Tabharfaimid isteach “hidrigine”, an chéad ghlúin eile fuinnimh atá neodrach ó thaobh carbóin de. Roinntear hidrigin i dtrí chineál: “hidrigine ghlas”, “hidrigine ghorm” agus “hidrigin liath”, a bhfuil modh táirgthe difriúil ag gach ceann acu. Míneoimid freisin gach modh monaraithe, airíonna fisiceacha mar eilimintí, modhanna stórála/iompair, agus modhanna úsáide. Agus cuirfidh mé in iúl freisin cén fáth gurb é an chéad ghlúin eile foinse fuinnimh ceannasach.
Leictrealú Uisce chun Hidrigin Glas a Tháirgeadh
Agus hidrigin á húsáid, tá sé tábhachtach "hidrigine a tháirgeadh" ar aon nós. Is é an bealach is éasca ná "uisce a leictrealú". B'fhéidir go ndearna tú san eolaíocht scoil grád. Líon an t-eascra le huisce agus leictreoidí in uisce. Nuair a bhíonn ceallraí ceangailte leis na leictreoidí agus fuinneamh, tarlaíonn na frithghníomhartha seo a leanas san uisce agus i ngach leictreoid.
Ag an gcatóid, tagann H+ agus leictreoin le chéile chun gás hidrigine a tháirgeadh, agus táirgeann an anóid ocsaigin. Fós féin, tá an cur chuige seo breá le haghaidh turgnaimh eolaíochta scoile, ach chun hidrigin a tháirgeadh go tionsclaíoch, ní mór meicníochtaí éifeachtacha atá oiriúnach do tháirgeadh ar scála mór a ullmhú. Is é sin “leictrealú membrane leictrilíte polaiméire (PEM)”.
Ar an modh seo, déantar scannán leath-thréscaoilteach polaiméire a ligeann do ghluaiseacht na n-ian hidrigine a shíneadh idir anóid agus catóid. Nuair a dhoirttear uisce isteach in anóid an fheiste, gluaiseann iain hidrigine a tháirgtear trí leictrealú trí membrane leath-thréscaoilteach go dtí an chatóid, áit a ndéantar hidrigin mhóilíneach. Ar an láimh eile, ní féidir le hiain ocsaigine dul tríd an scannán leath-thréscaoilteach agus a bheith ina móilíní ocsaigine ag an anóid.
Chomh maith leis sin i leictrealú uisce alcaileach, cruthaíonn tú hidrigin agus ocsaigine tríd an anóid agus an chatóid a scaradh trí dheighilteoir nach féidir ach le hiain hiodrocsaíde dul tríd. Ina theannta sin, tá modhanna tionsclaíocha cosúil le leictrealú gaile ardteochta.
Trí na próisis seo a dhéanamh ar scála mór, is féidir cainníochtaí móra hidrigine a fháil. Sa phróiseas, déantar méid suntasach ocsaigine a tháirgeadh freisin (leath an toirt hidrigine a tháirgtear), ionas nach mbeadh aon drochthionchar comhshaoil aige dá scaoilfí isteach san atmaisféar. Mar sin féin, éilíonn leictrealú go leor leictreachais, mar sin is féidir hidrigin saor ó charbóin a tháirgeadh má tháirgtear é le leictreachas nach n-úsáideann breoslaí iontaise, mar shampla tuirbíní gaoithe agus painéil ghréine.
Is féidir “hidrigine ghlas” a fháil trí uisce a leictrealú le fuinneamh glan.
Tá gineadóir hidrigine ann freisin chun an hidrigin ghlas seo a tháirgeadh ar scála mór. Trí úsáid a bhaint as PEM sa chuid electrolyzer, 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 ann i mbreoslaí iontaise amhail gás nádúrtha agus gual mar shubstaintí seachas uisce. Mar shampla, smaoinigh ar meatán (CH4), príomh-chomhpháirt an gháis nádúrtha. Tá ceithre adamh hidrigine anseo. Is féidir leat hidrigin a fháil tríd an hidrigin seo a bhaint amach.
Is é ceann acu seo próiseas ar a dtugtar “leasú meatán gaile” a úsáideann gal. Seo a leanas foirmle ceimiceach an mhodha seo.
Mar a fheiceann tú, is féidir aonocsaíd charbóin agus hidrigin a bhaint as móilín meatáin amháin.
Ar an mbealach seo, is féidir hidrigin a tháirgeadh trí phróisis mar “athchóiriú gaile” agus “pirealú” gás nádúrtha agus guail. Tagraíonn “hidrigine gorm” do hidrigin a tháirgtear ar an mbealach seo.
Sa chás seo, áfach, déantar aonocsaíd charbóin agus dé-ocsaíd charbóin a tháirgeadh mar sheachtháirgí. Mar sin caithfidh tú iad a athchúrsáil sula scaoiltear isteach san atmaisféar iad. Is gás hidrigine í an seachtháirge dé-ocsaíd charbóin, mura n-aisghabhtar í, ar a dtugtar “hidrigin liath”.
Cén Cineál Eiliminte É Hidrigin?
Tá uimhir adamhach 1 ag hidrigin agus is í an chéad eilimint ar an tábla peiriadach.
Is é líon na n-adamh an ceann is mó sa chruinne, agus thart ar 90% de na heilimintí go léir sa chruinne. Is é an t-adamh is lú atá comhdhéanta de phrótón agus de leictreon ná an t-adamh hidrigine.
Tá dhá iseatóp ag hidrigin agus neodrón ceangailte den núicléas. “Deoitéiriam” amháin atá nasctha le neodrón agus dhá “tritium” atá nasctha le neodrón. 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, agus is é sin an fhoinse fuinnimh chun go lasfadh an réalta.
Mar sin féin, is annamh a bhíonn hidrigin mar ghás ar an Domhan. Déanann hidrigin comhdhúile le heilimintí eile amhail uisce, meatán, amóinia agus eatánól. Ós rud é gur eilimint éadrom í hidrigin, de réir mar a ardaíonn an teocht, méadaíonn luas gluaiseachta na móilíní hidrigine, agus éalaíonn sé ó dhomhantarraingt an domhain go dtí an spás amuigh.
Conas Hidrigin a Úsáid? Úsáid trí Dó
Ansin, conas a úsáidtear “hidrigine”, a tharraing aird ar fud an domhain mar fhoinse fuinnimh den chéad ghlúin eile? Úsáidtear é ar dhá phríomhbhealach: “dó” agus “cill bhreosla”. Let tús leis an úsáid a bhaint as "sruthán".
Tá dhá phríomhchineál dócháin a úsáidtear.
Is é an chéad cheann mar bhreosla roicéad. Úsáideann roicéad H-IIA na Seapáine gás hidrigine “hidrigine leachtach” agus “ocsaigin leachtach” atá i riocht crióigineach mar bhreosla freisin. Cuirtear an dá cheann seo le chéile, 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 go bhfuil sé ina inneall deacair go teicniúil, ach amháin don tSeapáin, níl ach na Stáit Aontaithe, an Eoraip, an Rúis, an tSín agus an India tar éis an breosla seo a chomhcheangal go rathúil.
Is é an dara giniúint cumhachta. Úsáideann giniúint cumhachta tuirbín gáis freisin an modh chun hidrigin agus ocsaigin a chomhcheangal chun fuinneamh a ghiniúint. I bhfocail eile, is modh é a fhéachann ar an bhfuinneamh teirmeach a tháirgtear trí hidrigin. I ngléasraí cumhachta teirmeacha, táirgeann an teas ó ghual, ola agus gás nádúrtha a dhó gaile a thiomáineann tuirbíní. Má úsáidtear hidrigin mar fhoinse teasa, beidh an gléasra cumhachta neodrach ó thaobh carbóin de.
Conas Hidrigin a Úsáid? Úsáidte mar Chealla Breosla
Is bealach eile chun hidrigin a úsáid mar chill bhreosla, a thiontaíonn hidrigin go díreach i leictreachas. Go háirithe, tá aird tarraingthe ag Toyota sa tSeapáin trí fheithiclí a bhreoslaítear le hidrigin in ionad feithiclí leictreacha (EVanna) mar mhalairt ar fheithiclí gásailín mar chuid dá fhrithbhearta téamh 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) agus leictreachas a ghiniúint, agus is féidir é a mheas toisc nach gcuireann sé ualach ar an gcomhshaol. Ar an láimh eile, tá éifeachtacht ghiniúna cumhachta réasúnta íseal de 30-40% ag an modh seo, agus éilíonn sé platanam mar chatalaíoch, rud a éilíonn costais mhéadaithe.
Faoi láthair, táimid ag baint úsáide as cealla breosla leictrilít polaiméire (PEFC) agus cealla breosla aigéad fosfarach (PAFC). Go háirithe, úsáideann feithiclí cille breosla PEFC, mar sin is féidir a bheith ag súil le scaipeadh sa todhchaí.
An bhfuil Stóráil agus Iompar Hidrigin Sábháilte?
Faoin am seo, is dóigh linn go dtuigeann tú conas a dhéantar agus a úsáidtear gás hidrigine. Mar sin, conas a stórálann tú an hidrigin seo? Conas a gheobhaidh tú é san áit a dteastaíonn uait é? Cad faoin tslándáil ag an am sin? Míneoimid.
Go deimhin, is gné an-chontúirteach é hidrigin freisin. Ag tús an 20ú haois, d'úsáideamar hidrigin mar ghás chun balúin, balúin, agus airships a snámh sa spéir toisc go raibh sé an-éadrom. Ar an 6 Bealtaine, 1937, áfach, i New Jersey, SAM, tharla an “pléascadh aerlong Hindenburg”.
Ó tharla an timpiste, tá sé aitheanta go forleathan go bhfuil gás hidrigine contúirteach. Go háirithe nuair a théann sé dóiteáin, pléascfaidh sé go foréigneach le ocsaigin. Mar sin, tá sé ríthábhachtach “coimeád ar shiúl ó ocsaigine” nó “coimeád ar shiúl ó theas”.
Tar éis na bearta seo a ghlacadh, tháinig muid suas le modh loingseoireachta.
Is gás é hidrigin ag teocht an tseomra, mar sin cé gur gás é fós, tá sé an-tromchúiseach. Is é an chéad mhodh brú ard agus comhbhrú cosúil le sorcóir a chur i bhfeidhm agus deochanna carbónáitithe á ndéanamh. Ullmhaigh umar ardbhrú speisialta agus é a stóráil faoi choinníollacha ardbhrú ar nós 45Mpa.
Tá Toyota, a fhorbraíonn feithiclí cille breosla (FCV), ag forbairt umar hidrigine ardbhrú roisín a fhéadfaidh brú 70 MPa a sheasamh.
Modh eile ná fuarú go -253°C chun hidrigin leachtach a dhéanamh, agus í a stóráil agus a iompar in umair speisialta teas-inslithe. Cosúil le GNL (gás nádúrtha leachtaithe) nuair a allmhairítear gás nádúrtha ó thar lear, leachtaítear hidrigin le linn iompair, ag laghdú a toirte go 1/800 dá staid ghásach. In 2020, chríochnaíomar an chéad iompróir leachtach hidrigine ar domhan. Mar sin féin, níl an cur chuige seo oiriúnach do fheithiclí cille breosla toisc go dteastaíonn go leor fuinnimh le fuarú.
Tá modh stórála agus seolta 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 mhaoin ag hidrigin miotail a threá agus a mheath. Is tip forbartha é seo a forbraíodh sna Stáit Aontaithe sna 1960idí. JJ Reilly et al. Tá sé léirithe ag turgnaimh gur féidir hidrigin a stóráil agus a scaoileadh ag baint úsáide as cóimhiotal maignéisiam agus vanadium.
Tar éis sin, d'fhorbair sé substaint go rathúil, mar shampla Pallaidiam, a fhéadfaidh hidrigin a ionsú 935 uair a toirt féin.
Is é an buntáiste a bhaineann leis an gcóimhiotal seo a úsáid ná go bhféadfaidh sé tionóiscí sceitheadh hidrigine a chosc (tionóiscí pléascadh go príomha). Dá bhrí sin, is féidir é a stóráil agus a iompar go sábháilte. Mar sin féin, mura bhfuil tú cúramach agus é a fhágáil sa timpeallacht mícheart, is féidir le cóimhiotail stórála hidrigine gás hidrigine a scaoileadh le himeacht ama. Bhuel, féadann fiú spréach beag a bheith ina chúis le timpiste pléascadh, mar sin bí cúramach.
Tá sé faoi mhíbhuntáiste freisin go n-eascraíonn brúchtadh agus dí-ionsú hidrigine arís agus arís eile agus go laghdaítear an ráta ionsú hidrigine.
Is é an ceann eile ná píopaí a úsáid. Tá coinníoll ann go gcaithfidh sé a bheith neamh-chomhbhrúite agus brú íseal chun cosc a chur ar bhrabús na bpíopaí, ach is é an buntáiste gur féidir píopaí gáis atá ann cheana féin a úsáid. Rinne Tokyo Gas obair thógála ar an Harumi FLAG, ag úsáid píblínte gáis na cathrach chun hidrigin a sholáthar do chealla breosla.
Sochaí na Todhchaí Cruthaithe ag Fuinneamh Hidrigin
Ar deireadh, 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 in ionad mar fhuinneamh teasa.
In ionad stáisiúin chumhachta teirmeacha móra, tá córais cosúil le ENE-FARM tugtha isteach ag roinnt teaghlach, a úsáideann hidrigin a fhaightear trí ghás nádúrtha a athchóiriú chun an leictreachas is gá a ghiniúint. Mar sin féin, tá an cheist fós faoi cad atá le déanamh le seachtháirgí an phróisis athchóirithe.
Sa todhchaí, má mhéadaíonn an scaipeadh hidrigine féin, mar shampla 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 ó ghaoth. Ba cheart go mbeadh an chumhacht a úsáidtear le haghaidh leictrealú an chumhacht chun an méid giniúna cumhachta a shochtadh nó an ceallraí rechargeable a mhuirearú nuair a bhíonn cumhacht barrachas ó fhuinneamh nádúrtha. I bhfocail eile, tá an hidrigin sa suíomh céanna leis an gceallraí rechargeable. Má tharlaíonn sé seo, beifear in ann giniúint cumhachta teirmeach a laghdú sa deireadh. Tá an lá nuair a imíonn an t-inneall dócháin inmheánaigh ó ghluaisteáin ag druidim go tapa.
Is féidir hidrigin a fháil trí bhealach eile freisin. Go deimhin, tá hidrigin fós ina seachtháirge de tháirgeadh sóid loiscneach. I measc rudaí eile, is seachtháirge é de tháirgeadh cóc i ndéanamh iarainn. Má chuireann tú an hidrigin seo sa dáileadh, beidh tú in ann foinsí iolracha a fháil. Soláthraíonn stáisiúin hidrigine gás hidrigine a tháirgtear ar an mbealach seo freisin.
Breathnaímid níos faide ar an todhchaí. Tá an méid fuinnimh a chailltear ina cheist freisin maidir leis an modh tarchuir a úsáideann sreanga chun cumhacht a sholáthar. Dá bhrí sin, sa todhchaí, bainfimid úsáid as an hidrigin a sheachadtar ag píblínte, díreach cosúil leis na humair aigéad carbónacha a úsáidtear chun deochanna carbónáitithe a dhéanamh, agus umar hidrigine a cheannach sa bhaile chun leictreachas a ghiniúint do gach teaghlach. Tá gléasanna soghluaiste a ritheann ar chadhnraí hidrigine ag éirí coitianta. Beidh sé suimiúil a leithéid de thodhchaí a fheiceáil.
Am postála: Jun-08-2023
