Intruduceremu "idrogenu", a prossima generazione di energia chì hè neutrale in carbonu. L'idrogenu hè divisu in trè tippi: "idrogenu verde", "idrogenu blu" è "idrogenu grisu", ognunu hà un metudu di produzzione differente. Spiegheremu ancu ogni metudu di fabricazione, proprietà fisiche cum'è elementi, metudi di almacenamento / trasportu, è metudi d'usu. È ancu presentà perchè hè a fonte energetica dominante di a prossima generazione.
Elettrolisi di l'acqua per pruduce l'idrogenu verde
Quandu si usa l'idrogenu, hè impurtante di "pruduce l'idrogenu" in ogni modu. A manera più faciule hè di "electrolyze water". Forse avete fattu in scienza di a scola primaria. Pienu u beaker cù l'acqua è l'elettrodi in acqua. Quandu una bateria hè cunnessa à l'elettrodi è energizata, e seguenti reazzioni sò in l'acqua è in ogni elettrodu.
À u catodu, H + è l'elettroni si combinanu per pruduce l'idrogenu gasu, mentri l'anodu pruduce l'ossigenu. Eppuru, stu approcciu hè bonu per l'esperimenti di scienza di a scola, ma per pruduce l'idrogenu industrialmente, i miccanismi efficaci adattati per a pruduzzione à grande scala deve esse preparatu. Questu hè "elettrolisi di membrana elettrolitica polimerica (PEM)".
In questu metudu, una membrana semipermeable di polimeru chì permette u passaghju di ioni di l'idrogenu hè sandwiched trà un anodu è un catodu. Quandu l'acqua hè versata in l'anodu di u dispusitivu, i ioni di l'idrogenu pruduciutu da l'elettrolisi si movenu attraversu una membrana semipermeable à u catodu, induve diventanu l'idrogenu moleculare. Per d 'altra banda, i ioni di l'ossigenu ùn ponu micca passà per a membrana semipermeable è diventanu molécule d'ossigenu à l'anodu.
Ancu in l'elettrolisi di l'acqua alcalina, crea l'idrogenu è l'ossigenu sepandu l'anodu è u catodu per un separatore per quale solu i ioni d'idrossidu ponu passà. Inoltre, ci sò metudi industriali cum'è l'elettrolisi di vapore à alta temperatura.
Facendu questi prucessi à grande scala, si ponu ottene grandi quantità di l'idrogenu. In u prucessu, una quantità significativa di l'ossigenu hè ancu pruduciutu (a mità di u voluminu di l'idrogenu pruduciutu), perchè ùn averebbe micca un impattu ambientale avversu se liberatu in l'atmosfera. In ogni casu, l'elettrolisi richiede assai elettricità, cusì l'idrogenu senza carbonu pò esse pruduciutu s'ellu hè pruduciutu cù l'electricità chì ùn usa micca carburanti fossili, cum'è turbine eoliche è pannelli solari.
Pudete ottene "idrogenu verde" electrolyzing acqua cù energia pulita.
Ci hè ancu un generatore di l'idrogenu per a produzzione à grande scala di questu idrogenu verde. Utilizendu PEM in a seccione di l'elettrolizeru, l'idrogenu pò esse pruduciutu continuamente.
L'idrogenu blu hè fattu da carburanti fossili
Allora, chì sò altre manere di fà l'idrogenu? L'idrogenu esiste in i carburanti fossili cum'è u gasu naturale è u carbone cum'è sustanzi chì ùn sò micca l'acqua. Per esempiu, cunzidira u metanu (CH4), u cumpunente principale di u gasu naturale. Ci sò quattru atomi d'idrogenu quì. Pudete ottene l'idrogenu per piglià stu idrogenu.
Unu di questi hè un prucessu chjamatu "steam methane reforming" chì usa vapore. A formula chimica di stu metudu hè a siguenti.
Comu pudete vede, u monossidu di carbonu è l'idrogenu pò esse estratti da una sola molécula di metanu.
In questu modu, l'idrogenu pò esse pruduciutu attraversu prucessi cum'è "riformazione di vapore" è "pirolisi" di gas naturale è carbone. "Idrogenu blu" si riferisce à l'idrogenu pruduttu in questu modu.
In questu casu, però, u monossidu di carbonu è u diossidu di carbonu sò pruduciuti cum'è derivati. Allora avete da riciclà prima di esse liberati in l'atmosfera. U diossidu di carbonu di u produttu, se ùn hè micca recuperatu, diventa gasu di l'idrogenu, cunnisciutu com'è "idrogenu grisu".
Chì tipu d'elementu hè l'idrogenu?
L'idrogenu hà un numaru atomicu di 1 è hè u primu elementu nantu à a tavola periodica.
U numaru di atomi hè u più grande in l'universu, cuntendu circa 90% di tutti l'elementi in l'universu. L'atomu più chjucu custituitu da un protone è un elettroni hè l'atomu di l'idrogenu.
L'idrogenu hà dui isotopi cù neutroni attaccati à u nucleu. Un "deuterium" legatu à neutroni è dui "tritium" ligatu à neutroni. Questi sò ancu materiali per a generazione di energia di fusione.
Dentru una stella cum'è u sole, a fusione nucleare da l'idrogenu à l'heliu hè accadutu, chì hè a fonte d'energia per a stella per brilla.
Tuttavia, l'idrogenu raramente esiste cum'è gasu nantu à a Terra. L'idrogenu forma cumposti cù altri elementi cum'è acqua, metanu, ammonia è etanol. Siccomu l'idrogenu hè un elementu ligeru, cum'è a temperatura aumenta, a velocità di u muvimentu di e molécule di l'idrogenu aumenta, è scappa da a gravità di a terra à u spaziu.
Cumu aduprà l'idrogenu? Aduprà da a combustione
Allora, cumu hè utilizatu "idrogenu", chì hà attiratu l'attenzione in u mondu sanu cum'è una fonte d'energia di a prossima generazione? Hè usatu in dui modi principali: "combustion" è "fuel cell". Cuminciamu cù l'usu di "brucia".
Ci sò dui tipi principali di combustione utilizati.
U primu hè cum'è carburante di fucile. U fucile H-IIA di u Giappone usa gasu di l'idrogenu "idrogenu liquidu" è "ossigenu liquidu" chì hè ancu in un statu criogenicu cum'è carburante. Sti dui sò cumminati, è l'energia di calore generata in quellu tempu accelera l'iniezione di e molécule d'acqua generate, vulendu in u spaziu. In ogni casu, perchè hè un mutore tecnicu difficili, fora di u Giappone, solu i Stati Uniti, l'Europa, a Russia, a Cina è l'India anu cumminatu cù successu stu carburante.
U sicondu hè a generazione di energia. A generazione di energia di turbine di gas usa ancu u metudu di cumminà l'idrogenu è l'ossigenu per generà energia. In altre parolle, hè un metudu chì vede l'energia termale prodotta da l'idrogenu. In e centrali termali, u calore da a combustione di carbone, oliu è gasu naturale pruduce vapore chì spinge e turbine. Se l'idrogenu hè utilizatu com'è fonte di calore, a centrale elettrica serà neutru di carbone.
Cumu aduprà l'idrogenu? Adupratu cum'è una pila di carburante
Un altru modu di utilizà l'idrogenu hè cum'è una pila di carburante, chì cunverte l'idrogenu direttamente in electricità. In particulare, Toyota hà attiratu l'attenzione in u Giappone vendendu i veiculi alimentati da l'idrogenu invece di i veiculi elettrici (EVs) cum'è una alternativa à i veiculi di benzina cum'è parte di e so contramisure di riscaldamentu glubale.
In particulare, facemu a prucedura inversa quandu introducemu u metudu di fabricazione di "idrogenu verde". A formula chimica hè a siguenti.
L'idrogenu pò generà l'acqua (acqua calda o vapore) mentre genera l'electricità, è pò esse evaluatu perchè ùn impone micca un pesu à l'ambiente. Per d 'altra banda, stu metudu hà una efficienza di generazione d'energia relativamente bassu di 30-40%, è esige platinu cum'è catalizzatore, cusì esigendu costi aumentati.
Attualmente, usemu pile di combustibile elettrolitu polimeru (PEFC) è celle di combustibile à l'acidu fosforicu (PAFC). In particulare, i veiculi di pila di carburante utilizanu PEFC, per quessa, pò esse previstu di sparghje in u futuru.
Hè u almacenamentu di l'idrogenu è u trasportu sicuru?
Avà, pensemu chì avete capitu cumu si fa è si usa u gasu di l'idrogenu. Allora cumu si guarda stu idrogenu? Cumu uttene induve avete bisognu? E securità à quellu tempu? Spiegheremu.
In fatti, l'idrogenu hè ancu un elementu assai periculosu. À u principiu di u 20u seculu, avemu usatu l'idrogenu cum'è gasu per flottà palloni, palloni è aeronavi in u celu perchè era assai ligeru. Tuttavia, u 6 di maghju di u 1937, in New Jersey, USA, hè accadutu l'"esplosione Hindenburg di dirigibile".
Dapoi l'accidentu, hè statu largamente ricunnisciutu chì u gasu di l'idrogenu hè periculosu. In particulare quandu si piglia u focu, sploderà viulente cù l'ossigenu. Dunque, "mantene luntanu da l'ossigenu" o "mantene luntanu da u calore" hè essenziale.
Dopu avè pigliatu sti misure, avemu ghjuntu cun un metudu di spedizione.
L'idrogenu hè un gasu à a temperatura di l'ambienti, cusì ancu s'ellu hè sempre un gasu, hè assai voluminoso. U primu metudu hè di applicà una pressione alta è cumpressà cum'è un cilindru quandu si fatte e bevande gassate. Preparate un cisterna d'alta pressione speciale è guardà in cundizioni d'alta pressione cum'è 45Mpa.
Toyota, chì sviluppa i veiculi di celle di carburante (FCV), sviluppa un tank d'idrogenu di resina d'alta pressione chì pò sustene a pressione di 70 MPa.
Un altru mètudu hè di rinfriscà à -253 ° C per fà l'idrogenu liquidu, è l'almacenà è u trasportu in cisterne speziali isolati da u calore. Cum'è LNG (gas naturale liquefied) quandu u gasu naturale hè impurtatu da l'esteru, l'idrogenu hè liquefied durante u trasportu, riducendu u so voluminu à 1/800 di u so statu gasu. In u 2020, avemu finitu u primu trasportatore di l'idrogenu liquidu in u mondu. Tuttavia, stu approcciu ùn hè micca adattatu per i veiculi di pila di carburante perchè esige assai energia per rinfriscà.
Ci hè un metudu di almacenà è di spedizione in tanki cum'è questu, ma avemu ancu sviluppatu altri metudi di almacenamentu di l'idrogenu.
U metudu di almacenamentu hè di utilizà legami di almacenamentu di l'idrogenu. L'idrogenu hà a pruprietà di penetrà i metalli è deteriorali. Questa hè una punta di sviluppu chì hè stata sviluppata in i Stati Uniti in l'anni 1960. JJ Reilly et al. L'esperimenti anu dimustratu chì l'idrogenu pò esse almacenatu è liberatu cù una alea di magnesiu è vanadiu.
Dopu questu, hà sviluppatu successu una sustanza, cum'è u palladiu, chì pò assorbe l'idrogenu 935 volte u so propiu voluminu.
U vantaghju di l'usu di sta lega hè chì pò prevene accidenti di fuga di l'idrogenu (principalmente accidenti di splusioni). Dunque, pò esse almacenatu è trasportatu in modu sicuru. In ogni casu, sè ùn site micca attentu è lasciate in l'ambiente sbagliatu, ligami di almacenamentu di l'idrogenu ponu liberà gasu di l'idrogenu cù u tempu. Ebbè, ancu una piccula scintilla pò causà un accidente di splusione, cusì attentu.
Havi ancu u svantaghju chì l'assorbimentu è a desorption ripetuti di l'idrogenu portanu à l'infragilimentu è riduce a rata di assorbimentu di l'idrogenu.
L'altru hè di utilizà pipi. Ci hè una cundizione chì deve esse micca cumpressu è bassa pressione per impediscenu a fragilità di i tubi, ma u vantaghju hè chì i tubi di gas esistenti ponu esse utilizati. Tokyo Gas hà realizatu u travagliu di custruzzione nantu à a BANDIERA di Harumi, utilizendu pipeline di gasu di a cità per furnisce l'idrogenu à e celle di carburante.
Società Futura Creata da l'Energia di l'Idrogenu
Infine, cunsideremu u rolu di l'idrogenu pò ghjucà in a sucità.
A più impurtante, vulemu prumove una sucità senza carbonu, usemu l'idrogenu per generà l'electricità invece di l'energia di calore.
Invece di grandi centrali termali, alcune famiglie anu introduttu sistemi cum'è ENE-FARM, chì utilizanu l'idrogenu ottenutu da a riforma di u gasu naturale per generà l'electricità necessaria. Tuttavia, a quistione di ciò chì fà cù i prudutti di u prucessu di riforma ferma.
In u futuru, se a circulazione di l'idrogenu stessu aumenta, cum'è l'aumentu di u nùmeru di stazioni di rifornimentu di l'idrogenu, serà pussibule aduprà l'electricità senza emette di diossidu di carbonu. L'electricità pruduce l'idrogenu verde, sicuru, per quessa usa l'electricità generata da u sole o da u ventu. A putenza utilizata per l'elettrolisi deve esse u putere di suppressione a quantità di generazione di energia o di carricà a bateria recargable quandu ci hè surplus power da l'energia naturale. In altri palori, l'idrogenu hè in a stessa pusizioni cum'è a bateria recargable. Se questu succede, serà eventualmente pussibule di riduce a generazione di energia termica. U ghjornu chì u mutore di combustione interna sparisce da e vitture s'avvicina rapidamente.
L'idrogenu pò ancu esse acquistatu per un'altra strada. In fattu, l'idrogenu hè sempre un subproduttu di a produzzione di soda caustica. Frà altre cose, hè un subproduttu di a produzzione di coke in ferru. Se mette stu idrogenu in a distribuzione, puderete uttene parechje fonti. U gasu di l'idrogenu pruduttu in questu modu hè ancu furnitu da stazioni di l'idrogenu.
Fighjemu più in u futuru. A quantità di energia persa hè ancu un prublema cù u metudu di trasmissione chì usa fili per furnisce u putere. Dunque, in u futuru, useremu l'idrogenu furnitu da i pipelines, cum'è i tanki di l'acidu carbonicu utilizati in a fabricazione di bevande gassate, è cumprà un tank d'idrogenu in casa per generà elettricità per ogni casa. I dispositi mobili chì funzionanu cù batterie d'idrogenu sò diventati cumuni. Serà interessante per vede un tali futuru.
Tempu di post: 08-06-2023
