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 opløsninger med henblik på brintproduktion er en lovende proces til produktion af ren energi. Elektrolyse af vand er en elektrokemisk proces, hvor elektricitet påføres til at opdele vand i to gasser, nemlig brint (H2) og ilt (O2). For at spalte H – den – H bindinger ved elektrolyse, en elektrisk strøm køres gennem vandet.
Til den elektrolytiske reaktion anvendes en direkte elektrisk valuta til at initiere en anden ikke-spontan reaktion. Elektrolyse kan generere brint af høj renhed i en enkel, miljøvenlig, grøn proces med nul CO2-udledning, da O2 er det eneste biprodukt.

Denne video illustrerer den positive indflydelse af direkte elektrode ultralydbehandling på den elektriske strøm. Det bruger en Hielscher UP100H (100 Watt, 30kHz) ultralyd homogenisator med elektro-kemi-opgradering og en titanium elektrode / sonotrode. Elektrolyse af fortyndet svovlsyre producerer hydrogengas og iltgas. Ultralydbehandling reducerer diffusionslagtykkelsen ved elektrodeoverfladen og forbedrer masseoverførslen under elektrolyse.

Sono-elektrokemi - illustration af ultralyds indflydelse på batchelektrolyse

Videominiaturebillede

Anmodning om oplysninger




Bemærk vores Fortrolighedspolitik.


Ultralyd elektrokemisk syntese er en yderst effektiv metode til produktion af hydrogen. Den sono-elektrokemiske behandling fremmer spaltningen af H-O-H-bindingerne ved elektrolyse, en elektrisk strøm løber gennem vandet.

2x ultralydsprocessorer af modellen UIP200hdT med sonder, der fungerer som elektroder, dvs. katode og anode. Ultralydvibrationen og kavitationen fremmer elektrokemisk brintproduktion.

 
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 finder en reduktionsreaktion sted, hvor elektroner (e−) fra katoden doneres til hydrogenkationer, så der dannes hydrogengas. Ved den positivt ladede anode finder en oxidationsreaktion sted, som genererer iltgas, mens den giver elektroner til anoden. Dette betyder, at vand reagerer ved anoden for at danne ilt og positivt ladede hydrogenioner (protoner). Derved afsluttes følgende ligning 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 anvendes alkalisk vand til elektrolysen for at producere brint. Alkalisalte er opløselige hydroxider af alkalimetaller og jordalkalimetaller, hvoraf almindelige eksempler er: Natriumhydroxid (NaOH, også kendt som kaustisk soda) og kaliumhydroxid (KOH, også kendt som kaustisk kaliumchlorid). Til eletkrolyse anvendes hovedsageligt koncentrationer på 20% til 40% kaustisk opløsning.

Sono-elektrokemisk produktion af brint ved en ultralydkatode.

Sono-elektrokemisk produktion af brint ved en ultralydkatode.

 

Denne video illustrerer den positive indflydelse af direkte elektrode ultralydbehandling på den elektriske strøm i en H-celle elektrolysator opsætning. Det bruger en Hielscher UP100H (100 Watt, 30kHz) ultralyd homogenisator med elektro-kemi-opgradering og en titanium elektrode / sonotrode. Elektrolyse af fortyndet svovlsyre producerer hydrogengas og iltgas. Ultralydbehandling reducerer diffusionslagtykkelsen ved elektrodeoverfladen og forbedrer masseoverførslen under elektrolyse.

Sono-elektrokemi - Illustration af indflydelse af ultralydbehandling på H-celleelektrolyse

Videominiaturebillede

 

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.

 
Fordele ved ultralyd på hydrogenelektrolyse

  • Højere brintudbytte
  • Forbedret energieffektivitet

som ultralyd resulterer i:

  • øget masseoverføring
  • Accelereret reduktion af akkumuleret impedans
  • Reduceret ohmic spændingsfald
  • Reduceret reaktion overpotential
  • Reduceret nedbrydningspotentiale
  • Afgasning af vand / vandig opløsning
  • Rengøring af elektrodekatalysere

 

Ultralydeffekter på elektrolyse

Ultrasonically excited electrolysis is also known as sono-electrolysis. Various ultrasonic factors of sonomechanical and sonochemical nature influence and promote electrochemical reactions. These electrolysis-influencing factors are results of ultrasound-induced cavitation and vibration and include acoustic streaming, micro-turbulences, microjets, shock waves as well as sonochemical effects. Ultrasonic / acoustic cavitation occurs, when high-intensity ultrasound waves are coupled into liquid. The phenomenon of cavitation is characterized by the growth and collapse of so-called cavitation bubbles. The bubble implosion is marked by super-intense, locally occuring forces. These forces include intense local heating of up to 5000K, high pressures of up to 1000 atm, and enormous heating and cooling rates (>100k/sec) and they provoke a unique interaction between matter and energy. For instance, those cavitational forces impact hydrogen bondings in water and facilitate splitting of water clusters which subsequently results in a reduced energy consumption for the electrolysis.
 
Ultralydpåvirkning på elektroderne

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

 

Ultralydsrensning og aktivering af elektrodeoverflader

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.

Ultralydsonden af den højtydende ultralydsapparat UIP2000hdT fungerer som anode. På grund af det anvendte ultralydsfelt fremmes elektrolyse af hydrogen.

Ultralydsonde af UIP2000hdT fungerer som anode. De anvendte ultralydbølger forstærker brintens elektrolytiske syntese.

Tabellen nedenfor giver dig en indikation af den omtrentlige forarbejdningskapacitet hos vores ultralydapparater:

Batch Volumen Strømningshastighed Anbefalede enheder
0.02 til 5L 0.05 til 1L/min UIP500hdT
00,05 til 10L 0.1 til 2L/min. UIP1000hdT
00,07 til 15L 0.15 til 3L/min UIP1500hdT
0.1 til 20L 0.2 til 4L / min UIP2000hdT
10 til 100 l 2 til 10 l / min UIP4000hdT

Kontakt os! / Spørg Os!

Bed om mere information

Brug venligst nedenstående formular til at anmode om yderligere oplysninger om ultralydelektroder og sono-elektrokemiske systemer, applikationsoplysninger og priser. Vi vil være glade for at diskutere din sono-elektrokemiske proces med dig og tilbyde dig et ultralydssystem, der opfylder dine krav!









Bemærk venligst, at vores Fortrolighedspolitik.


Ultralyd højforskydning homogenisatorer anvendes i lab, bench-top, pilot og industriel forarbejdning.

Hielscher Ultrasonics fremstiller højtydende ultralydhomogenisatorer til blanding af applikationer, dispersion, emulgering og udvinding på laboratorium, pilot og industriel skala.



Fakta Værd at vide

Hvad er Hydrogen?

Hydrogen er det kemiske grundstof med symbolet H og atomnummer 1. Med en standard atomvægt på 1,008 er brint det letteste element i det periodiske system. Brint er det mest udbredte kemiske stof i universet, der udgør omkring 75% af alle baryoniske masse. H2 er en gas, der dannes, når to brintatomer binder sig sammen og bliver et brintmolekyle. H2 kaldes også molekylær brint og er et diatomisk, homonuclear molekyle. Den består af to protoner og to elektroner. Molekylær brint har en neutral ladning og er dermed den mest almindelige form for brint.

Når brint produceres i industriel skala, er dampreformerende naturgas den mest anvendte produktionsform. En alternativ metode er elektrolyse af vand. Det meste brint produceres i nærheden af sidstnævnte anvendelsessted, f.eks. nær anlæg til forarbejdning af fossile brændstoffer (f.eks. hydrokrakning) og ammoniakbaserede gødningsproducenter.

Litteratur / Referencer

Vi vil være glade for at diskutere din proces.

Lad os komme i kontakt.