Αποδοτική παραγωγή υδρογόνου με υπερήχους

Το υδρογόνο είναι ένα εναλλακτικό καύσιμο που είναι προτιμότερο λόγω της φιλικότητάς του προς το περιβάλλον και των μηδενικών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα. Ωστόσο, η συμβατική παραγωγή υδρογόνου δεν είναι αποτελεσματική για την οικονομική μαζική παραγωγή. Η υπερηχητικά προωθημένη ηλεκτρόλυση του νερού και αλκαλικών διαλυμάτων νερού οδηγεί στις υψηλότερες αποδόσεις υδρογόνου, το ποσοστό αντίδρασης και την ταχύτητα μετατροπής. Υπερήχων υποβοηθούμενη ηλεκτρόλυση κάνει την παραγωγή υδρογόνου οικονομική και ενεργειακά αποδοτική.
Υπερήχων προωθείται ηλεκτροχημικές αντιδράσεις, όπως η ηλεκτρόλυση και η ηλεκτροπήξη δείχνουν βελτιωμένη ταχύτητα αντίδρασης, το ποσοστό και τις αποδόσεις.

Αποδοτική παραγωγή υδρογόνου με υπερήχηση

Η ηλεκτρόλυση του νερού και των υδατικών διαλυμάτων για τους σκοπούς της παραγωγής υδρογόνου είναι μια πολλά υποσχόμενη διαδικασία για την παραγωγή καθαρής ενέργειας. Η ηλεκτρόλυση του νερού είναι μια ηλεκτροχημική διαδικασία όπου η ηλεκτρική ενέργεια εφαρμόζεται για να χωρίσει το νερό σε δύο αέρια, δηλαδή το υδρογόνο (H₂) και οξυγόνο (O₂). Για να διασπαστεί το H – ο – H ομόλογα με ηλεκτρόλυση, ένα ηλεκτρικό ρεύμα τρέχει μέσα από το νερό.
Για την ηλεκτρολυτική αντίδραση, εφαρμόζεται ένα άμεσο ηλεκτρικό νόμισμα (DC) για να ξεκινήσει μια άλλη-σοφή μη αυθόρμητη αντίδραση. Η ηλεκτρόλυση μπορεί να παράγει υδρογόνο υψηλής καθαρότητας σε μια απλή, φιλική προς το περιβάλλον, πράσινη διαδικασία με μηδενικό CO₂ εκπομπών ως O₂ είναι το μόνο υποπροϊόν.

2x επεξεργαστές υπερήχων UIP2000hdT με τους ανιχνευτές, που ενεργούν ως ηλεκτρόδια, δηλ. Το υπερηχητικό πεδίο εντείνει την ηλεκτρολυτική σύνθεση του υδρογόνου από το νερό ή υδατικά διαλύματα.

Όσον αφορά την ηλεκτρόλυση του νερού, ο διαχωρισμός του νερού σε οξυγόνο και υδρογόνο επιτυγχάνεται με τη διέλευση ενός ηλεκτρικού ρεύματος μέσα από το νερό.
Στο καθαρό νερό στην αρνητικά φορτισμένη κάθοδο, μια αντίδραση μείωσης πραγματοποιείται όπου τα ηλεκτρόνια (e−) από την κάθοδο δωρίζονται στις κατιόντα υδρογόνου έτσι ώστε οι μορφές αερίου υδρογόνου. Στην θετικά φορτισμένη άνοδο, λαμβάνει χώρα μια αντίδραση οξείδωσης, η οποία παράγει αέριο οξυγόνου ενώ δίνει ηλεκτρόνια στην άνοδο. Αυτό σημαίνει ότι το νερό αντιδρά στην άνοδο για να σχηματίσει οξυγόνο και θετικά φορτισμένα ιόντα υδρογόνου (πρωτόνια). Με αυτόν τον τρόπο ολοκληρώνεται η ακόλουθη εξίσωση του ενεργειακού ισοζυγίου:

2H⁺ (aq) + 2ε^– → H₂ ζ) (μείωση στην κάθοδο)
2H₂O ιβ) → O2 ζ) + 4H⁺ (aq) + 4ε^– (οξείδωση στην άνοδο)
Συνολική αντίδραση: 2H₂O ιβ) → 2H₂ ζ) + O₂ ζ) τα 100 εκατ.

Συχνά, το αλκαλικό νερό χρησιμοποιείται για την ηλεκτρόλυση προκειμένου να παραχθεί το υδρογόνο. Τα αλκαλικά άλατα είναι διαλυτά υδροξείδια αλκαλικών μετάλλων και αλκαλικών γήινων μετάλλων, από τα οποία κοινά παραδείγματα είναι: Υδροξείδιο του νατρίου (NaOH, επίσης γνωστό ως “καυστική σόδα") και υδροξείδιο του καλίου (KOH, γνωστό και ως “καυστική ποτάσα»). Για την ελετκρόλυση, χρησιμοποιούνται κυρίως συγκεντρώσεις 20% έως 40% καυστικού διαλύματος.

Υπερηχητική σύνθεση υδρογόνου

Όταν το αέριο υδρογόνου παράγεται σε μια ηλεκτρολυτική αντίδραση, το υδρογόνο συντίθεται δεξιά στο δυναμικό αποσύνθεσης. Η επιφάνεια των ηλεκτροδίων είναι η περιοχή, όπου ο σχηματισμός υδρογόνου εμφανίζεται στο μοριακό στάδιο κατά τη διάρκεια της ηλεκτροχημικής αντίδρασης. Τα μόρια υδρογόνου πυρήνια στην επιφάνεια ηλεκτροδίων, έτσι ώστε στη συνέχεια φυσαλίδες αερίου υδρογόνου είναι παρόντες γύρω από την κάθοδο. Η χρήση ηλεκτροδίων υπερήχων βελτιώνει τις σύνθετη αντίσταση δραστηριότητας και τη σύνθετη αντίσταση συγκέντρωσης και επιταχύνει την αύξηση των φυσαλίδων υδρογόνου κατά τη διάρκεια της ηλεκτρόλυσης νερού. Αρκετές μελέτες έδειξαν ότι η παραγωγή υδρογόνου υπερήχων αυξάνει τις αποδόσεις υδρογόνου αποτελεσματικά.

Υπερηχητικές επιδράσεις στην ηλεκτρόλυση

Υπερήχων ενθουσιασμένος ηλεκτρόλυση είναι επίσης γνωστή ως sono-ηλεκτρόλυση. Διάφοροι υπερηχητικοί παράγοντες της sonomechanical και sonochemic επιρροή της φύσης και την προώθηση ηλεκτροχημικών αντιδράσεων. Αυτοί οι παράγοντες που επηρεάζουν την ηλεκτρόλυση είναι αποτελέσματα της δημιουργίας κοιλότητας και των κραδασμών που προκαλούνται από υπερήχους και περιλαμβάνουν ακουστική ροή, μικρο-αναταράξεις, μικροοταβόν, κρουστικά κύματα καθώς και sonochemical επιδράσεις. Υπερήχων / ακουστική σπηλαίωση εμφανίζεται, όταν υψηλής έντασης κύματα υπερήχων συνδέονται σε υγρό. Το φαινόμενο της σπηλαίωσης χαρακτηρίζεται από την ανάπτυξη και την κατάρρευση των λεγόμενων φυσαλίδων σπηλαίωσης. Η κατάρρευση φυσαλίδων χαρακτηρίζεται από τις έξοχες-έντονες, τοπικά υλίζοντας δυνάμεις. Αυτές οι δυνάμεις περιλαμβάνουν έντονη τοπική θέρμανση έως 5000K, υψηλές πιέσεις έως και 1000 ATM, και τεράστια ρυθμούς θέρμανσης και ψύξης (>100k/sec) και προκαλούν μια μοναδική αλληλεπίδραση μεταξύ ύλης και ενέργειας. Για παράδειγμα, αυτές οι δυνάμεις δημιουργίας κοιλότητας eimpact δεσμούς υδρογόνου στο νερό και να διευκολύνει το διαχωρισμό των συστάδων νερού που στη συνέχεια οδηγεί σε μειωμένη κατανάλωση ενέργειας για την ηλεκτρόλυση.

Υπερηχητική επίδραση στα ηλεκτρόδια

• Αφαίρεση εναποθέσεων από την επιφάνεια του ηλεκτροδίου
• Ενεργοποίηση της επιφάνειας του ηλεκτροδίου
• Μεταφορά ηλεκτρολυτών προς και μακριά από ηλεκτρόδια

Καθαρισμός και ενεργοποίηση επιφανειών

Η μαζική μεταφορά είναι ένας από τους κρίσιμους παράγοντες που επηρεάζουν το ρυθμό αντίδρασης, την ταχύτητα και την απόδοση. Κατά τη διάρκεια των ηλεκτρολυτικών αντιδράσεων, το προϊόν αντίδρασης, π.χ. κατακρημνίζει, συσσωρεύεται γύρω καθώς και άμεσα στις επιφάνειες των ηλεκτροδίων και επιβραδύνεται η ηλεκτρολυτική μετατροπή του φρέσκου διαλύματος στο ηλεκτρόδιο. Υπερήχων προωθείται ηλεκτρολυτικές διεργασίες δείχνουν αυξημένη μεταφορά μάζας στο διάλυμα χύμα και κοντά στις επιφάνειες. Υπερήχων δόνησης και σπηλαίωση αφαιρεί τα στρώματα παθητικότητας από τις επιφάνειες των ηλεκτροδίων και να τους κρατήσει με αυτόν τον τρόπο μόνιμα πλήρως αποτελεσματική. Επιπλέον, η ηχοποίηση είναι γνωστό ότι ενισχύει τις οδούς αντίδρασης από sonochemical επιδράσεις.

Χαμηλότερη ωμική πτώση τάσης, υπερευθντική αντίδραση, και δυναμικό αποσύνθεσης

Η τάση που απαιτείται για την ηλεκτρόλυση να συμβεί είναι γνωστή ως δυναμικό αποσύνθεσης. Ο υπέρηχος μπορεί να μειώσει το απαραίτητο δυναμικό αποσύνθεσης στις διαδικασίες ηλεκτρόλυσης.

Υπερηχητικό κύτταρο ηλεκτρόλυσης

Για την ηλεκτρόλυση νερού, η υπερηχητική ενεργειακή εισαγωγή, το χάσμα ηλεκτροδίων, και η συγκέντρωση ηλεκτρολυτών είναι βασικοί παράγοντες που επηρεάζουν την ηλεκτρόλυση νερού και την αποδοτικότητά της.
Για αλκαλική ηλεκτρόλυση, χρησιμοποιείται ένα κύτταρο ηλεκτρόλυσης με υδατικό καυστικό διάλυμα συνήθως 20%-40% KOH ή NaOH. Η ηλεκτρική ενέργεια εφαρμόζεται σε δύο ηλεκτρόδια.
Οι καταλύτες ηλεκτροδίων μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να επιταχύνουν την ταχύτητα αντίδρασης. Για παράδειγμα, τα ηλεκτρόδια Pt είναι ευνοϊκά καθώς η αντίδραση εμφανίζεται πιο εύκολα.
Τα άρθρα επιστημονικής έρευνας αναφέρουν 10%-25% εξοικονόμηση ενέργειας χρησιμοποιώντας την υπερηχητικά προωθημένη ηλεκτρόλυση του νερού.

Υπερήχων Ηλεκτρολυστάρη για την παραγωγή υδρογόνου σε πιλοτική και βιομηχανική κλίμακα

Hielscher Υπέρηχοι’ οι βιομηχανικοί υπερηχητικοί επεξεργαστές χτίζονται για τη λειτουργία 24 ώρες το 24ωρο, 7 ημέρες την εβδομάδα/365 κάτω από το πλήρες φορτίο και στις βαρέων καθηκόντων διαδικασίες.
Με την παροχή ισχυρών υπερηχητικών συστημάτων, ειδικά σχεδιασμένα sonotrodes (ανιχνευτές), τα οποία λειτουργούν ως πομπός ηλεκτροδίων και κυμάτων υπερήχων ταυτόχρονα, και αντιδραστήρες ηλεκτρόλυσης, Hielscher Ultrasonics εξυπηρετεί τις ειδικές απαιτήσεις για την παραγωγή ηλεκτρολυτικού υδρογόνου. Όλα τα ψηφιακά βιομηχανικά ultrasonicators της σειράς UIP (UIP500hdT (500 watt), UIP1000hdT (1kW), UIP1500hdT (1,5kW), UIP2000hdT (2kW), και UIP4000hdT (4kW)) είναι υψηλής απόδοσης μονάδες υπερήχων για εφαρμογές ηλεκτρόλυσης.
Ο παρακάτω πίνακας σας δίνει μια ένδειξη για την κατά προσέγγιση ικανότητα επεξεργασίας των υπερήχων μας: