Effektiv brintproduktion med ultralyd

Brint er et alternativt brændstof, der er at foretrække på grund af dets miljøvenlighed og nul kuldioxidemission. Konventionel brintproduktion er imidlertid ikke effektiv til økonomisk masseproduktion. Ultralydsfremmes elektrolyse af vand- og alkalisk vandopløsninger resulterer i højere brintudbytte, reaktionshastighed og konverteringshastighed. Ultralydassisteret elektrolyse gør brintproduktionen økonomisk og energieffektiv.
Ultralyd fremmes elektrokemiske reaktioner såsom elektrolyse og elektrokoagulation viser forbedret reaktionshastighed, hastighed og udbytter.

Effektiv brintproduktion med sonikering

Elektrolyse af vand og vandige løsninger med henblik på brintproduktion er en lovende proces til produktion af ren energi. Elektrolyse af vand er en elektrokemisk proces, hvor elektricitet anvendes til at opdele vand i to gasser, nemlig brint (H₂) og ilt (O₂). For at holde H-spørgsmålet – den – H bindinger ved elektrolyse, en elektrisk strøm køres gennem vandet.
For den elektrolytiske reaktion anvendes en direkte elektrisk valuta (DC) til at indlede en anden-klog ikke-spontan reaktion. Elektrolyse kan generere brint af høj renhed i en enkel, miljøvenlig, grøn proces med en nul CO₂ emission som O₂ er det eneste produkt.

2x ultralydsprocessorer UIP2000hdT med sonder, der fungerer som elektroder, dvs. Ultralydfeltet forstærker den elektrolytiske syntese af brint fra vand eller vandige opløsninger.

Med hensyn til elektrolyse af vand, opdeling af vand i ilt og brint opnås ved at passere en elektrisk strøm gennem vandet.
I rent vand ved den negativt ladede katode sker der en reduktionsreaktion, hvor elektroner (e−) fra katoden doneres til brintkationer, så brintgas dannes. På den positivt ladede anode, en oxidation reaktion finder sted, som genererer ilt gas og samtidig give elektroner til anoden. Det betyder, vand reagerer på anoden til at danne ilt og positivt ladede hydrogenioner (protoner). Derved udfyldes følgende ligningen af energibalancen:

kr.⁺ (aq) + 2e^– → H₂ g) (reduktion ved katoden)
kr.₂O (l) → O2 (g) + 4H⁺ (aq) + 4e^– (oxidation ved anoden)
Samlet reaktion: 2H₂O (l) → 2H₂ g) + O₂ g)

Ofte, alkalisk vand bruges til elektrolyse for at producere brint. Alkaalisalte er opløselige hydroxitider af alkaliske metaller og alkaliske jordmetaller, hvoraf almindelige eksempler er: Natriumhydroxid (NaOH, også kendt som “kaustisk soda") og kaliumhydroxid (KOH, også kendt som “kaustisk kaliumchlorid"). For eletcrolyse anvendes hovedsageligt koncentrationer på 20% til 40% kaustisk opløsning.

Ultralyd syntese af brint

Når brintgas produceres i en elektrolytisk reaktion, syntetiseres brinten lige ved nedbrydningspotentialet. Overfladen af elektroder er det område, hvor hydrogendannelse forekommer på molekylær fase under den elektrokemiske reaktion. Brintmolekylerne nukleerer ved elektrodeoverfladen, så der efterfølgende er brintgasbobler omkring katoden. Brug af ultralydelektroder forbedrer aktivitets impedanser og koncentration impedans og accelererer stigende af brintbobler under vandelektrolyse. Flere undersøgelser viste, at ultralyd brintproduktion øger brintudbyttet effektivt.

Ultralydeffekter på elektrolyse

Ultralyd ophidset elektrolyse er også kendt som sono-elektrolyse. Forskellige ultralydsfaktorer af sonomekansk og sonokemisk natur indflydelse og fremme elektrokemiske reaktioner. Disse elektrolyse-påvirkende faktorer er resultater af ultralyd-induceret kavitation og vibrationer og omfatter akustisk streaming, mikro-turbulenser, microjets, chokbølger samt sonochemical effekter. Ultralyd / akustisk kavitation opstår, når høj intensitet ultralydbølger er koblet til væske. Fænomenet kavitation er karakteriseret ved vækst og sammenbrud af såkaldte kavitationsbobler. Boblen implosion er præget af super-intense, lokalt forekommende kræfter. Disse kræfter omfatter intens lokal opvarmning på op til 5000K, høje tryk på op til 1000 atm, og enorme opvarmning og køling satser (>100k/sec), og de provokerer en unik interaktion mellem stof og energi. For eksempel tvinger disse kavitationelle brintbindinger i vand og letter opdeling af vandklynger, hvilket efterfølgende resulterer i et reduceret energiforbrug for elektrolysen.

Ultralydpåvirkning på elektroderne

• Fjernelse af aflejringer fra elektrodeoverfladen
• Aktivering af elektrodeoverfladen
• Transport af elektrolytter mod og væk fra elektroder

Rengøring og aktivering af overflader

Masseoverførsel er en af de afgørende faktorer, der påvirker reaktionshastighed, hastighed og udbytte. Under elektrolytiske reaktioner ophobes reaktionsproduktet, f.eks. Ultralydsfremmede elektrolytiske processer viser en øget masseoverførsel i bulkopløsningen og nær overfladerne. Ultralydvibrationer og kavitation fjerner passivationslag fra elektrodeoverfladerne og holder dem derved permanent fuldt effektive. Endvidere, sonificering er kendt for at forbedre reaktionsveje ved sonokemiske virkninger.

Lavere ohmisk spændingsfald, reaktionsoverpotentiale og nedbrydningspotentiale

Den spænding, der kræves for elektrolyse at forekomme, er kendt som nedbrydning potentiale. Ultralyd kan sænke det nødvendige nedbrydningspotentiale i elektrolyseprocesser.

Ultralyd elektrolysecelle

For vandelektrolyse, ultralydsenergitilførsel, elektrodehul og elektrolytkoncentration er nøglefaktorer, der påvirker vandelektrolyse og dets effektivitet.
For en alkalisk elektrolyse anvendes en elektrolysecelle med en vandig kaustisk opløsning på normalt 20-40% KOH eller NaOH. Elektrisk energi påføres to elektroder.
Elektrodekatalysatorer kan bruges til at accelerere reaktionshastigheden. For eksempel er Pt elektroder gunstige, da reaktionen sker lettere.
Videnskabelige forskningsartikler rapporterer 10%-25% energibesparelser ved hjælp af ultralyd-fremmet elektrolyse af vand.

Ultralydelektrolysere til brintproduktion på pilot- og industriskala

Hielscher Ultralyd’ industrielle ultralydsprocessorer er bygget til 24/7/365 drift under fuld belastning og i tunge processer.
Ved at levere robuste ultralydsystemer, specialdesignede sonotroder (sonder), der fungerer som elektrode og ultralydbølgesender på samme tid, og elektrolysereaktorer imødekommer Hielscher Ultrasonics de specifikke krav til elektrolytisk brintproduktion. Alle digitale industrielle ultralydsenheder i UIP-serien (UIP500hdT (500 watt) UIP1000hdT (1kW) UIP1500hdT (1,5 kW) UIP2000hdT (2kW), og UIP4000hdT (4kW)) er højtydende ultralydsenheder til elektrolyseapplikationer.
Tabellen nedenfor giver dig en indikation af den omtrentlige forarbejdningskapacitet hos vores ultralydapparater: