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 समाधानों का इलेक्ट्रोलिसिस स्वच्छ ऊर्जा के उत्पादन के लिए एक आशाजनक प्रक्रिया है। पानी का इलेक्ट्रोलिसिस एक इलेक्ट्रोकेमिकल प्रक्रिया है जहां पानी को दो गैसों में विभाजित करने के लिए बिजली लागू की जाती है, अर्थात् हाइड्रोजन (एच₂) और ऑक्सीजन (हे₂). आदेश में एच क्लीव करने के लिए – हे – इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा एच बांड, एक विद्युत प्रवाह पानी के माध्यम से चलाया जाता है।
इलेक्ट्रोलाइटिक प्रतिक्रिया के लिए, एक अन्य बुद्धिमान गैर-सहज प्रतिक्रिया शुरू करने के लिए एक प्रत्यक्ष विद्युत मुद्रा (डीसी) लागू किया जाता है। इलेक्ट्रोलिसिस शून्य सीओ के साथ एक सरल, पर्यावरण के अनुकूल, हरित प्रक्रिया में उच्च शुद्धता का हाइड्रोजन उत्पन्न कर सकता है₂ ओ के रूप में उत्सर्जन₂ केवल उप-उत्पाद है।

Ultrasonic electrolysis intensifies hydrogen production.

2x अल्ट्रासोनिक प्रोसेसर UIP2000hdT जांच के साथ, कि इलेक्ट्रोड के रूप में कार्य करते हैं, यानी कैथोड और एनोड । अल्ट्रासोनिक क्षेत्र पानी या जलीय समाधानों से हाइड्रोजन के इलेक्ट्रोलाइटिक संश्लेषण को तेज करता 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 आवेशित कैथोड पर शुद्ध पानी में, एक कमी प्रतिक्रिया होती है जहां कैथोड से इलेक्ट्रॉन (ई−) हाइड्रोजन cations को दान किए जाते हैं ताकि हाइड्रोजन गैस रूपों। सकारात्मक आवेशित एनोड पर, ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया होती है, जो एनोड को इलेक्ट्रॉन देते समय ऑक्सीजन गैस उत्पन्न करती है। इसका मतलब है, पानी ऑक्सीजन बनाने के लिए एनोड पर प्रतिक्रिया करता है और सकारात्मक रूप से हाइड्रोजन आयनों (प्रोटॉन) को चार्ज करता है। इस प्रकार ऊर्जा संतुलन का समीकरण निम्नलिखित पूरा हो गया 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 हाइड्रोक्साइड हैं, जिनमें से आम उदाहरण हैं: सोडियम हाइड्रोक्साइड (नाओएच, जिसे भी जाना जाता है “कास्टिक सोडा") और पोटेशियम हाइड्रोक्साइड (कोह, जिसे भी जाना जाता है “कास्टिक पोटाश ")। eletcrolysis के लिए, मुख्य रूप से 20% से 40% कास्टिक समाधान की सांद्रता का उपयोग किया जाता है।

The ultrasonic probe of the high-performance ultrasonicator UIP2000hdT functions as anode. Due to the ultrasonic field applied, the electrolysis of hydrogen is promoted.

अल्ट्रासोनिक जांच की UIP2000hdT एनोड के रूप में कार्य करता है। लागू अल्ट्रासोनिक तरंगें हाइड्रोजन के इलेक्ट्रोलाइटिक संश्लेषण को तेज करती हैं।

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

अल्ट्रासोनिक रूप से उत्साहित इलेक्ट्रोलिसिस को सोनो-इलेक्ट्रोलिसिस के रूप में भी जाना जाता है। सोनोमैकेनिकल और सोनोकेमिकल प्रकृति प्रभाव के विभिन्न अल्ट्रासोनिक कारक और इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाओं को बढ़ावा देते हैं। ये इलेक्ट्रोलिसिस को प्रभावित करने वाले कारक अल्ट्रासाउंड-प्रेरित कैविटेशन और कंपन के परिणाम हैं और इसमें ध्वनिक स्ट्रीमिंग, माइक्रो-अशांति, माइक्रोजेट, शॉक तरंगों के साथ-साथ सोनोकेमिकल प्रभाव शामिल हैं। अल्ट्रासोनिक/ध्वनिक कैविटेशन तब होता है, जब उच्च तीव्रता वाली अल्ट्रासाउंड तरंगों को तरल में युग्मित किया जाता है। कैविटेशन की घटना तथाकथित कैविटेशन बुलबुले के विकास और पतन की विशेषता है। बुलबुला विविधता सुपर तीव्र, स्थानीय रूप से होने वाली ताकतों द्वारा चिह्नित है। इन बलों में 5000K तक की तीव्र स्थानीय हीटिंग, 1000 एटीएम तक का उच्च दबाव, और भारी हीटिंग और कूलिंग दरें (>100k/sec) शामिल हैं और वे मामले और ऊर्जा के बीच एक अनूठी बातचीत को भड़काते हैं। उदाहरण के लिए, वे कैविटेशनल बल पानी में हाइड्रोजन बॉन्डिंग को कम करते हैं और पानी के समूहों के बंटवारे की सुविधा प्रदान करते हैं जिसके परिणामस्वरूप इलेक्ट्रोलिसिस के लिए ऊर्जा की खपत कम हो जाता है ।

इलेक्ट्रोड पर अल्ट्रासोनिक प्रभाव

इलेक्ट्रोड सतह से जमा को हटाना
इलेक्ट्रोड सतह की सक्रियता
इलेक्ट्रोड की ओर और दूर इलेक्ट्रोलाइट्स का परिवहन

सतहों की 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।
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

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Ultrasonic high-shear homogenizers are used in lab, bench-top, pilot and industrial processing.

Hielscher Ultrasonics प्रयोगशाला, पायलट और औद्योगिक पैमाने पर अनुप्रयोगों, फैलाव, पायसीकरण और निष्कर्षण मिश्रण के लिए उच्च प्रदर्शन अल्ट्रासोनिक समरूपता का निर्माण करता है ।

साहित्य/संदर्भ

Islam Md H., Burheim Odne S., Pollet Bruno G. (2019): Sonochemical and sonoelectrochemical production of hydrogen. Ultrasonics Sonochemistry 51, 2019. 533–555.
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.
Sherif S. Rashwan; Ibrahim Dincer; Atef Mohan; Bruno G. Pollet (2015): The Sono-Hydro-Gen process (Ultrasound induced hydrogen production): Challenges and opportunities. International Journal of Hydrogen Energy 44, 2019. 14500-14526.

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। एच₂ एक गैस है जो तब बनती है जब दो हाइड्रोजन परमाणु एक साथ बांधते हैं और हाइड्रोजन अणु बन जाते हैं। एच₂ इसे आणविक हाइड्रोजन भी कहा जाता है और यह एक डायटोमिक, होम्यूक्लियर 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 हाइड्रोजन औद्योगिक पैमाने पर उत्पादित किया जाता है, भाप प्राकृतिक गैस में सुधार सबसे व्यापक रूप से इस्तेमाल किया उत्पादन रूप है । एक वैकल्पिक विधि पानी का इलेक्ट्रोलिसिस है। अधिकांश हाइड्रोजन अपने उत्तरार्द्ध उपयोग की साइट के पास उत्पादित होता है, उदाहरण के लिए, जीवाश्म ईंधन प्रसंस्करण सुविधाओं (जैसे, हाइड्रोक्रैकिंग) और अमोनिया आधारित उर्वरक उत्पादकों के पास।