyslík lze extrahovat z vody pomocí techniky elektrolýzy. Elektrolyzér je zařízení, které provádí elektrolytické procesy. Je podobný palivovému článku v tom, že vyrábí vodík z molekul vody, spíše než aby využíval energii molekuly vodíku.

3. Solární procesy

V solárních systémech působí světlo jako činidlo pro výrobu vodíku. Několik solárně řízených procesů je termochemických, fotoelektrochemických a fotobiologických. Vodík se vyrábí fotobiologickými procesy, které spoléhají na přirozenou fotosyntetickou aktivitu bakterií a zelených řas.

Fotoelektrochemické reakce využívající specifické polovodiče rozdělují vodu na vodík a kyslík. Koncentrovaná solární energie se používá při solární termochemické syntéze vodíku k podpoře reakcí štěpení vody, často ve spojení s dalšími druhy, jako jsou oxidy kovů.

4. Biologické procesy

Mikroorganismy jako bakterie a mikrořasy se používají v biologických procesech a tyto organismy mohou produkovat vodík prostřednictvím biologických reakcí.

Rozkládáním organických materiálů, jako je biomasa nebo odpadní voda, mohou bakterie produkovat vodík v procesu známém jako přeměna mikrobiální biomasy. Naproti tomu fotobiologické procesy využívají sluneční světlo jako zdroj energie pro mikroby.

Jak se vyrábí vodíkové palivo – 8 výrobních kroků

Po probrání různých výrobních metod se podívejme na konkrétní postupy spojené s výrobou vodíkového palivového článku, od umístění surovin až po výrobu čistého zdroje energie. Budeme zkoumat postupy, které tvoří elektrolytický proces.

• Surovinové zdroje
• Příprava katalyzátoru
• Výroba sestavy membránových elektrod (MEA).
• Výroba bipolárních desek
• Sestava zásobníku palivových článků
• Bilance rostlinných složek
• Kontrola a testování kvality
• Nasazení a integrace

1. Surovinové zdroje

Nákup surovin potřebných pro stavbu vodíkových palivových článků je prvním krokem ve výrobním procesu. Mezi podstatné složky patří materiály na bázi uhlíku pro bipolární desky, polymery pro membránu elektrolytu a platina nebo jiné katalyzátory pro elektrodové reakce.

Tyto materiály, které se obvykle nakupují od mnoha prodejců, procházejí přísnými postupy pro zajištění kvality, aby byla zaručena jejich vhodnost pro výrobu palivových článků.

2. Příprava katalyzátoru

Katalyzátor, který je často vyroben z platiny, je nezbytný pro schopnost palivového článku provádět elektrochemické reakce.

K výrobě vysoce aktivní a stabilní vrstvy katalyzátoru se materiál katalyzátoru zpracovává a vyrábí za použití různých metod, včetně chemického nanášení a fyzikálního nanášení par.

Povrchy elektrod jsou pak pokryty touto vrstvou pomocí technik, jako je nanášení sprejem nebo sítotisk.

3. Výroba sestavy membránových elektrod (MEA).

Katalyzátorem potažené elektrody a polymerní elektrolytová membrána tvoří sestavu membránové elektrody, která je nezbytnou součástí palivového článku. Polymerní elektrolytová membrána je pečlivě vyrobena a tvarována tak, aby odpovídala architektuře soustavy palivových článků.

Obvykle se skládá z polymeru perfluorsulfonové kyseliny. MEA je následně vytvořena integrací elektrod potažených katalyzátorem do každé strany membrány.

4. Výroba bipolárních desek

Ve stohu palivových článků mají bipolární desky na starosti rozptýlení reakčních plynů a přenos elektřiny mezi palivovými články. K výrobě těchto desek se obvykle používají materiály na bázi uhlíku, které jsou odolné vůči korozi a jsou lehké.

K dosažení požadovaného tvaru a struktury se během výrobního procesu používají procesy lisování, obrábění nebo lisování. Kanály a průtoková pole jsou také zahrnuty v bipolárních deskách, aby se usnadnil účinný průchod plynů kyslíku a vodíku.

5. Sestava zásobníku palivových článků

Základní součástí systému vodíkových palivových článků je sada palivových článků, která se skládá z několika palivových článků spojených paralelně a sériově. Sestava se skládá z dokonale naskládaných bipolárních desek, vrstev pro difúzi plynu a MEA.

Únikům plynu je zabráněno a dobré utěsnění je zajištěno použitím těsnících materiálů, jako jsou lepidla a těsnění. Sestava komínu je vyrobena tak, aby produkovala co největší výkon při zachování ideálního toku chladicí kapaliny a plynu.

6. Bilance rostlinných složek

Úplný systém palivových článků potřebuje kromě sady palivových článků několik vyvážených součástí závodu (BOP). Jedná se o zvlhčovače, chladicí systémy, napájecí systémy pro vodík a kyslík a výkonovou elektroniku pro řízení a regulaci elektrického výkonu.

Pro zajištění vhodného průtoku paliva a chladicí kapaliny, tepelného managementu a elektrické konektivity jsou komponenty BOP integrovány do celkového návrhu systému.

7. Kontrola a testování kvality

Během výrobního procesu se používají přísné postupy kontroly kvality, aby byla zaručena spolehlivost a účinnost každého palivového článku. V několika fázích se provádějí kontroly kvality, jako je vizuální kontrola, elektrické testování a revize výkonu.

Kompletní testování se provádí na konečných sestavách palivových článků, aby se potvrdil jejich elektrický výkon, životnost, účinnost a bezpečnost. Aby byly splněny požadované standardy kvality, všechny vadné články nebo komponenty jsou nalezeny a nahrazeny.

8. Nasazení a integrace

Palivové články jsou po úspěšné výrobě a testování připraveny k nasazení a integraci do řady aplikací. Do této kategorie může spadat přenosná elektronika, stacionární zařízení na výrobu energie a automobily.

Aby bylo možné zkonstruovat užitečné a efektivní zařízení na vodíkový pohon, integrační postup zahrnuje připojení systému palivových článků k požadovaným pomocným systémům, jako jsou zásobníky vodíku, systémy nasávání vzduchu a jednotky pro řízení spotřeby.

Proč investovat do čističky vzduchu?

Výroba vodíkových palivových článků je vícestupňový proces, který začíná nákupem surovin a končí integrací systémů palivových článků.

Tento komplexní proces zaručuje výrobu čistých, spolehlivých a účinných zdrojů energie, které mají potenciál zcela transformovat výrobu energie, dopravu a další průmyslová odvětví.

Výrobní proces vodíkových palivových článků se neustále vyvíjí díky neustálému výzkumu a vývoji, který pohání vývoj udržitelných energetických řešení.

Doporučení

• 20 faktů o vodní energii, o kterých jste nevěděli
  .
• Vozidla na vodíkový pohon: Poznejte výhody a nevýhody
  .
• Jak funguje vodní energie
  .
• Hydrologický cyklus životního prostředí
  .
• Jak metan ovlivňuje globální oteplování?