Електролиза на вода за получаване на H2 и O2
Титаниевите аноди, ключовите части на оборудването за електролитен водород и кислород, имат стабилно качество, щадящи околната среда и нямат вторично замърсяване, нисък свръхнапрежение, добър енергоспестяващ ефект и могат да спестят 15-20% енергия. Има плочи, мрежи, тръбни форми и части със специална форма.
1. Напредък в изследванията на производството на водород чрез електролиза на вода Производството на водород чрез електролиза на вода е важно средство за постигане на промишлено и евтино получаване на H2 и може да произвежда продукти с чистота от 99% до 99,9%. Всяка година потреблението на електроенергия в моята страна за производство на водород чрез електролиза на вода достига повече от (1,5×107) kW·h. Когато токът преминава между електродите, на катода се произвежда водород, на анода се произвежда кислород и водата се електролизира [2]. Основната част от оборудването за производство на водород чрез водна електролиза е електролитната клетка, а електродният материал е ключът към електролитната клетка. Качеството на работата на електрода до голяма степен определя напрежението на клетката и консумацията на енергия при водна електролиза и пряко влияе върху цената. Ефективността на осигуряването на електричество за разграждане на вода за производство на водород обикновено е 75% до 85%. Процесът е прост и без замърсяване, но консумацията на енергия е голяма, така че приложението му подлежи на определени ограничения. Електролизата на водата се извършва в електролитна клетка, която е пълна с електролит и е разделена на анодна камера и катодна камера чрез диафрагма. Във всяка камера се поставят електроди. Тъй като водата има много ниска проводимост, се използва воден разтвор (концентрация около 15%) с електролит. Когато между електродите преминава ток при определено напрежение, на катода се произвежда водород, а на анода се произвежда кислород, като по този начин се постига електролиза на водата. Теоретично, платиновите метали са най-идеалните метали за електроди за водна електролиза, но на практика често се използват никелирани железни електроди за намаляване на оборудването и производствените разходи. Когато водата се електролизира, формулата на електродната реакция е следната [3]. В кисел разтвор катодна реакция: 4H++4e=2H2∏=0V Анодна реакция: 2H2O =4H++O2+4e∏ =1.23V В алкален разтвор, катодна реакция: 4H2O +4e=2H2+4OH∏=-0.828V Анодна реакция: 4OH-=2 H2O+O2+4e∏=0.401V Както може да се види от горната формула, цялостната реакция на електролиза на вода е както следва, независимо дали в киселинен или алкален разтвор. 2H2O=2H2+O2 Теоретичното напрежение на разлагането на водата няма нищо общо със стойността на pH, така че киселинни или алкални разтвори могат да се използват като електролити. Въпреки това, от гледна точка на структурата на електролитната клетка и избора на материал, използването на киселинни разтвори е склонно към различни грешки. Ето защо сега в промишлеността се използват алкални разтвори.
(1) Традиционна технология за алкална електролиза Електролизата с алкална вода понастоящем е често срещан и развит метод за получаване на водород. Този метод не изисква високо оборудване, а инвестицията е концентрирана основно в оборудването; полученият водород е с висока чистота, но ефективността не е много висока. Процесът също така е сравнително екологичен и без замърсяване, но консумира много електроенергия и следователно подлежи на определени ограничения. Налягането при водна електролиза в промишлеността обикновено е между 1,65 и 2,2 V. Експлоатационният живот на електродния материал и консумацията на енергия при водна електролиза са ключови фактори при оценката на качеството на електродните материали за алкална водна електролиза. Когато плътността на тока не е голяма, основният влияещ фактор е свръхпотенциалът; когато плътността на тока се увеличи, свръхпотенциалът и съпротивлението на напрежението стават основните фактори за потреблението на енергия. При практически приложения индустриалните електроди трябва да имат следните характеристики [3]: (1) голяма повърхностна площ; (2) висока проводимост; (3) добра електрокаталитична активност; (4) дългосрочна механична и химическа стабилност; (5) утаяване с малки мехурчета; (6) висока селективност; (7) лесен за получаване и ниска цена; (8) безопасност. Водната електролиза често изисква по-голяма плътност на тока (над 4000 A/m2), така че точки 2 и 4 са по-важни. Тъй като високата проводимост може да намали загубата на енергия, причинена от омична поляризация, високата стабилност гарантира дълъг живот на електродните материали. 1 и 3 са изискванията за намаляване на свръхпотенциала на отделяне на водород и кислород и също са важни показатели за оценка на производителността на електрода.
(2) Твърд полимерен електролит SPE технология за водна електролиза Тъй като електролизаторът с течност като електролит има ниска ефективност, неудобен е за преместване и често изисква поддръжка, хората активно търсят нови електролити, което подтикна разработването и изследването на приложението на твърд полимер електролит (SPE), известен също като протонообменна мембрана (PEM). В момента електролизерът използва твърда мембрана Nafion перфлуоросулфонова киселина като електролит. Електродът използва благородни метали или техни оксиди с висока каталитична производителност, които са направени в прахообразна форма с голяма специфична повърхност и са свързани и пресовани от двете страни на мембраната Nafion с помощта на тефлон, за да образуват стабилна комбинация от мембрана и електрод.
(3) Процес на високотемпературна парна електролиза Друг метод за производство на водород чрез водна електролиза е високотемпературна парна електролиза. Това е метод, получен от твърди оксидни горивни клетки. Камерата за електролиза обикновено използва Y2O3-стабилизиран ZrO2 като електролит. Колкото по-висока е температурата, толкова по-ниско е съпротивлението. Въпреки това, от гледна точка на устойчивостта на топлина на материала, горната температурна граница за предпочитане е 1000 градуса. Обикновено като катод се използва смесено синтеровано тяло от никел и керамика, а като анод се използва проводим калциево-титанов композитен оксид.
2. Развитие на биологичното производство на водород Темата за използването на микроорганизми за производство на водород се изучава от десетилетия. През 30-те години на миналия век се съобщава за първи доклад за бактериална тъмна ферментация за производство на водород. Впоследствие, през 1942 г., Гафрон и Рубин съобщават, че зелените водорасли използват светлинна енергия, за да произвеждат водород, а през 1949 г. Гест и Камен откриват фототрофни бактерии, произвеждащи водород. Spruit потвърди през 1958 г., че водораслите могат да произвеждат водород чрез директна фотолиза без необходимост от фиксиране на въглероден диоксид. Изследванията на Healy (1970) показват, че когато интензитетът на светлината е твърде висок, процесът на производство на водород от Chlamydomonas moewsuii ще бъде инхибиран поради производството на кислород. По време на енергийната криза през 70-те години на миналия век бяха направени много изследвания върху производството на биоводород по света. Thauer посочи през 1976 г., че тъмната ферментация е трудна за прилагане в действителното производство, тъй като може да произведе само 4 mol водород и 2 mol оцетна киселина от най-много 1 mol глюкоза. Фототрофните бактерии могат напълно да преобразуват субстрати като органични киселини във водород, така че оттогава изследванията върху производството на биоводород основно се фокусират върху фотоферментацията. В началото на 80-те години подкрепата за възобновяема енергия в програмите за научноизследователска и развойна дейност (R&D) по света постепенно намалява. В началото на 90-те години екологичните проблеми стават все по-сериозни и вниманието на хората се насочва към алтернативната енергия. С подкрепата на R&D за производство на биоводород в Германия, Япония и Съединените щати, областта на водораслите, използващи светлинна енергия за производство на водород от вода, е широко проучена. Въпреки това, общата ефективност на преобразуване на слънчевата енергия в този процес все още е много ниска. От друга страна, тъмната ферментация и фототрофните бактерии могат да произвеждат водород от евтини субстрати или органични отпадъци. Тъй като може както да произвежда чиста енергия, така и да обработва органични отпадъци, правителствата на САЩ и Япония подкрепиха няколко дългосрочни изследователски програми. Очаква се практическото приложение на технологията за производство на биоводород да се реализира в средата на 21 век. Изминаха повече от половин век от откриването на микробното производство на водород, но производството на биоводород не се прилага на практика. Много технически проблеми, като скрининга на микроорганизми, дизайна на реакторите и оптимизирането на работните условия, остават за решаване, а цената на тази технология също получи внимание. Икономически погледнато, технологията за производство на биоводород не може да се конкурира с традиционната химическа технология за производство на водород в близко бъдеще. Въпреки това, от гледна точка на опазването на околната среда, перспективите за производство на биоводород ще бъдат много широки. Производството на биоводород включва: фотосинтетична система за производство на биоводород (известна също като система за производство на водород чрез директна биофотолиза); система за производство на биоводород чрез фотолиза (известна също като система за производство на водород чрез непряка биофотолиза); фотосинтетични хетеротрофни бактерии реакция на преобразуване на воден газ система за производство на водород; фотоферментационна система за производство на биоводород; система за производство на биоводород с анаеробна ферментация (известна също като система за производство на биоводород с тъмна ферментация); хибридна система за производство на биоводород фотосинтеза-ферментация; система за производство на биоводород in vitro хидрогеназа и др. Водородната енергия е чист енергиен източник с висока калоричност. Използването на възобновяеми водни ресурси в природата за производство на водород несъмнено е предпочитаният метод за човечеството в бъдеще.
След повече от половин век изследвания, въпреки че производството на водород чрез водна електролиза и технологията за производство на биоводород са постигнали голям напредък, те все още са основно в етап на разработка и все още не са пуснати в практическа употреба. Различни ограничителни фактори като ниска ефективност на преобразуване на слънчева енергия, висока консумация на енергия при производство на водород чрез електролиза на вода, инхибиране на продукта, работни условия и т.н. правят скоростта на производство на водород на съществуващите системи за производство на водород недостатъчно висока или неикономична и много други тесни места се нуждаят да бъдат допълнително пробити. За да намалим допълнително производствените разходи и да разширим производствената ефективност, ние ще се подготвим за бъдещи търговски операции.
Компания: Baoji Dynamic Trading Co., Ltd
Държава: Китай
Добавяне: Baoti Road, Jintai, Baoji City, Shaanxi, Китай
Cel:+86 18391894207(WHATSAPP)
Gmail:alisa@jmyunti.com
Уебсайт: www.jm-titanium.com
