כיצד מיוצר דלק מימן - 8 שלבי ייצור

אם נחשוב על האופן שבו נוצר דלק מימן, נצטרך לשאול מדוע מימן משמש כדלק. ובכן, כאשר מימן משמש כדלק בתא דלק, זהו דלק נקי שמייצר אך ורק מים.

משאבים רבים, כולל גז טבעי, כוח גרעיני, ביומסה, ו מקורות אנרגיה מתחדשים כמו סולרי ורוח, ניתן להשתמש לייצור מימן.

יתרונותיו הופכים אותו לבחירת דלק רצויה ליישומים הכרוכים בייצור אנרגיה ותחבורה. יש לו שימושים רבים, כולל חשמל נייד, בתים, מכוניות ועוד.

השימוש בתאי דלק מימן כתחליף נקי ויעיל ל מנועי בעירה קונבנציונליים גדל באופן משמעותי. התוצאה היחידה של האינטראקציה הכימית בין מימן וחמצן בתאי דלק אלו המייצרים חשמל היא מים.

נדרש הליך ייצור מתוחכם כדי להשתמש במלוא הפוטנציאל של תאי דלק מימן.

כיצד מיוצר דלק מימן - 4 שיטות ייצור עיקריות

יש שונים דרכים לייצור דלק מימן. כיום, אלקטרוליזה וחידוש גז טבעי - תהליך תרמי - הן הטכניקות הנפוצות ביותר. תהליכים ביולוגיים ואנרגיה סולארית הם שתי גישות נוספות.

• תהליכים תרמיים
• תהליכים אלקטרוליטיים
• תהליכים מונעי שמש
• תהליכים ביולוגיים

1. תהליכים תרמיים

השיטה התרמית הנפוצה ביותר להפקת מימן היא ריפורמציה בקיטור, שהיא תגובה בטמפרטורה גבוהה בין קיטור לדלק פחמימני המניב מימן.

ניתן לייצר מימן באמצעות רפורמה של דלקים פחמימנים שונים, כגון סולר, גז טבעי, פחם מגוז, ביומסה מגוזרת ודלקים נוזליים מתחדשים. בימינו, גז טבעי מתקן קיטור מייצר כמעט 95% מכלל המימן.

2. תהליכים אלקטרוליטיים

ניתן להפיק מימן וחמצן ממים בטכניקת אלקטרוליזה. אלקטרוליזר הוא מכשיר המבצע תהליכים אלקטרוליטיים. זה דומה לתא דלק בכך שהוא מייצר מימן ממולקולות מים ולא מנצל את האנרגיה של מולקולת מימן.

3. תהליכים מונעי שמש

במערכות המונעות שמש, האור פועל כסוכן לייצור מימן. כמה תהליכים מונעי שמש הם תרמוכימיים, פוטו-אלקטרוכימיים ופוטוביולוגיים. מימן מיוצר באמצעות תהליכים פוטו-ביולוגיים, המסתמכים על הפעילות הפוטוסינתטית הטבעית של חיידקים ואצות ירוקות.

באמצעות מוליכים למחצה ספציפיים, תגובות פוטו-אלקטרוכימיות מחלקות מים למימן וחמצן. אנרגיה סולארית מרוכזת משמשת בסינתזת מימן תרמוכימית סולארית כדי לתדלק תגובות פיצול מים, לעתים קרובות בשילוב עם מינים נוספים כמו תחמוצות מתכות.

4. תהליכים ביולוגיים

מיקרואורגניזמים כמו חיידקים ומיקרו אצות משמשים בתהליכים ביולוגיים, ואורגניזמים אלה יכולים לייצר מימן באמצעות תגובות ביולוגיות.

על ידי פירוק חומרים אורגניים כמו ביומסה או שפכים, חיידקים יכולים לייצר מימן בתהליך המכונה המרת ביומסה מיקרוביאלית. לעומת זאת, תהליכים פוטו-ביולוגיים משתמשים באור השמש כמקור האנרגיה לחיידקים.

כיצד מיוצר דלק מימן - 8 שלבי ייצור

לאחר שנדון בשיטות הייצור השונות, הבה נבחן את ההליכים הספציפיים הכרוכים בייצור תא דלק מימן, החל מאיתור חומרי גלם ועד ייצור מקור אנרגיה נקי. אנו נבחן את ההליכים המרכיבים את התהליך האלקטרוליטי.

• מקורות חומר גלם
• הכנת זרז
• ייצור מכלול אלקטרודות ממברנה (MEA).
• ייצור לוחות דו קוטביים
• מכלול מחסנית תאי דלק
• איזון של מרכיבי הצמח
• בקרת איכות ובדיקה
• פריסה ואינטגרציה

1. מקורות חומר גלם

רכישת חומרי גלם הדרושים לבניית תאי דלק מימן היא השלב הראשון בתהליך הייצור. הרכיבים החיוניים כוללים חומרים מבוססי פחמן עבור הלוחות הדו-קוטביים, פולימרים לממברנת האלקטרוליט, ופלטינה או זרזים אחרים לתגובות אלקטרודות.

חומרים אלה, הנרכשים בדרך כלל מספקים רבים, עוברים נהלי אבטחת איכות מחמירים כדי להבטיח את התאמתם לייצור תאי דלק.

2. הכנת זרז

הזרז, העשוי לרוב מפלטינה, חיוני ליכולתו של תא הדלק לנהל תגובות אלקטרוכימיות.

כדי לייצר שכבת זרז פעילה ויציבה במיוחד, חומר הזרז מטופל ומיוצר במגוון שיטות, לרבות שקיעה כימית ושקיעת אדים פיזית.

לאחר מכן מכוסים משטחי האלקטרודה בשכבה זו באמצעות טכניקות כמו ציפוי בהתזה או הדפסת מסך.

3. ייצור מכלול אלקטרודות ממברנה (MEA).

האלקטרודות המצופות בזרז וממברנת האלקטרוליט הפולימרי מרכיבות את מכלול האלקטרודות של הממברנה, שהיא חלק חיוני מתא הדלק. ממברנת האלקטרוליט הפולימרי מיוצרת ומפוסלת בקפידה כדי להתאים לארכיטקטורת ערימת תאי הדלק.

הוא מורכב בדרך כלל מפולימר חומצה פרפלואורוסולפונית. ה-MEA נוצר לאחר מכן על ידי שילוב האלקטרודות המצופות בזרז בכל צד של הממברנה.

4. ייצור לוחות דו קוטביים

בערימה של תאי דלק, לוחות דו-קוטביים מופקדים על פיזור גזים מגיבים והעברת חשמל בין תאי הדלק. בדרך כלל נעשה שימוש בחומרים על בסיס פחמן עמידים בפני קורוזיה ובעלי משקל קל לייצור לוחות אלו.

כדי להשיג את הצורה והמבנה הנדרשים, נעשה שימוש בתהליכי יציקה, עיבוד שבבי או כבישה במהלך תהליך הייצור. תעלות ושדות זרימה כלולים גם בלוחות דו-קוטביים כדי להקל על מעבר יעיל של גזי חמצן ומימן.

5. מכלול מחסנית תאי דלק

המרכיב החיוני של מערכת תאי הדלק המימן הוא ערימת תאי הדלק, המורכבת ממספר תאי דלק המחוברים בסידורים מקבילים וסדרתיים. המכלול מורכב מלוחות דו-קוטביים מוערמים בצורה מושלמת, שכבות דיפוזיה של גז ו-MEA.

נזילות גז נמנעות ואיטום טוב מובטח על ידי שימוש בחומרי איטום כמו דבקים ואטמים. מכלול הערימה עשוי לייצר את מירב הכוח תוך שמירה על הזרימה האידיאלית של נוזל קירור וגז.

6. איזון של מרכיבי הצמח

מערכת תאי דלק מלאה זקוקה למספר איזון של רכיבי צמח (BOP) בנוסף לערימת תאי הדלק. אלה מורכבים ממכשירי אדים, מערכות קירור, מערכות אספקה ​​למימן וחמצן, ואלקטרוניקה כוח לניהול וויסות התפוקה החשמלית.

כדי להבטיח זרימת דלק ונוזל קירור מתאימה, ניהול תרמי וקישוריות חשמלית, רכיבי ה-BOP משולבים בתכנון המערכת הכולל.

7. בקרת איכות ובדיקה

נהלי בקרת איכות קפדניים משמשים במהלך תהליך הייצור כדי להבטיח את האמינות והיעילות של כל תא דלק. במספר שלבים מתבצעות בדיקות איכות כגון בדיקה ויזואלית, בדיקות חשמל וסקירות ביצועים.

בדיקה מלאה נעשית על מכלולי תאי דלק סופיים כדי לאשר את התפוקה החשמלית, העמידות, היעילות והבטיחות שלהם. כדי לעמוד בתקני האיכות הנדרשים, כל תאים או רכיבים פגומים מוצאים ומוחלפים.

8. פריסה ואינטגרציה

תאי הדלק מוכנים לפריסה ושילוב במגוון יישומים בעקבות הייצור והבדיקות המוצלחות שלהם. אלקטרוניקה ניידת, ציוד לייצור חשמל נייח וכלי רכב יכולים להיכלל בקטגוריה זו.

כדי לבנות מכשיר שימושי ויעיל המופעל באמצעות מימן, הליך האינטגרציה כולל חיבור מערכת תאי הדלק למערכות הנלוות הנדרשות, כגון מיכלי אחסון מימן, מערכות יניקת אוויר ויחידות ניהול כוח.

סיכום

ייצור תאי דלק מימן הוא תהליך רב-שלבי שמתחיל ברכישת חומרי גלם ומסתיים בשילוב מערכות תאי דלק.

תהליך מורכב זה מבטיח ייצור של מקורות אנרגיה נקיים, מהימנים ויעילים שיש להם פוטנציאל לשנות לחלוטין ייצור חשמל, תחבורה ותעשיות אחרות.

תהליך הייצור של תאי דלק מימן מתפתח תמיד עקב מחקר ופיתוח מתמשכים, המניעים את הפיתוח של פתרונות אנרגיה ברי קיימא.

המלצות

• 20 עובדות על אנרגיה הידרו שלא ידעת
  .
• כלי רכב המונעים במימן: דעו את היתרונות והחסרונות
  .
• כיצד פועלת אנרגיה הידרואלקטרית
  .
• המחזור ההידרולוגי של הסביבה
  .
• כיצד מתאן משפיע על התחממות כדור הארץ?