अल्ट्रासोनिक्स के साथ कुशल हाइड्रोजन उत्पादन
हाइड्रोजन एक वैकल्पिक ईंधन है जो इसकी पर्यावरण-मित्रता और शून्य कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन के कारण बेहतर है। हालांकि, पारंपरिक हाइड्रोजन उत्पादन किफायती बड़े पैमाने पर उत्पादन के लिए कुशल नहीं है। पानी और क्षारीय जल समाधानों के अल्ट्रासोनिक रूप से प्रचारित इलेक्ट्रोलिसिस के परिणामस्वरूप उच्च हाइड्रोजन पैदावार, प्रतिक्रिया दर और रूपांतरण गति होती है। अल्ट्रासोनिक रूप से सहायता प्राप्त इलेक्ट्रोलिसिस हाइड्रोजन उत्पादन को किफायती और ऊर्जा कुशल बनाता है।
अल्ट्रासोनिक रूप से इलेक्ट्रोलिसिस और इलेक्ट्रोकोगुलेशन जैसी इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाओं को बढ़ावा दिया गया है, जिससे प्रतिक्रिया गति, दर और पैदावार में सुधार होता है।
सोनीशन के साथ कुशल हाइड्रोजन जनरेशन
हाइड्रोजन उत्पादन के उद्देश्य से पानी और जलीय घोल का इलेक्ट्रोलिसिस स्वच्छ ऊर्जा के उत्पादन के लिए एक आशाजनक प्रक्रिया है। पानी का इलेक्ट्रोलिसिस एक इलेक्ट्रोकेमिकल प्रक्रिया है जहां बिजली को पानी को दो गैसों में विभाजित करने के लिए लागू किया जाता है, अर्थात् हाइड्रोजन (एच 2) और ऑक्सीजन (ओ 2)। H को छोड़ने के लिए – हे – इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा एच बांड, एक विद्युत प्रवाह पानी के माध्यम से चलाया जाता है।
इलेक्ट्रोलाइटिक प्रतिक्रिया के लिए, एक अन्य-वार गैर-सहज प्रतिक्रिया शुरू करने के लिए एक प्रत्यक्ष विद्युत मुद्रा लागू की जाती है। इलेक्ट्रोलिसिस शून्य सीओ 2 उत्सर्जन के साथ एक सरल, पर्यावरण के अनुकूल, हरी प्रक्रिया में उच्च शुद्धता के हाइड्रोजन उत्पन्न कर सकता है क्योंकि ओ 2 एकमात्र उप-उत्पाद है।
प्रोब के साथ मॉडल UIP200hdT के 2x अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर, जो इलेक्ट्रोड के रूप में कार्य करते हैं, यानी कैथोड और एनोड। अल्ट्रासाउंड कंपन और गुहिकायन इलेक्ट्रोकेमिकल हाइड्रोजन उत्पादन को बढ़ावा देता है।
पानी के इलेक्ट्रोलिसिस के बारे में, पानी के विभाजन को ऑक्सीजन और हाइड्रोजन में पानी के माध्यम से एक विद्युत धारा पारित करके प्राप्त किया जाता है।
नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए कैथोड पर शुद्ध पानी में, एक कमी प्रतिक्रिया होती है जहां कैथोड से इलेक्ट्रॉनों (ई-) को हाइड्रोजन केशन में दान किया जाता है ताकि हाइड्रोजन गैस का निर्माण हो। सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए एनोड पर, एक ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया होती है, जो एनोड को इलेक्ट्रॉन देते समय ऑक्सीजन गैस उत्पन्न करती है। इसका मतलब है, पानी ऑक्सीजन और सकारात्मक रूप से चार्ज हाइड्रोजन आयनों (प्रोटॉन) बनाने के लिए एनोड पर प्रतिक्रिया करता है। इस प्रकार ऊर्जा संतुलन का निम्नलिखित समीकरण पूरा हो जाता है:
2H+ (aq) + 2e– → एच2 (छ) (कैथोड में कमी)
2H2O (l) → O2 (g) + 4H+ (aq) + 4e– (एनोड पर ऑक्सीकरण)
कुल प्रतिक्रिया: 2H2O (l) → 2H2 (छ) + हे2 (छ)
अक्सर, हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए इलेक्ट्रोलिसिस के लिए क्षारीय पानी का उपयोग किया जाता है। क्षार लवण क्षार धातुओं और क्षारीय पृथ्वी धातुओं के घुलनशील हाइड्रॉक्साइड हैं, जिनमें से सामान्य उदाहरण हैं: सोडियम हाइड्रॉक्साइड (एनएओएच, जिसे कास्टिक सोडा भी कहा जाता है) और पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड (केओएच, जिसे कास्टिक पोटाश भी कहा जाता है)। एलेट्रोलिसिस के लिए, मुख्य रूप से 20% से 40% कास्टिक समाधान की सांद्रता का उपयोग किया जाता है।
अल्ट्रासोनिक कैथोड पर हाइड्रोजन का सोनो-इलेक्ट्रोकेमिकल उत्पादन।
हाइड्रोजन का अल्ट्रासोनिक संश्लेषण
जब हाइड्रोजन गैस एक इलेक्ट्रोलाइटिक प्रतिक्रिया में उत्पादित किया जाता है, हाइड्रोजन अपघटन क्षमता पर सही संश्लेषित किया जाता है । इलेक्ट्रोड की सतह वह क्षेत्र है, जहां इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया के दौरान आणविक चरण पर हाइड्रोजन निर्माण होता है। हाइड्रोजन अणु इलेक्ट्रोड सतह पर नाभिक करते हैं, ताकि बाद में हाइड्रोजन गैस के बुलबुले कैथोड के चारों ओर मौजूद हों। अल्ट्रासोनिक इलेक्ट्रोड का उपयोग करने से गतिविधि बाधाओं और एकाग्रता बाधा में सुधार होता है और पानी इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान हाइड्रोजन बुलबुले की बढ़ती गति होती है। कई अध्ययनों से पता चला है कि अल्ट्रासोनिक हाइड्रोजन उत्पादन हाइड्रोजन पैदावार को कुशलतापूर्वक बढ़ाता है।
हाइड्रोजन इलेक्ट्रोलिसिस पर अल्ट्रासोनिक्स के लाभ
- उच्च हाइड्रोजन पैदावार
- बेहतर ऊर्जा दक्षता
अल्ट्रासाउंड परिणाम के रूप में:
- वृद्धि हुई बड़े पैमाने पर स्थानांतरण
- संचित बाधा की त्वरित कमी
- कम ओमी वोल्टेज ड्रॉप
- कम प्रतिक्रिया अतिपोटितीय
- अपघटन क्षमता में कमी
- पानी की डेगासिंग/
- इलेक्ट्रोड उत्प्रेरक की सफाई
इलेक्ट्रोलिसिस पर अल्ट्रासोनिक प्रभाव
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.
इलेक्ट्रोड पर अल्ट्रासोनिक प्रभाव
- इलेक्ट्रोड सतह से जमा को हटाना
- इलेक्ट्रोड सतह की सक्रियता
- इलेक्ट्रोड की ओर और दूर इलेक्ट्रोलाइट्स का परिवहन
इलेक्ट्रोड सतहों की अल्ट्रासोनिक सफाई और सक्रियण
बड़े पैमाने पर हस्तांतरण प्रतिक्रिया दर, गति और उपज को प्रभावित करने वाले महत्वपूर्ण कारकों में से एक है। इलेक्ट्रोलाइटिक प्रतिक्रियाओं के दौरान, प्रतिक्रिया उत्पाद, उदाहरण के लिए, चारों ओर जमा होता है और साथ ही सीधे इलेक्ट्रोड सतहों पर होता है और इलेक्ट्रोड के ताजा समाधान के इलेक्ट्रोलाइटिक रूपांतरण को कम करता है। अल्ट्रासोनिक रूप से प्रचारित इलेक्ट्रोलाइटिक प्रक्रियाएं थोक समाधान में और सतहों के पास एक बढ़ी हुई जन हस्तांतरण दिखाती हैं। अल्ट्रासोनिक कंपन और कैविटेशन इलेक्ट्रोड सतहों से पासिेशन परतों को हटा देता है और उन्हें स्थायी रूप से पूरी तरह से कुशल रखता है। इसके अलावा, सोनिफिकेशन सोनोकेमिकल प्रभावों द्वारा प्रतिक्रिया मार्गों को बढ़ाने के लिए जाना जाता है।
लोअर ओमिक वोल्टेज ड्रॉप, रिएक्शन ओवरपॉपेंशियल, और अपघटन क्षमता
इलेक्ट्रोलिसिस के लिए आवश्यक वोल्टेज अपघटन क्षमता के रूप में जाना जाता है। अल्ट्रासाउंड इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रियाओं में आवश्यक अपघटन क्षमता को कम कर सकता है।
अल्ट्रासोनिक इलेक्ट्रोलिसिस सेल
पानी इलेक्ट्रोलिसिस, अल्ट्रासोनिक ऊर्जा इनपुट, इलेक्ट्रोड गैप और इलेक्ट्रोलाइट एकाग्रता के लिए प्रमुख कारक हैं जो पानी के इलेक्ट्रोलिसिस और इसकी दक्षता को प्रभावित करते हैं।
क्षारीय इलेक्ट्रोलिसिस के लिए, आमतौर पर 20%-40% कोह या नाओएच के जलीय कास्टिक समाधान के साथ एक इलेक्ट्रोलिसिस सेल का उपयोग किया जाता है। इलेक्ट्रिक एनर्जी को दो इलेक्ट्रोड पर लगाया जाता है।
इलेक्ट्रोड उत्प्रेरक प्रतिक्रिया गति में तेजी लाने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, पीटी इलेक्ट्रोड अनुकूल हैं क्योंकि प्रतिक्रिया अधिक आसानी से होती है।
वैज्ञानिक अनुसंधान लेख पानी के अल्ट्रासोनिक रूप से प्रचारित इलेक्ट्रोलिसिस का उपयोग करके 10%-25% ऊर्जा बचत की रिपोर्ट करते हैं।
पायलट और औद्योगिक पैमाने पर हाइड्रोजन उत्पादन के लिए अल्ट्रासोनिक इलेक्ट्रोलाइजर
Hielscher Ultrasonics’ औद्योगिक अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर पूर्ण भार के तहत और भारी शुल्क प्रक्रियाओं में 24/7/365 आपरेशन के लिए बनाया गया है ।
मजबूत अल्ट्रासोनिक सिस्टम की आपूर्ति करके, विशेष डिजाइन सोनोटोड (प्रोब), जो एक ही समय में इलेक्ट्रोड और अल्ट्रासाउंड वेव ट्रांसमीटर के रूप में कार्य करते हैं, और इलेक्ट्रोलिसिस रिएक्टर, हिल्स्चर अल्ट्रासोनिक्स इलेक्ट्रोलाइटिक हाइड्रोजन उत्पादन के लिए विशिष्ट आवश्यकताओं को पूरा करता है। यूआईपी श्रृंखला के सभी डिजिटल औद्योगिक अल्ट्रासोनिकेटर्स (UIP500hdT (500 वाट), UIP1000hdT (1kW), UIP1500hdT (1.5 किलोवाट), UIP2000hdT (2kW), और UIP4000hdT (4kW)) इलेक्ट्रोलिसिस अनुप्रयोगों के लिए उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक इकाइयां हैं।
यूआईपी 2000एचडीटी की अल्ट्रासोनिक जांच एनोड के रूप में कार्य करता है। लागू अल्ट्रासोनिक तरंगें हाइड्रोजन के इलेक्ट्रोलाइटिक संश्लेषण को तेज करती हैं।
नीचे दी गई तालिका आपको हमारे अल्ट्रासोनिकटर की अनुमानित प्रसंस्करण क्षमता का संकेत देती है:
| बैच वॉल्यूम | प्रवाह की दर | अनुशंसित उपकरणों |
|---|---|---|
| 0.02 से 5L | 0.05 से 1L/मिनट | UIP500hdT |
| 0.05 से 10L | 0.1 से 2L/मिनट | UIP1000hdT |
| 0.07 से 15L | 0.15 से 3L/मिनट | UIP1500hdT |
| 0.1 से 20 एल | 0.2 से 4 एल / मिनट | UIP2000hdT |
| 10 से 100 एल | 2 से 10 एल / मिनट | UIP4000hdT |
हमसे संपर्क करें! / हमसे पूछें!
Hielscher Ultrasonics प्रयोगशाला, पायलट और औद्योगिक पैमाने पर अनुप्रयोगों, फैलाव, पायसीकरण और निष्कर्षण मिश्रण के लिए उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक समरूपता का निर्माण करता है ।
जानने के योग्य तथ्य
हाइड्रोजन क्या है?
हाइड्रोजन प्रतीक एच और परमाणु संख्या 1 के साथ रासायनिक तत्व है। 1.008 के मानक परमाणु वजन के साथ, हाइड्रोजन आवधिक तालिका में सबसे हल्का तत्व है। हाइड्रोजन ब्रह्मांड में सबसे प्रचुर मात्रा में रासायनिक पदार्थ है, जो सभी बैरियोनिक द्रव्यमान का लगभग 75% है। H2 एक गैस है जो तब बनती है जब दो हाइड्रोजन परमाणु एक साथ बांधते हैं और हाइड्रोजन अणु बन जाते हैं। एच 2 को आणविक हाइड्रोजन भी कहा जाता है और यह एक डायटोमिक, होमोन्यूक्लियर अणु है। इसमें दो प्रोटॉन और दो इलेक्ट्रॉन होते हैं। एक तटस्थ आवेश होने के कारण, आणविक हाइड्रोजन स्थिर है और इस प्रकार हाइड्रोजन का सबसे आम रूप है।
जब औद्योगिक पैमाने पर हाइड्रोजन का उत्पादन किया जाता है, तो भाप सुधार प्राकृतिक गैस सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला उत्पादन रूप है। एक वैकल्पिक विधि पानी का इलेक्ट्रोलिसिस है। अधिकांश हाइड्रोजन का उत्पादन इसके बाद के उपयोग की साइट के पास किया जाता है, उदाहरण के लिए, जीवाश्म ईंधन प्रसंस्करण सुविधाओं (जैसे, हाइड्रोक्रैकिंग) और अमोनिया-आधारित उर्वरक उत्पादकों के पास।
साहित्य/संदर्भ
- Sherif S. Rashwan, Ibrahim Dincer, Atef Mohany, Bruno G. Pollet (2019): The Sono-Hydro-Gen process (Ultrasound induced hydrogen production): Challenges and opportunities. International Journal of Hydrogen Energy, Volume 44, Issue 29, 2019, 14500-14526.
- Islam Md H., Burheim Odne S., Pollet Bruno G. (2019): Sonochemical and sonoelectrochemical production of hydrogen. Ultrasonics Sonochemistry 51, 2019. 533–555.
- Bruno G. Pollet; Faranak Foroughi; Alaa Y. Faid; David R. Emberson; Md.H. Islam (2020): Does power ultrasound (26 kHz) affect the hydrogen evolution reaction (HER) on Pt polycrystalline electrode in a mild acidic electrolyte? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 69, December 2020.
- Cherepanov, Pavel; Melnyk, Inga; Skorb, Ekaterina V.; Fratzl, P.; Zolotoyabko, E.; Dubrovinskaia, Natalia; Dubrovinsky, Leonid Avadhut, Yamini S.; Senker, Jürgen; Leppert, Linn; Kümmel, Stephan; Andreeva, Daria V. (2015): The use of ultrasonic cavitation for near-surface structuring of robust and low-cost AlNi catalysts for hydrogen production. Green Chemistry Issue 5, 2015. 745-2749.