Tabharfaimid isteach “hidrigin”, an chéad ghlúin eile fuinnimh atá neodrach ó thaobh carbóin de. Roinntear hidrigin ina thrí chineál: “hidrigin glas”, “hidrigin gorm” agus “hidrigin liath”, agus tá modh táirgthe difriúil ag gach ceann acu. Míneoimid freisin gach modh monaraíochta, airíonna fisiceacha mar eilimintí, modhanna stórála/iompair, agus modhanna úsáide. Agus tabharfaidh mé isteach freisin cén fáth gurb é an chéad ghlúin eile den fhoinse fuinnimh is mó atá ann.
Leictrealú Uisce chun Hidrigin Glas a Tháirgeadh
Agus hidrigin á úsáid, tá sé tábhachtach “hidrigin a tháirgeadh” ar aon nós. Is é an bealach is fusa ná “uisce a leictrealú”. B’fhéidir gur dheineas é sin i gcúrsa eolaíochta na scoile. Líon an beicéar le huisce agus cuir na leictreoidí in uisce. Nuair a cheanglaítear ceallraí leis na leictreoidí agus nuair a chuirtear fuinneamh orthu, tarlaíonn na frithghníomhartha seo a leanas san uisce agus i ngach leictreoid.
Ag an gcatóid, comhcheanglaíonn H+ agus leictreoin chun gás hidrigine a tháirgeadh, agus táirgeann an anóid ocsaigin. Mar sin féin, tá an cur chuige seo ceart go leor do thurgnaimh eolaíochta scoile, ach chun hidrigin a tháirgeadh go tionsclaíoch, ní mór meicníochtaí éifeachtacha atá oiriúnach le haghaidh táirgeadh ar scála mór a ullmhú. Is é sin “leictrealú membrane leictrilít polaiméire (PEM)”.
Sa mhodh seo, cuirtear scannán leath-thréscaoilteach polaiméire idir anóid agus catóid a ligeann do na hiain hidrigine dul tríd. Nuair a dhoirtear uisce isteach in anóid an fheiste, bogann na hiain hidrigine a tháirgtear trí leictrealú trí scannán leath-thréscaoilteach go dtí an catóid, áit a n-éiríonn siad ina hidrigin mhóilíneach. Ar an láimh eile, ní féidir le hiain ocsaigine dul tríd an scannán leath-thréscaoilteach agus éiríonn siad ina móilíní ocsaigine ag an anóid.
Chomh maith leis sin, i leictrealú uisce alcaileach, cruthaítear hidrigin agus ocsaigin tríd an anóid agus an catóid a dheighilt trí dheighilteoir nach féidir ach le hiain hiodrocsaíde dul tríd. Ina theannta sin, tá modhanna tionsclaíocha ann amhail leictrealú gaile ardteochta.
Trí na próisis seo a dhéanamh ar scála mór, is féidir cainníochtaí móra hidrigine a fháil. Sa phróiseas, táirgtear méid suntasach ocsaigine freisin (leath an toirte hidrigine a tháirgtear), ionas nach mbeadh aon tionchar díobhálach comhshaoil aici dá scaoileadh isteach san atmaisféar í. Mar sin féin, éilíonn leictrealú go leor leictreachais, mar sin is féidir hidrigin saor ó charbón a tháirgeadh má tháirgtear é le leictreachas nach n-úsáideann breoslaí iontaise, amhail tuirbíní gaoithe agus painéil ghréine.
Is féidir leat “hidrigin glas” a fháil trí uisce a leictrilú ag baint úsáide as fuinneamh glan.
Tá gineadóir hidrigine ann freisin le haghaidh táirgeadh mórscála an hidrigin ghlas seo. Trí úsáid a bhaint as PEM sa chuid leictrilíseora, is féidir hidrigin a tháirgeadh go leanúnach.
Hidrigin Gorm Déanta as Breoslaí Iontaise
Mar sin, cad iad na bealaí eile chun hidrigin a dhéanamh? Tá hidrigin i mbreoslaí iontaise amhail gás nádúrtha agus gual mar shubstaintí seachas uisce. Mar shampla, smaoinigh ar mheatán (CH4), príomh-chomhpháirt an gháis nádúrtha. Tá ceithre adamh hidrigine anseo. Is féidir leat hidrigin a fháil tríd an hidrigin seo a bhaint amach.
Ceann de na próisis seo ná “athchóiriú meatáin gaile” a úsáideann gal. Seo a leanas foirmle cheimiceach an mhodha seo.
Mar is féidir leat a fheiceáil, is féidir aonocsaíd charbóin agus hidrigin a bhaint as móilín meatáin amháin.
Ar an mbealach seo, is féidir hidrigin a tháirgeadh trí phróisis ar nós “athchóiriú gaile” agus “pirilísiú” gáis nádúrtha agus guail. Tagraíonn “hidrigin gorm” do hidrigin a tháirgtear ar an mbealach seo.
Sa chás seo, áfach, táirgtear aonocsaíd charbóin agus dé-ocsaíd charbóin mar fhotháirgí. Mar sin, caithfidh tú iad a athchúrsáil sula scaoiltear isteach san atmaisféar iad. Mura ndéantar é a aisghabháil, bíonn an dé-ocsaíd charbóin mar fhotháirge ina ghás hidrigine, ar a dtugtar “hidrigin liath”.
Cén Cineál Eiliminte is ea Hidrigin?
Tá uimhir adamhach 1 ag hidrigin agus is é an chéad eilimint ar an tábla peiriadach é.
Is é líon na n-adamh an líon is mó sa chruinne, agus is ionann é agus thart ar 90% de na dúile uile sa chruinne. Is é an t-adamh hidrigine an t-adamh is lú ina bhfuil prótón agus leictreon.
Tá dhá iseatóp ag hidrigin le neodróin ceangailte leis an núicléas. Ceann amháin atá nasctha le deoitéiriam agus dhá cheann atá nasctha le neodróin. Is ábhair iad seo freisin le haghaidh giniúint cumhachta comhleá.
Taobh istigh de réalta cosúil leis an ngrian, tá comhleá núicléach ó hidrigin go héiliam ar siúl, arb é an fhoinse fuinnimh é don réalta chun lonrú.
Is annamh a bhíonn hidrigin ann mar ghás ar an Domhan, áfach. Cruthaíonn hidrigin comhdhúile le heilimintí eile amhail uisce, meatán, amóinia agus eatánól. Ós rud é gur dúil éadrom í hidrigin, de réir mar a ardaíonn an teocht, méadaíonn luas gluaiseachta na móilíní hidrigine, agus éalaíonn siad ó dhomhantarraingt an domhain go dtí an spás amuigh.
Conas Hidrigin a Úsáid? Úsáid trí Dhóchán
Ansin, conas a úsáidtear “hidrigin”, rud a tharraing aird ar fud an domhain mar fhoinse fuinnimh den chéad ghlúin eile? Úsáidtear é ar dhá phríomhbhealach: “dóchán” agus “ceall breosla”. Tosaímis le húsáid an fhocail “dó”.
Tá dhá phríomhchineál dócháin in úsáid.
Is é an chéad cheann ná breosla roicéad. Úsáideann roicéad H-IIA na Seapáine gás hidrigine “hidrigin leachtach” agus “ocsaigin leachtach” atá i riocht crióigineach freisin mar bhreosla. Déantar an dá rud seo a chomhcheangal, agus luasghéaraíonn an fuinneamh teasa a ghintear ag an am sin instealladh na móilíní uisce a ghintear, ag eitilt isteach sa spás. Mar sin féin, toisc gur inneall deacair ó thaobh na teicneolaíochta de é, seachas an tSeapáin, níor éirigh ach leis na Stáit Aontaithe, an Eoraip, an Rúis, an tSín agus an India an breosla seo a chomhcheangal go rathúil.
Is é an dara ceann giniúint cumhachta. Úsáideann giniúint cumhachta tuirbín gáis an modh freisin chun hidrigin agus ocsaigin a chomhcheangal chun fuinneamh a ghiniúint. Is é sin le rá, is modh é a fhéachann ar an bhfuinneamh teirmeach a tháirgeann hidrigin. I ngléasraí cumhachta teirmeacha, táirgeann an teas ó dhó guail, ola agus gáis nádúrtha gal a thiomáineann tuirbíní. Má úsáidtear hidrigin mar fhoinse teasa, beidh an gléasra cumhachta neodrach ó thaobh carbóin de.
Conas Hidrigin a Úsáid? Úsáidte mar Chill Bhreosla
Bealach eile chun hidrigin a úsáid ná mar chill bhreosla, a athraíonn hidrigin go díreach ina leictreachas. Go háirithe, tá aird tarraingthe ag Toyota sa tSeapáin trí fheithiclí breoslaithe hidrigine a chur chun cinn in ionad feithiclí leictreacha (EVanna) mar mhalairt ar fheithiclí gásailín mar chuid dá bhearta friththéamh domhanda.
Go sonrach, táimid ag déanamh an nós imeachta droim ar ais nuair a thugaimid isteach an modh monaraíochta “hidrigine glas”. Seo a leanas an fhoirmle cheimiceach.
Is féidir le hidrigin uisce (uisce te nó gal) a ghiniúint agus leictreachas á ghiniúint ag an am céanna, agus is féidir é a mheas mar nach gcuireann sé ualach ar an gcomhshaol. Ar an láimh eile, tá éifeachtúlacht giniúna cumhachta sách íseal ag an modh seo de 30-40%, agus teastaíonn platanam mar chatalaíoch, rud a éilíonn costais mhéadaithe.
Faoi láthair, táimid ag úsáid cealla breosla leictrilít polaiméire (PEFC) agus cealla breosla aigéid fosfaraigh (PAFC). Úsáideann feithiclí breosla-chealla PEFC go háirithe, mar sin is féidir a bheith ag súil go leathnóidh sé amach anseo.
An bhfuil stóráil agus iompar hidrigine sábháilte?
Faoin am seo, ceapaimid go dtuigeann tú conas a dhéantar agus a úsáidtear gás hidrigine. Mar sin, conas a stórálann tú an hidrigin seo? Conas a fhaigheann tú é san áit a bhfuil sé de dhíth ort? Cad mar gheall ar shlándáil ag an am sin? Míneoimid.
Déanta na fírinne, is dúil an-chontúirteach í an hidrigin freisin. Ag tús an 20ú haois, d'úsáideamar hidrigin mar ghás chun balúin, balúin agus aerárthaí a snámh san aer mar gheall ar a héadromacht. Mar sin féin, ar an 6 Bealtaine 1937, i New Jersey, SAM, tharla an "pléascadh aerárthaí Hindenburg".
Ó tharla an timpiste, aithnítear go forleathan gur contúirteach gás hidrigine. Go háirithe nuair a théann sé tine, pléascfaidh sé go foréigneach le hocsaigin. Dá bhrí sin, tá sé riachtanach “coinnigh ar shiúl ó ocsaigin” nó “coinnigh ar shiúl ó theas” a úsáid.
Tar éis na bearta seo a ghlacadh, thángamar ar mhodh loingseoireachta.
Is gás é hidrigin ag teocht an tseomra, mar sin cé gur gás é fós, tá sé an-toirtiúil. Is é an chéad mhodh brú ard a chur i bhfeidhm agus comhbhrú cosúil le sorcóir agus deochanna carbónáitithe á ndéanamh. Ullmhaigh umar ardbhrú speisialta agus stóráil é faoi choinníollacha ardbhrú amhail 45Mpa.
Tá Toyota, a fhorbraíonn feithiclí breosla-chealla (FCV), ag forbairt umar hidrigine ardbhrú roisín atá in ann brú 70 MPa a sheasamh.
Modh eile is ea fuarú síos go -253°C chun hidrigin leachtach a dhéanamh, agus é a stóráil agus a iompar in umair speisialta teas-inslithe. Cosúil le GNL (gás nádúrtha leachtaithe) nuair a allmhairítear gás nádúrtha ón iasacht, déantar hidrigin a leachtaiú le linn iompair, rud a laghdaíonn a thoirt go 1/800 dá staid ghásach. In 2020, chríochnaíomar an chéad iompróir hidrigine leachtaigh ar domhan. Mar sin féin, níl an cur chuige seo oiriúnach do fheithiclí breosla-chealla toisc go dteastaíonn go leor fuinnimh uaidh le fuarú.
Tá modh ann chun hidrigine a stóráil agus a sheoladh in umair mar seo, ach táimid ag forbairt modhanna eile stórála hidrigine freisin.
Is é an modh stórála ná cóimhiotail stórála hidrigine a úsáid. Tá an fheidhm ag hidrigin dul isteach i miotail agus iad a dhíghrádú. Is leid forbartha í seo a forbraíodh sna Stáit Aontaithe sna 1960idí. Léirigh turgnaimh JJ Reilly et al. gur féidir hidrigin a stóráil agus a scaoileadh trí chóimhiotal maignéisiam agus vanaidiam a úsáid.
Ina dhiaidh sin, d’éirigh leis substaint, amhail pallaidiam, a fhorbairt ar féidir léi hidrigin a ionsú 935 oiread a toirte féin.
Is é buntáiste an chóimhiotail seo a úsáid ná gur féidir leis timpistí sceite hidrigine (timpistí pléasctha den chuid is mó) a chosc. Dá bhrí sin, is féidir é a stóráil agus a iompar go sábháilte. Mar sin féin, mura bhfuil tú cúramach agus mura bhfágann tú sa timpeallacht mhícheart é, is féidir le cóimhiotail stórála hidrigine gás hidrigine a scaoileadh le himeacht ama. Bhuel, is féidir le fiú splanc beag timpiste pléasctha a chur faoi deara, mar sin bí cúramach.
Tá an míbhuntáiste aige freisin go mbíonn brioscadh mar thoradh ar ionsú agus dí-asú hidrigine arís agus arís eile agus go laghdaítear an ráta ionsúcháin hidrigine.
Is é an ceann eile ná píopaí a úsáid. Tá coinníoll ann nach mór dóibh a bheith comhbhrúite agus ísealbhrú chun cosc a chur ar na píopaí briseadh, ach is é an buntáiste ná gur féidir píopaí gáis atá ann cheana a úsáid. Rinne Tokyo Gas obair thógála ar FLAG Harumi, ag baint úsáide as píblínte gáis na cathrach chun hidrigin a sholáthar do chealla breosla.
Sochaí an Todhchaí Cruthaithe ag Fuinneamh Hidrigine
Mar fhocal scoir, déanaimis machnamh ar an ról is féidir le hidrigin a imirt sa tsochaí.
Níos tábhachtaí fós, ba mhaith linn sochaí saor ó charbón a chur chun cinn, úsáidimid hidrigin chun leictreachas a ghiniúint seachas mar fhuinneamh teasa.
In ionad stáisiúin chumhachta teirmeacha móra, tá córais ar nós ENE-FARM tugtha isteach ag roinnt teaghlach, a úsáideann hidrigin a fhaightear trí athchóiriú gáis nádúrtha chun an leictreachas riachtanach a ghiniúint. Mar sin féin, tá an cheist ann fós faoi cad atá le déanamh le fotháirgí an phróisis athchóirithe.
Amach anseo, má mhéadaíonn cúrsaíocht an hidrigine féin, amhail líon na stáisiún athbhreoslaithe hidrigine a mhéadú, beidh sé indéanta leictreachas a úsáid gan dé-ocsaíd charbóin a astú. Táirgeann leictreachas hidrigin glas, ar ndóigh, mar sin úsáideann sé leictreachas a ghintear ó sholas na gréine nó ón ngaoth. Ba cheart gurb é an chumhacht a úsáidtear le haghaidh leictrealú an chumhacht chun an méid giniúna cumhachta a shochtadh nó chun an ceallraí in-athluchtaithe a mhuirearú nuair a bhíonn barraíocht cumhachta ó fhuinneamh nádúrtha ann. Is é sin le rá, tá an hidrigin sa suíomh céanna leis an gceallraí in-athluchtaithe. Má tharlaíonn sé seo, beidh sé indéanta sa deireadh giniúint cumhachta teirmeach a laghdú. Tá an lá a n-imíonn an t-inneall dócháin inmheánaigh as gluaisteáin ag druidim go gasta.
Is féidir hidrigin a fháil trí bhealach eile freisin. Déanta na fírinne, is fotháirge de tháirgeadh sóide loiscnigh é hidrigin fós. I measc rudaí eile, is fotháirge de tháirgeadh cóic i ndéanamh iarainn é. Má chuireann tú an hidrigin seo sa dáileadh, beidh tú in ann foinsí éagsúla a fháil. Soláthraítear gás hidrigine a tháirgtear ar an mbealach seo ag stáisiúin hidrigine freisin.
Féachfaimid níos faide isteach sa todhchaí. Is fadhb í an méid fuinnimh a chailltear freisin leis an modh tarchuir a úsáideann sreanga chun cumhacht a sholáthar. Dá bhrí sin, sa todhchaí, úsáidfimid an hidrigin a sheachadtar trí phíblínte, díreach cosúil leis na dabhcha aigéid charbónaí a úsáidtear chun deochanna carbónáitithe a dhéanamh, agus ceannóimid umar hidrigine sa bhaile chun leictreachas a ghiniúint do gach teaghlach. Tá gléasanna soghluaiste a ritheann ar chadhnraí hidrigine ag éirí coitianta. Beidh sé suimiúil todhchaí den sórt sin a fheiceáil.
Am an phoist: 08 Meitheamh 2023
