Tehokas vedyntuotanto ultraäänellä

Vety on vaihtoehtoinen polttoaine, joka on ympäristöystävällisyydestään ja hiilidioksidipäästöttömyydestään johtuen parempi. Tavanomainen vedyn tuotanto ei kuitenkaan ole tehokasta taloudellisen massatuotannon osalta. Ultraäänellä edistetty veden ja emäksisten vesiliukojen elektrolyysi johtaa suurempaan vetytuottoon, reaktionopeuteen ja muuntonopeuteen. Ultraäänellä avustettu elektrolyysi tekee vedyn tuotannosta taloudellista ja energiatehokasta.
Ultraäänellä edistetyt sähkökemialliset reaktiot, kuten elektrolyysi ja elektrokoagulaatio, osoittavat reaktionopeuden, -nopeuden ja -tuoton parantuneen.

Tehokas vedyntuotanto sonikaatiolla

Veden ja vesiliuosten elektrolyysi vedyn tuottamiseksi on lupaava prosessi puhtaan energian tuottamiseksi. Veden elektrolyysi on sähkökemiallinen prosessi, jossa sähköä käytetään veden jakamiseen kahteen kaasuun, nimittäin vetyyn (H2) ja happeen (O2). H: n pilkkomiseksi – O – H-sidokset elektrolyysillä, veden läpi kulkee sähkövirta.
Elektrolyyttistä reaktiota varten käytetään suoraa sähköistä valuuttaa käynnistämään muuten viisas ei-spontaani reaktio. Elektrolyysi voi tuottaa erittäin puhdasta vetyä yksinkertaisessa, ympäristöystävällisessä ja vihreässä prosessissa, jossa CO2-päästöt ovat nolla, koska O2 on ainoa sivutuote.

Tämä video havainnollistaa suoran elektrodin ultrasonicationin positiivista vaikutusta sähkövirtaan. Se käyttää Hielscher UP100H (100 wattia, 30 kHz) ultraäänihomogenisaattoria, jossa on sähkökemian päivitys ja titaanielektrodi/sonotrode. Laimennetun rikkihapon elektrolyysi tuottaa vetykaasua ja happikaasua. Ultrasonication vähentää diffuusiokerroksen paksuutta elektrodin pinnalla ja parantaa massansiirtoa elektrolyysin aikana.

Sono-sähkökemia - kuva ultraäänien vaikutuksesta eräelektrolyysiin

Videon pikkukuva

Informaatio pyyntö




Huomaa, että Tietosuojakäytäntö.


Ultraäänisähkökemiallinen synteesi on erittäin tehokas menetelmä vedyn tuottamiseksi. Sono-sähkökemiallinen käsittely edistää H-O-H-sidosten pilkkoutumista elektrolyysillä, sähkövirta johdetaan veden läpi.

UIP200hdT-mallin 2x ultraääniprosessorit koettimilla, jotka toimivat elektrodeina eli katodina ja anodina. Ultraäänivärähtely ja kavitaatio edistävät sähkökemiallisen vedyn tuotantoa.

 
Veden elektrolyysin osalta veden jakaminen hapeksi ja vedyksi saavutetaan kulkemalla sähkövirta veden läpi.
Puhtaassa vedessä negatiivisesti varautuneessa katodissa tapahtuu pelkistysreaktio, jossa katodin elektronit (e−) lahjoitetaan vetykationeille siten, että muodostuu vetykaasua. Positiivisesti varautuneessa anodissa tapahtuu hapetusreaktio, joka tuottaa happikaasua antaen samalla elektroneja anodille. Tämä tarkoittaa, että vesi reagoi anodissa muodostaen happea ja positiivisesti varautuneita vetyioneja (protoneja). Näin saadaan päätökseen seuraava energiatasapainon yhtälö:
 
2H(1)(1)+ (aq) + 2 e → H2 g) (katodin pienentäminen)
2H(1)(1)2O(l) → O2 (g) + 4H+ (aq) + 4 e (hapettumista anodissa)
Kokonaisreaktio: 2H2O(l) → 2H2 g) + O2 g) 10 artiklan 1 kohdan b alakohta
 
Usein alkalista vettä käytetään elektrolyysiin vedyn tuottamiseksi. Alkalisuolat ovat alkalimetallien ja maa-alkalimetallien liukoisia hydroksideja, joista yleisiä esimerkkejä ovat: natriumhydroksidi (NaOH, tunnetaan myös nimellä kaustinen sooda) ja kaliumhydroksidi (KOH, joka tunnetaan myös nimellä kaustinen kalium). Eletkrolyysissä käytetään pääasiassa 20% - 40% emäksistä liuosta.

Vedyn sono-sähkökemiallinen tuotanto ultraäänikatodissa.

Vedyn sono-sähkökemiallinen tuotanto ultraäänikatodissa.

 

Tämä video havainnollistaa suoran elektrodin ultrasonicationin positiivista vaikutusta sähkövirtaan H-Cell-elektrolysaattorikokoonpanossa. Se käyttää Hielscher UP100H (100 wattia, 30 kHz) ultraäänihomogenisaattoria, jossa on sähkökemian päivitys ja titaanielektrodi/sonotrode. Laimennetun rikkihapon elektrolyysi tuottaa vetykaasua ja happikaasua. Ultrasonication vähentää diffuusiokerroksen paksuutta elektrodin pinnalla ja parantaa massansiirtoa elektrolyysin aikana.

Sono-sähkökemia - kuva ultrasonicationin vaikutuksesta H-soluelektrolyysiin

Videon pikkukuva

 

Vedyn ultraäänisynteesi

Kun vetykaasua tuotetaan elektrolyyttisessa reaktiossa, vety syntetisoidaan aivan hajoamispotentiaalin mukaan. Elektrodien pinta on alue, jossa vedyn muodostuminen tapahtuu molekyylivaiheessa sähkökemiallisen reaktion aikana. Vetymolekyylit nukleaavat elektrodin pinnalla niin, että katodin ympärillä on myöhemmin vetykaasukuplia. Ultraäänielektrodien käyttö parantaa aktiivisuus impedanssia ja pitoisuus impedanssia ja nopeuttaa vetykuplien nousua vesielektrolyysin aikana. Useat tutkimukset osoittivat, että ultraäänivedyn tuotanto lisää vedyn saantoa tehokkaasti.

 
Ultrasonicsin edut vetyelektrolyysissä

  • Korkeammat vetytuotot
  • Energiatehokkuuden parantaminen

ultraääni johtaa:

  • lisääntynyt massansiirto
  • Kertyneen impedanssin nopeutettu vähentäminen
  • Pienempi ohminen jännitteen pudotus
  • Vähentynyt reaktio ylivaikutus
  • Pienempi hajoamispotentiaali
  • Veden/vesiliuoksen kaasunpoisto
  • Elektrodikatalyyttien puhdistus

 

Ultraäänivaikutukset elektrolyysiin

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.
 
Ultraäänivaikutus elektrodeihin

  • Saksien poistaminen elektrodin pinnalta
  • Elektrodin pinnan aktivointi
  • Elektrolyyttien kuljettaminen elektrodeja kohti ja poispäin

 

Ultraäänipuhdistus ja elektrodipintojen aktivointi

Massasiirto on yksi ratkaisevista tekijöistä, jotka vaikuttavat reaktionopeuteen, nopeuteen ja tuottoon. Elektrolyyttisten reaktioiden aikana reaktiotuote, esim. Ultraäänellä edistetyt elektrolyyttiset prosessit osoittavat lisääntyneen massansiirron irtoliuoksessa ja pintojen lähellä. Ultraäänivärähtely ja kavitaatio poistavat passivaatiokerrokset elektrodipinnoille ja pitävät ne siten pysyvästi täysin tehokkaina. Lisäksi sonifikaatio tehostaa reaktioreittejä sonokemiallisten vaikutusten kautta.

Pienempi ohminen jännitteen pudotus, reaktion ylipotentiaali ja hajoamispotentiaali

Elektrolyysin jännitteenä kutsutaan hajoamispotentiaaliksi. Ultraääni voi vähentää tarvittavaa hajoamispotentiaalia elektrolyysiprosesseissa.

Ultraääni elektrolyysikenno

Vesielektrolyysissä ultraäänienergian syöttö, elektrodirako ja elektrolyyttipitoisuus ovat keskeisiä tekijöitä, jotka vaikuttavat vesielektrolyysiin ja sen tehokkuuteen.
Emäksiseen elektrolyysiin käytetään elektrolyysisolua, jonka vesinokkainen syövyttävä liuos on yleensä 20–40% KOH tai NaOH. Sähköenergiaa käytetään kahteen elektrodiin.
Elektrodikatalysaattoreita voidaan käyttää reaktionopeuden nopeuttamiseksi. Esimerkiksi Pt-elektrodit ovat suotuisia, koska reaktio tapahtuu helpommin.
Tieteelliset tutkimusartikkelit raportoivat 10-25% energiansäästöstä käyttämällä ultraäänellä edistettyä veden elektrolyysiä.

Ultraäänielektrolysaattorit vedyn tuotantoon pilotissa ja teollisessa mittakaavassa

Hielscher Ultrasonics’ teolliset ultraääniprosessorit on rakennettu 24/7/365-käyttöä varten täydellä kuormalla ja raskaissa prosesseissa.
Hielscher Ultrasonics palvelee elektrolyyttisen vedyn tuotannon erityisvaatimuksia toimittamalla vankkoja ultraäänijärjestelmiä, erityisiä suunniteltuja sonotrodeja (luotaimia), jotka toimivat samanaikaisesti elektrodina ja ultraääniaaltolähettimenä, sekä elektrolyysireaktoreita. Kaikki UIP-sarjan digitaaliset teolliset ultraäänisuojat (UIP500hdT (500 wattia), UIP1000hdT (1kW), UIP1500hdT (1,5 kW), UIP2000hdT (2kW), ja UIP4000hdT (4kW)) ovat korkean suorituskyvyn ultraääniyksiköitä elektrolyysisovelluksiin.

Korkean suorituskyvyn ultrasonicator UIP2000hdT: n ultraäänianturi toimii anodina. Käytetyn ultraäänikentän vuoksi edistetään vedyn elektrolyysiä.

UIP2000hdT: n ultraäänianturi toimii anodina. Sovelletut ultraääniaallot tehostavat vedyn elektrolyyttistä synteesiä.

Seuraavassa taulukossa on merkintä ultrasonicatorien likimääräisestä käsittelykapasiteetista:

erätilavuus Virtausnopeus Suositeltavat laitteet
0.02–5L 0.05 – 1L/min UIP500hdT
0.05–10L 0.1 – 2L/min UIP1000hdT
0.07–15L 0.15 –3L/min UIP1500hdT
0.1 - 20L 0.2 - 4 l / min UIP2000hdT
10 - 100 litraa 2 - 10 l / min UIP4000hdT

Ota meihin yhteyttä! / Kysy meiltä!

Kysy lisä tietoja

Käytä alla olevaa lomaketta pyytääksesi lisätietoja ultraäänielektrodeista ja sono-sähkökemiallisista järjestelmistä, sovellustiedoista ja hinnoittelusta. Olemme iloisia voidessamme keskustella sono-sähkökemiallisesta prosessistasi kanssasi ja tarjota sinulle ultraäänijärjestelmän, joka täyttää vaatimuksesi!









Huomaathan, että Tietosuojakäytäntö.


Ultraääni korkea leikkaus homogenisaattoreita käytetään laboratorio-, penkki-top, pilotti ja teollinen käsittely.

Hielscher Ultrasonics valmistaa korkean suorituskyvyn ultraäänihomygenisoijia sovellusten sekoittamiseen, dispersiointiin, emulgointiin ja uuttamiseen laboratoriossa, pilotissa ja teollisessa mittakaavassa.



Tosiasiat, jotka kannattaa tietää

Mitä vety on?

Vety on kemiallinen alkuaine, jonka tunnus on H ja järjestysluku 1. Vakiona olevalla atomipainolla 1,008 vety on jaksotaulukon kevyin elementti. Vety on universumin runsain kemiallinen aine, joka on noin 75% kaikesta baryonimassasta. H2 on kaasu, joka muodostuu, kun kaksi vetyatomia sitoutuvat yhteen ja muuttuvat vetymolekyyliksi. H2: ta kutsutaan myös molekyylivedyksi ja se on diatominen, homonukleaarinen molekyyli. Se koostuu kahdesta protonista ja kahdesta elektronista. Neutraalilla latauksella molekyylivety on vakaa ja siten yleisin vedyn muoto.

Kun vetyä tuotetaan teollisessa mittakaavassa, höyryreformoiva maakaasu on yleisimmin käytetty tuotantomuoto. Vaihtoehtoinen menetelmä on veden elektrolyysi. Suurin osa vedystä tuotetaan lähellä sen jälkimmäistä käyttöpaikkaa, esimerkiksi lähellä fossiilisten polttoaineiden käsittelylaitoksia (esim. vetykrakkaus) ja ammoniakkipohjaisten lannoitteiden tuottajia.

Kirjallisuus / Referenssit

Keskustelemme mielellämme prosessistanne.

Otetaan yhteyttä.