إذا فكرنا في كيفية صنع وقود الهيدروجين، فسوف نتساءل لماذا يستخدم الهيدروجين كوقود. حسنًا، عندما يتم استخدام الهيدروجين كوقود في خلية الوقود، فهو وقود نظيف ينتج الماء فقط.
العديد من الموارد، بما في ذلك غاز طبيعي, الطاقة النووية, الكتلة الحيويةو مصادر الطاقة المتجددة مثل شمسي والرياح، ويمكن استخدامها لتصنيع الهيدروجين.
مزاياه تجعله خيارًا مرغوبًا للوقود في التطبيقات التي تتضمن إنتاج الطاقة والنقل. وله العديد من الاستخدامات، بما في ذلك الطاقة المحمولة، والمنازل، والسيارات، وأكثر من ذلك.
استخدام خلايا الوقود الهيدروجيني كبديل نظيف وفعال للوقود الهيدروجيني محركات الاحتراق التقليدية نمت بشكل ملحوظ. والنتيجة الوحيدة للتفاعل الكيميائي بين الهيدروجين والأكسجين في خلايا الوقود هذه التي تنتج الكهرباء هي الماء.
مطلوب إجراء إنتاج متطور للاستفادة الكاملة من إمكانات خلايا وقود الهيدروجين.
جدول المحتويات
كيف يتم تصنيع وقود الهيدروجين – 4 طرق إنتاج رئيسية
هناك العديد طرق تصنيع وقود الهيدروجين. في هذه الأيام، يعد التحليل الكهربائي وإعادة تشكيل الغاز الطبيعي - وهي عملية حرارية - من التقنيات الأكثر استخدامًا. العمليات البيولوجية والعمليات التي تعمل بالطاقة الشمسية هما نهجان آخران.
- العمليات الحرارية
- عمليات التحليل الكهربائي
- العمليات التي تعتمد على الطاقة الشمسية
- العمليات البيولوجية
1. العمليات الحرارية
الطريقة الحرارية الأكثر شيوعًا لإنتاج الهيدروجين هي الإصلاح بالبخار، وهو تفاعل عالي الحرارة بين البخار والوقود الهيدروكربوني الذي ينتج الهيدروجين.
يمكن إنتاج الهيدروجين من خلال إعادة تشكيل أنواع مختلفة من الوقود الهيدروكربوني، مثل الديزل والغاز الطبيعي والفحم المتحول إلى غاز والكتلة الحيوية المتحولة والوقود السائل المتجدد. في أيامنا هذه، ينتج الغاز الطبيعي المصلح بالبخار ما يقرب من 95% من إجمالي الهيدروجين.
2. عمليات التحليل الكهربائي
يمكن استخلاص الهيدروجين والأكسجين من الماء باستخدام تقنية التحليل الكهربائي. المحلل الكهربائي هو جهاز يقوم بعمليات التحليل الكهربائي. وهي تشبه خلية الوقود من حيث أنها تنتج الهيدروجين من جزيئات الماء بدلاً من استخدام طاقة جزيء الهيدروجين.
3. العمليات التي تعتمد على الطاقة الشمسية
في الأنظمة التي تعمل بالطاقة الشمسية، يعمل الضوء كعامل لإنتاج الهيدروجين. بعض العمليات التي تعتمد على الطاقة الشمسية هي الكيمياء الحرارية، والكيميائية الضوئية، والبيولوجية الضوئية. يتم إنتاج الهيدروجين عبر العمليات الضوئية الحيوية، التي تعتمد على نشاط التمثيل الضوئي الطبيعي للبكتيريا والطحالب الخضراء.
باستخدام أشباه الموصلات المحددة، تقوم التفاعلات الكهروكيميائية الضوئية بتقسيم الماء إلى هيدروجين وأكسجين. تُستخدم الطاقة الشمسية المركزة في تخليق الهيدروجين الكيميائي الحراري الشمسي لتغذية تفاعلات تجزئة الماء، وغالبًا ما تكون بالتزامن مع أنواع إضافية مثل أكاسيد المعادن.
4. العمليات البيولوجية
تُستخدم الكائنات الحية الدقيقة مثل البكتيريا والطحالب الدقيقة في العمليات البيولوجية، ويمكن لهذه الكائنات إنتاج الهيدروجين من خلال التفاعلات البيولوجية.
من خلال تحليل المواد العضوية مثل الكتلة الحيوية أو مياه الصرف الصحي، يمكن للبكتيريا إنتاج الهيدروجين في عملية تعرف باسم تحويل الكتلة الحيوية الميكروبية. في المقابل، تستخدم العمليات الضوئية الحيوية ضوء الشمس كمصدر للطاقة للميكروبات.
كيف يتم تصنيع وقود الهيدروجين – 8 خطوات الإنتاج
بعد مناقشة طرق الإنتاج المختلفة، دعونا نتفحص الإجراءات المحددة المتبعة في إنتاج خلية وقود الهيدروجين، بدءًا من تحديد موقع المواد الخام وحتى إنتاج مصدر طاقة نظيف. سنقوم بفحص الإجراءات التي تشكل عملية التحليل الكهربائي.
- مصادر المواد الخام
- تحضير المحفز
- تصنيع مجموعة القطب الكهربائي الغشائي (MEA).
- تصنيع الألواح ثنائية القطب
- مجموعة كومة خلايا الوقود
- توازن مكونات النبات
- مراقبة الجودة والاختبار
- الانتشار والتكامل
1. مصادر المواد الخام
يعد شراء المواد الخام اللازمة لبناء خلايا وقود الهيدروجين هو الخطوة الأولى في عملية الإنتاج. تشتمل المكونات الأساسية على مواد كربونية للصفائح ثنائية القطب، وبوليمرات لغشاء الإلكتروليت، والبلاتين أو محفزات أخرى لتفاعلات الأقطاب الكهربائية.
عادةً ما يتم الحصول على هذه المواد من العديد من البائعين، وتخضع لإجراءات ضمان الجودة الصارمة لضمان ملاءمتها لتصنيع خلايا الوقود.
2. تحضير المحفز
يعد المحفز، والذي غالبًا ما يكون مصنوعًا من البلاتين، ضروريًا لقدرة خلية الوقود على إجراء التفاعلات الكهروكيميائية.
لإنتاج طبقة محفز نشطة ومستقرة للغاية، تتم معالجة المادة المحفزة وتصنيعها باستخدام مجموعة متنوعة من الطرق، بما في ذلك الترسيب الكيميائي والترسيب الفيزيائي للبخار.
يتم بعد ذلك تغطية أسطح الأقطاب الكهربائية بهذه الطبقة باستخدام تقنيات مثل الطلاء بالرش أو طباعة الشاشة.
3. تصنيع مجموعة القطب الكهربائي الغشائي (MEA).
تشكل الأقطاب الكهربائية المغلفة بالمحفز وغشاء الإلكتروليت البوليمر مجموعة القطب الكهربي الغشائي، والتي تعد جزءًا أساسيًا من خلية الوقود. يتم إنتاج غشاء البوليمر بالكهرباء ونحته بدقة ليتناسب مع بنية مجموعة خلايا الوقود.
ويتكون عادة من بوليمر حمض البيرفلوروسلفونيك. يتم تشكيل MEA لاحقًا من خلال دمج الأقطاب الكهربائية المطلية بالمحفز في كل جانب من جوانب الغشاء.
4. تصنيع الألواح ثنائية القطب
في كومة من خلايا الوقود، تكون الصفائح ثنائية القطب مسؤولة عن تشتيت الغازات المتفاعلة ونقل الكهرباء بين خلايا الوقود. عادةً ما يتم استخدام مواد كربونية مقاومة للتآكل وخفيفة الوزن لتصنيع هذه الألواح.
لتحقيق الشكل والهيكل المطلوب، يتم استخدام عمليات القولبة أو التصنيع أو الضغط أثناء عملية الإنتاج. يتم أيضًا تضمين القنوات ومجالات التدفق في الصفائح ثنائية القطب لتسهيل المرور الفعال لغازات الأكسجين والهيدروجين.
5. مجموعة كومة خلايا الوقود
المكون الأساسي لنظام خلايا وقود الهيدروجين هو مجموعة خلايا الوقود، والتي تتكون من عدة خلايا وقود مقترنة بترتيبات متوازية ومتسلسلة. يتكون التجميع من ألواح ثنائية القطب مكدسة بشكل مثالي، وطبقات انتشار الغاز، والاتفاقات البيئية المتعددة الأطراف.
يتم منع تسرب الغاز ويتم ضمان الختم الجيد من خلال استخدام مواد مانعة للتسرب مثل المواد اللاصقة والحشيات. تم تصنيع مجموعة المكدس لإنتاج أكبر قدر من الطاقة مع الحفاظ على التدفق المثالي لسائل التبريد والغاز.
6. توازن مكونات النبات
يحتاج نظام خلايا الوقود الكامل إلى العديد من مكونات المحطة (BOP) بالإضافة إلى مجموعة خلايا الوقود. وتتكون هذه من أجهزة الترطيب، وأنظمة التبريد، وأنظمة إمداد الهيدروجين والأكسجين، وإلكترونيات الطاقة لإدارة وتنظيم الإخراج الكهربائي.
ولضمان التدفق المناسب للوقود وسائل التبريد، والإدارة الحرارية، والتوصيل الكهربائي، تم دمج مكونات مانع الانفجار BOP في التصميم العام للنظام.
7. مراقبة الجودة والاختبار
يتم استخدام إجراءات صارمة لمراقبة الجودة أثناء عملية التصنيع لضمان موثوقية وكفاءة كل خلية وقود. في عدة مراحل، يتم إجراء فحوصات الجودة مثل الفحص البصري والاختبار الكهربائي ومراجعات الأداء.
يتم إجراء الاختبار الكامل على مجموعات خلايا الوقود النهائية للتأكد من إنتاجها الكهربائي ومتانتها وكفاءتها وسلامتها. لتلبية معايير الجودة المطلوبة، يتم العثور على أي خلايا أو مكونات معيبة واستبدالها.
8. الانتشار والتكامل
يتم إعداد خلايا الوقود للنشر والتكامل في مجموعة من التطبيقات بعد نجاح إنتاجها واختبارها. يمكن أن تندرج جميع الأجهزة الإلكترونية المحمولة ومعدات توليد الطاقة الثابتة والسيارات ضمن هذه الفئة.
لبناء جهاز مفيد وفعال يعمل بالهيدروجين، يستلزم إجراء التكامل ربط نظام خلايا الوقود بالأنظمة المساعدة المطلوبة، مثل صهاريج تخزين الهيدروجين، وأنظمة سحب الهواء، ووحدات إدارة الطاقة.
وفي الختام
إن تصنيع خلايا وقود الهيدروجين هي عملية متعددة الخطوات تبدأ بشراء المواد الخام وتنتهي بتكامل أنظمة خلايا الوقود.
تضمن هذه العملية المعقدة إنتاج مصادر طاقة نظيفة وموثوقة وفعالة ولديها القدرة على إحداث تحول كامل في توليد الطاقة والنقل وغيرها من الصناعات.
تتطور عملية إنتاج خلايا الوقود الهيدروجيني دائمًا بسبب البحث والتطوير المستمر، مما يدفع إلى تطوير حلول الطاقة المستدامة.
توصيات
- 20 معلومة عن الطاقة الكهرومائية لم تعرفها من قبل
. - المركبات التي تعمل بالهيدروجين: تعرف على إيجابيات وسلبيات
. - كيف تعمل الطاقة الكهرومائية
. - الدورة الهيدرولوجية للبيئة
. - كيف يؤثر الميثان على ظاهرة الاحتباس الحراري؟
دعاة حماية البيئة عن ظهر قلب. كاتب محتوى رئيسي في EnvironmentGo.
أسعى لتثقيف الجمهور حول البيئة ومشاكلها.
لقد كان الأمر دائمًا متعلقًا بالطبيعة ، يجب أن نحميها لا أن ندمرها.