วิธีการผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรเจน – 8 ขั้นตอนการผลิต

หากเราคิดถึงวิธีการผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรเจน เราก็จะถูกถามว่าทำไมจึงใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิง เมื่อใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงในเซลล์เชื้อเพลิง เชื้อเพลิงสะอาดจะผลิตน้ำเพียงอย่างเดียว

ทรัพยากรมากมายได้แก่ ก๊าซธรรมชาติ, พลังงานนิวเคลียร์, ชีวมวลและ แหล่งพลังงานหมุนเวียน กดไลก์ โซลา และลมสามารถนำมาผลิตไฮโดรเจนได้

ข้อดีของมันทำให้เป็นตัวเลือกเชื้อเพลิงที่น่าพอใจสำหรับการใช้งานที่เกี่ยวข้องกับการผลิตพลังงานและการขนส่ง มีประโยชน์หลายอย่าง เช่น พลังงานแบบพกพา บ้าน รถยนต์ และอื่นๆ

การใช้เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนทดแทนที่สะอาดและมีประสิทธิภาพ เครื่องยนต์สันดาปธรรมดา ได้เติบโตขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ ผลลัพธ์เดียวของปฏิกิริยาทางเคมีระหว่างไฮโดรเจนและออกซิเจนในเซลล์เชื้อเพลิงที่ผลิตกระแสไฟฟ้าก็คือน้ำ

จำเป็นต้องมีขั้นตอนการผลิตที่ซับซ้อนเพื่อใช้ศักยภาพของเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนได้อย่างเต็มที่

วิธีการผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรเจน - วิธีการผลิตหลัก 4 ประการ

มีหลายแบบ วิธีการผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรเจน. ในปัจจุบัน กระบวนการอิเล็กโทรลิซิสและการปฏิรูปก๊าซธรรมชาติ ซึ่งเป็นกระบวนการทางความร้อน เป็นเทคนิคที่ใช้บ่อยที่สุด กระบวนการทางชีวภาพและพลังงานแสงอาทิตย์เป็นอีกสองแนวทาง

• กระบวนการทางความร้อน
• กระบวนการอิเล็กโทรไลต์
• กระบวนการที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์
• กระบวนการทางชีวภาพ

1. กระบวนการทางความร้อน

วิธีการใช้ความร้อนที่พบบ่อยที่สุดในการผลิตไฮโดรเจนคือการปฏิรูปไอน้ำ ซึ่งเป็นปฏิกิริยาที่อุณหภูมิสูงระหว่างไอน้ำกับเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนที่ให้ไฮโดรเจน

ไฮโดรเจนสามารถผลิตได้โดยการปฏิรูปเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนหลายชนิด เช่น ดีเซล ก๊าซธรรมชาติ ถ่านหินที่แปรสภาพเป็นแก๊ส ชีวมวลที่แปรสภาพเป็นแก๊ส และเชื้อเพลิงเหลวหมุนเวียน ในปัจจุบัน ก๊าซธรรมชาติที่เปลี่ยนรูปด้วยไอน้ำผลิตไฮโดรเจนได้เกือบ 95% ของทั้งหมด

2. กระบวนการอิเล็กโทรไลต์

ไฮโดรเจนและออกซิเจนสามารถสกัดได้จากน้ำโดยใช้เทคนิคอิเล็กโทรไลซิส อิเล็กโทรไลเซอร์เป็นอุปกรณ์ที่ทำกระบวนการอิเล็กโทรไลต์ มันคล้ายกับเซลล์เชื้อเพลิงตรงที่มันผลิตไฮโดรเจนจากโมเลกุลของน้ำแทนที่จะใช้พลังงานของโมเลกุลไฮโดรเจน

3. กระบวนการที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์

ในระบบพลังงานแสงอาทิตย์ แสงทำหน้าที่เป็นตัวสร้างไฮโดรเจน กระบวนการที่ขับเคลื่อนด้วยพลังงานแสงอาทิตย์บางกระบวนการ ได้แก่ เทอร์โมเคมี โฟโตเคมีคอล และชีวชีวภาพ ไฮโดรเจนผลิตขึ้นผ่านกระบวนการทางชีวภาพทางแสง ซึ่งอาศัยกิจกรรมการสังเคราะห์แสงตามธรรมชาติของแบคทีเรียและสาหร่ายสีเขียว

ปฏิกิริยาโฟโตอิเล็กโทรเคมีโดยใช้เซมิคอนดักเตอร์จำเพาะจะแบ่งน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน พลังงานแสงอาทิตย์แบบเข้มข้นใช้ในการสังเคราะห์ไฮโดรเจนเชิงความร้อนเคมีจากแสงอาทิตย์เพื่อเป็นเชื้อเพลิงในปฏิกิริยาการแยกน้ำ ซึ่งมักใช้ร่วมกับสายพันธุ์เพิ่มเติม เช่น ออกไซด์ของโลหะ

4. กระบวนการทางชีวภาพ

จุลินทรีย์ เช่น แบคทีเรียและสาหร่ายขนาดเล็กถูกนำมาใช้ในกระบวนการทางชีวภาพ และสิ่งมีชีวิตเหล่านี้สามารถผลิตไฮโดรเจนผ่านปฏิกิริยาทางชีวภาพได้

ด้วยการสลายสารอินทรีย์ เช่น ชีวมวลหรือน้ำเสีย แบคทีเรียสามารถผลิตไฮโดรเจนได้ในกระบวนการที่เรียกว่าการแปลงมวลชีวมวลของจุลินทรีย์ ในทางตรงกันข้าม กระบวนการทางชีวภาพทางแสงใช้แสงแดดเป็นแหล่งพลังงานสำหรับจุลินทรีย์

วิธีการผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรเจน – 8 ขั้นตอนการผลิต

หลังจากหารือเกี่ยวกับวิธีการผลิตต่างๆ แล้ว เรามาตรวจสอบขั้นตอนเฉพาะที่เกี่ยวข้องกับการผลิตเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน ตั้งแต่การค้นหาวัตถุดิบไปจนถึงการผลิตแหล่งพลังงานสะอาด เราจะตรวจสอบขั้นตอนต่างๆ ที่ประกอบขึ้นเป็นกระบวนการอิเล็กโทรไลต์

• การจัดหาวัตถุดิบ
• การเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยา
• การประกอบอิเล็กโทรดเมมเบรน (กฟน.)
• การผลิตแผ่นไบโพลาร์
• การประกอบกองเซลล์เชื้อเพลิง
• ความสมดุลของส่วนประกอบของพืช
• การควบคุมและทดสอบคุณภาพ
• การปรับใช้และการบูรณาการ

1. การจัดหาวัตถุดิบ

การจัดหาวัตถุดิบที่จำเป็นสำหรับการสร้างเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนถือเป็นขั้นตอนแรกในกระบวนการผลิต ส่วนประกอบที่สำคัญ ได้แก่ วัสดุที่มีคาร์บอนเป็นส่วนประกอบหลักสำหรับเพลตไบโพลาร์ โพลีเมอร์สำหรับเมมเบรนอิเล็กโทรไลต์ และแพลทินัมหรือตัวเร่งปฏิกิริยาอื่นๆ สำหรับปฏิกิริยาอิเล็กโทรด

โดยปกติแล้ววัสดุเหล่านี้จะได้มาจากผู้จำหน่ายหลายราย โดยต้องผ่านขั้นตอนการประกันคุณภาพที่เข้มงวดเพื่อรับประกันความเหมาะสมสำหรับการผลิตเซลล์เชื้อเพลิง

2. การเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยา

ตัวเร่งปฏิกิริยาซึ่งมักทำจากแพลตตินัม มีความจำเป็นต่อความสามารถของเซลล์เชื้อเพลิงในการทำปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า

ในการผลิตชั้นตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีความว่องไวสูงและมีเสถียรภาพ วัสดุตัวเร่งปฏิกิริยาจะได้รับการบำบัดและผลิตโดยใช้วิธีการที่หลากหลาย รวมถึงการสะสมทางเคมีและการสะสมไอทางกายภาพ

จากนั้นพื้นผิวอิเล็กโทรดจะถูกเคลือบด้วยชั้นนี้โดยใช้เทคนิค เช่น การพ่นเคลือบหรือการพิมพ์สกรีน

3. การประกอบอิเล็กโทรดเมมเบรน (กฟน.)

อิเล็กโทรดเคลือบตัวเร่งปฏิกิริยาและเมมเบรนอิเล็กโทรไลต์โพลีเมอร์ประกอบขึ้นเป็นส่วนประกอบอิเล็กโทรดเมมเบรน ซึ่งเป็นส่วนสำคัญของเซลล์เชื้อเพลิง เมมเบรนอิเล็กโทรไลต์โพลีเมอร์ได้รับการผลิตอย่างพิถีพิถันและแกะสลักเพื่อให้เข้ากับสถาปัตยกรรมกองเซลล์เชื้อเพลิง

โดยทั่วไปจะประกอบด้วยพอลิเมอร์กรดเพอร์ฟลูออโรซัลโฟนิก ต่อมา MEA จะเกิดขึ้นโดยการรวมอิเล็กโทรดที่เคลือบด้วยตัวเร่งปฏิกิริยาเข้าไว้ในแต่ละด้านของเมมเบรน

4. การผลิตแผ่นไบโพลาร์

ในกองเซลล์เชื้อเพลิง แผ่นไบโพลาร์มีหน้าที่กระจายก๊าซของสารตั้งต้นและถ่ายเทไฟฟ้าระหว่างเซลล์เชื้อเพลิง โดยปกติแล้วจะใช้วัสดุที่มีคาร์บอนซึ่งทนทานต่อการกัดกร่อนและมีน้ำหนักเบามาทำเพลตเหล่านี้

เพื่อให้บรรลุถึงรูปร่างและโครงสร้างที่ต้องการ จึงมีการใช้กระบวนการขึ้นรูป การตัดเฉือน หรือการกดในระหว่างกระบวนการผลิต ช่องและช่องการไหลยังรวมอยู่ในแผ่นไบโพลาร์เพื่อช่วยให้ออกซิเจนและก๊าซไฮโดรเจนผ่านได้อย่างมีประสิทธิภาพ

5. การประกอบกองเซลล์เชื้อเพลิง

ส่วนประกอบที่สำคัญของระบบเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนคือกองเซลล์เชื้อเพลิง ซึ่งประกอบด้วยเซลล์เชื้อเพลิงหลายเซลล์ควบคู่กันในการจัดเรียงแบบขนานและแบบอนุกรม ส่วนประกอบประกอบด้วยแผ่นไบโพลาร์ที่ซ้อนกันอย่างสมบูรณ์แบบ ชั้นการแพร่กระจายของก๊าซ และการไฟฟ้านครหลวง

ป้องกันแก๊สรั่วและรับประกันการซีลที่ดีโดยการใช้วัสดุซีล เช่น กาวและปะเก็น ชุดประกอบสแต็คถูกสร้างขึ้นมาเพื่อให้ผลิตพลังงานได้มากที่สุดในขณะที่ยังคงรักษาการไหลของสารหล่อเย็นและก๊าซในอุดมคติ

6. ความสมดุลของส่วนประกอบของพืช

ระบบเซลล์เชื้อเพลิงเต็มรูปแบบจำเป็นต้องมีความสมดุลของส่วนประกอบของพืช (BOP) หลายอย่าง นอกเหนือจากกองเซลล์เชื้อเพลิง ซึ่งประกอบด้วยเครื่องทำความชื้น ระบบทำความเย็น ระบบจ่ายไฮโดรเจนและออกซิเจน และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์กำลังสำหรับการจัดการและควบคุมเอาต์พุตไฟฟ้า

เพื่อให้มั่นใจถึงการไหลของเชื้อเพลิงและน้ำหล่อเย็น การจัดการระบายความร้อน และการเชื่อมต่อทางไฟฟ้าที่เหมาะสม ส่วนประกอบ BOP จึงถูกรวมเข้ากับการออกแบบระบบโดยรวม

7. การควบคุมและทดสอบคุณภาพ

มีการใช้ขั้นตอนการควบคุมคุณภาพที่เข้มงวดในระหว่างกระบวนการผลิตเพื่อรับประกันความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพของเซลล์เชื้อเพลิงแต่ละเซลล์ ในหลายขั้นตอน การตรวจสอบคุณภาพ เช่น การตรวจสอบด้วยสายตา การทดสอบทางไฟฟ้า และการตรวจสอบประสิทธิภาพ จะดำเนินการ

การทดสอบที่สมบูรณ์เสร็จสิ้นกับส่วนประกอบเซลล์เชื้อเพลิงขั้นสุดท้ายเพื่อยืนยันเอาต์พุตทางไฟฟ้า ความทนทาน ประสิทธิภาพ และความปลอดภัย เพื่อให้เป็นไปตามมาตรฐานคุณภาพที่กำหนด เราจะพบและเปลี่ยนเซลล์หรือส่วนประกอบที่มีข้อบกพร่องใดๆ

8. การปรับใช้และการบูรณาการ

เซลล์เชื้อเพลิงได้รับการจัดเตรียมสำหรับการใช้งานและบูรณาการเข้ากับการใช้งานต่างๆ หลังจากการผลิตและการทดสอบประสบความสำเร็จ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบพกพา อุปกรณ์ผลิตไฟฟ้าแบบอยู่กับที่ และรถยนต์ ล้วนจัดอยู่ในหมวดหมู่นี้

ในการสร้างอุปกรณ์ที่ใช้พลังงานไฮโดรเจนที่มีประโยชน์และมีประสิทธิภาพ ขั้นตอนการบูรณาการประกอบด้วยการเชื่อมต่อระบบเซลล์เชื้อเพลิงกับระบบเสริมที่จำเป็น เช่น ถังเก็บไฮโดรเจน ระบบไอดีอากาศ และหน่วยจัดการพลังงาน

สรุป

การผลิตเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนเป็นกระบวนการหลายขั้นตอนที่เริ่มต้นด้วยการจัดหาวัตถุดิบและสิ้นสุดด้วยการบูรณาการระบบเซลล์เชื้อเพลิง

กระบวนการที่ซับซ้อนนี้รับประกันการผลิตแหล่งพลังงานที่สะอาด เชื่อถือได้ และมีประสิทธิภาพ ซึ่งมีศักยภาพในการเปลี่ยนแปลงการผลิตไฟฟ้า การขนส่ง และอุตสาหกรรมอื่นๆ ได้อย่างสมบูรณ์

กระบวนการผลิตเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนมีการพัฒนาอยู่เสมอเนื่องจากมีการวิจัยและพัฒนาอย่างต่อเนื่อง ซึ่งเป็นตัวขับเคลื่อนการพัฒนาโซลูชั่นด้านพลังงานที่ยั่งยืน

แนะนำ

• 20 ข้อเท็จจริงเกี่ยวกับไฟฟ้าพลังน้ำที่คุณไม่เคยรู้มาก่อน
  .
• ยานพาหนะที่ใช้พลังงานไฮโดรเจน: รู้ข้อดีและข้อเสีย
  .
• ไฟฟ้าพลังน้ำทำงานอย่างไร
  .
• วัฏจักรอุทกวิทยาของสิ่งแวดล้อม
  .
• มีเทนส่งผลต่อภาวะโลกร้อนอย่างไร?