Učinkovita proizvodnja vodika s ultrazvukom

Vodik je alternativno gorivo koje je poželjnije zbog svoje ekološke prihvatljivosti i nulte emisije ugljičnog dioksida. Međutim, konvencionalna proizvodnja vodika nije učinkovita za ekonomičan masovni rad. Ultrazvukastično promovirana elektroliza otopina vode i alkalne vode rezultira većim prinosima vodika, brzinom reakcije i brzinom konverzije. Ultrazvuka potpomognuta elektroliza čini proizvodnju vodika ekonomičnim i energetski učinkovitim.
Ultrazvukastično promovirane elektrokemijske reakcije poput elektrolize i elektrokoagulacije pokazuju poboljšanu brzinu reakcije, brzinu i prinose.

Učinkovita generacija vodika uz sonikaciju

Elektroliza vode i vodenih otopina u svrhu proizvodnje vodika obećavajući je proces za proizvodnju čiste energije. Elektroliza vode je elektrokemijski proces u kojem se električna energija primjenjuje za podjelu vode na dva plina, a to su vodik (H2) i kisik (O2). Kako bi se prianjalo na H – O – H obveznice elektrolizom, električna struja prolazi kroz vodu.
Za elektrolitičku reakciju primjenjuje se izravna električna valuta za pokretanje druge mudre ne-spontane reakcije. Elektroliza može generirati vodik visoke čistoće u jednostavnom, ekološki prihvatljivom, zelenom procesu s nultom emisijom CO2 jer je O2 jedini nusproizvod.

Ovaj video ilustrira pozitivan utjecaj ultrazvuka izravne elektrode na električnu struju. Koristi Hielscher UP100H (100 W, 30kHz) ultrazvučni homogenizator s elektro-kemijom-nadogradnjom i titanskom elektrodom / sonotrodom. Elektroliza razrijeđene sumporne kiseline proizvodi vodikov plin i kisikov plin. Ultrasonication smanjuje debljinu difuzijskog sloja na površini elektrode i poboljšava prijenos mase tijekom elektrolize.

Sono-elektro-kemija - Ilustracija utjecaja ultrazvuka na serijsku elektrolizu

Minijatura videozapisa

Zahtjev za informacijama




Primijetite naše pravila o privatnosti,


Ultrazvučna elektrokemijska sinteza je vrlo učinkovita metoda za proizvodnju vodika. Sono-elektrokemijski tretman potiče cijepanje he H – O – H veza elektrolizom, kroz vodu prolazi električna struja.

2x ultrazvučni procesori modela UIP200hdT sa sondama, koje djeluju kao elektrode, odnosno katoda i anoda. Ultrazvučne vibracije i kavitacija potiču proizvodnju elektrokemijskog vodika.

 
Što se tiče elektrolize vode, cijepanje vode na kisik i vodik postiže se prolaskom električne struje kroz vodu.
U čistoj vodi na negativno nabijenoj katodi odvija se reakcija redukcije u kojoj se elektroni (e−) iz katode doniraju kationima vodika tako da nastaje vodikov plin. Na pozitivno nabijenoj anodi dolazi do oksidacijske reakcije koja stvara kisikov plin dok anodi daje elektrone. To znači da voda reagira na anodi kako bi stvorila kisik i pozitivno nabijene vodikove ione (protone). Time se završava sljedeća jednadžba energetske ravnoteže:
 
2H (2H)+ (aq) + 2e → H2 (g) (smanjenje katode)
2H (2H)2O (l) → O2 (g) + 4H+ (aq) + 4e (oksidacija na anodi)
Ukupna reakcija: 2H2O (l) → 2H2 (g) + O2 (g)
 
Često se alkalna voda koristi za elektrolizu kako bi se proizveo vodik. Alkalijske soli su topljivi hidroksidi alkalijskih metala i zemnoalkalijskih metala, od kojih su uobičajeni primjeri: natrijev hidroksid (NaOH, također poznat kao kaustična soda) i kalijev hidroksid (KOH, također poznat kao kaustična potaša). Za eletkrolizu se uglavnom koriste koncentracije od 20% do 40% kaustične otopine.

Sono-elektrokemijska proizvodnja vodika na ultrazvučnoj katodi.

Sono-elektrokemijska proizvodnja vodika na ultrazvučnoj katodi.

 

Ovaj video ilustrira pozitivan utjecaj ultrazvuka izravne elektrode na električnu struju u H-Cell elektrolizator postava. Koristi Hielscher UP100H (100 W, 30kHz) ultrazvučni homogenizator s elektro-kemijom-nadogradnjom i titanskom elektrodom / sonotrodom. Elektroliza razrijeđene sumporne kiseline proizvodi vodikov plin i kisikov plin. Ultrasonication smanjuje debljinu difuzijskog sloja na površini elektrode i poboljšava prijenos mase tijekom elektrolize.

Sono-elektro-kemija - Ilustracija utjecaja ultrazvuka na elektrolizu H-stanica

Minijatura videozapisa

 

Ultrazvučna sinteza vodika

Kada se vodikov plin proizvodi elektrolitičkim reakcijama, vodik se sintetizira točno u potencijal raspadanja. Površina elektroda je područje, gdje se stvaranje vodika događa na molekularnoj pozornici tijekom elektrokemijske reakcije. Molekule vodika nukleate na površini elektrode, tako da su naknadno mjehurići vodikovog plina prisutni oko katode. Korištenje ultrazvučnih elektroda poboljšava impedancije aktivnosti i impedanciju koncentracije te ubrzava porast mjehurića vodika tijekom elektrolize vode. Nekoliko studija pokazalo je da ultrazvučna proizvodnja vodika učinkovito povećava prinos vodika.

 
Prednosti ultrazvuka na vodikovoj elektrolizi

  • Veći prinosi vodika
  • Poboljšana energetska učinkovitost

kao ultrazvuk rezultira:

  • povećao prijenos mase
  • Ubrzano smanjenje akumulirane impedancije
  • Smanjen pad ohmskog napona
  • Smanjena reakcija overpotential
  • Smanjeni potencijal raspadanja
  • Degassing vode / vodena otopina
  • Čišćenje katalizatora elektroda

 

Ultrazvučni učinci na elektrolizu

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.
 
Ultrazvučni utjecaj na elektrode

  • Uklanjanje naslaga s površine elektrode
  • Aktivacija površine elektrode
  • Prijenos elektrolita prema elektrodama i dalje od njih

 

Ultrazvučno čišćenje i aktivacija površina elektroda

Prijenos mase jedan je od ključnih čimbenika koji utječu na brzinu reakcije, brzinu i prinos. Tijekom elektrolitičkih reakcija, reakcijski proizvod, npr. Ultrazvučni promovirani elektrolitski procesi pokazuju povećan prijenos mase u otopini rasutog tereta i blizu površina. Ultrazvučne vibracije i karitacija uklanjaju prolazne slojeve s površina elektroda i time ih održavaju trajno potpuno učinkovitima. Nadalje, poznato je da sonokemijski učinci poboljšavaju reakcijske puteve.

Pad donjeg ohmskog napona, prekomjerna reakcija i potencijal raspadanja

Napon potreban za elektrolizu poznat je kao potencijal raspadanja. Ultrazvuk može smanjiti potreban potencijal raspadanja u procesima elektrolize.

Ultrazvučna stanica elektrolize

Za elektrolizu vode, ultrazvučni unos energije, razmak od elektroda i koncentraciju elektrolita ključni su čimbenici koji utječu na elektrolizu vode i njezinu učinkovitost.
Za alkalnu elektrolizu koristi se stanica elektrolize s vodenom kaustičnom otopinom od obično 20%–40% KOH ili NaOH. Električna energija se nanosi na dvije elektrode.
Elektrodni katalizatori mogu se koristiti za ubrzavanje brzine reakcije. Na primjer, Pt elektrode su povoljne jer se reakcija događa lakše.
Znanstveno-istraživački članci izvještavaju o uštedi energije od 10%-25% pomoću ultrazvučne elektrolize vode.

Ultrazvučni elektrolizatori za proizvodnju vodika na pilot i industrijskoj razini

Hielscher Ultrasonics’ industrijski ultrazvučni procesori izrađeni su za rad 24/7/365 pod punim opterećenjem i u teškim procesima.
Opskrbljujući robusne ultrazvučne sustave, posebne dizajnirane sonotrode (sonde), koji istodobno funkcioniraju kao odašiljač elektroda i ultrazvučnih valova te reaktore elektrolize, Hielscher Ultrasonics zadovoljava specifične zahtjeve za proizvodnju elektrolitičnog vodika. Svi digitalni industrijski ultrazvukatori UIP serije (UIP500hdT (500 vata), UIP1000hdT (1kW), UIP1500hdT (1,5 kW), UIP2000hdT (2kW) i UIP4000hdT (4kW)) su ultrazvučne jedinice visokih performansi za primjenu elektrolize.

Ultrazvučna sonda visokih performansi ultrasonicator UIP2000hdT funkcionira kao anoda. Zbog primijenjenog ultrazvučnog polja potiče se elektroliza vodika.

Ultrazvučna sonda UIP2000hdT funkcionira kao anoda. Primijenjeni ultrazvučni valovi pojačavaju elektrolitičku sintezu vodika.

Tablica u nastavku daje vam pokazatelj približne mogućnosti obrade naših ultrazvučnih uređaja:

Batch Volumen Protok Preporučeni uređaji
0.02 do 5L 0.05 do 1L/min UIP500hdT
0.05 do 10L 0.1 do 2L/min UIP1000hdT
0.07 do 15L 0.15 do 3L/min UIP1500hdT
0.1 do 20L 0.2 do 4L / min UIP2000hdT
10 do 100L 2 do 10 l / min UIP4000hdT

Kontaktirajte nas! / Pitajte nas!

Zatražite dodatne informacije

Molimo koristite donji obrazac kako biste zatražili dodatne informacije o ultrazvučnim elektrodama i sono-elektrokemijskim sustavima, detaljima primjene i cijenama. Rado ćemo s vama razgovarati o vašem sono-elektrokemijskom procesu i ponuditi vam ultrazvučni sustav koji ispunjava vaše zahtjeve!









Molimo, imajte na umu da je pravila o privatnosti,


Ultrazvučni homogenizatori visokog smicanja koriste se u laboratoriju, klupi, pilotskoj i industrijskoj obradi.

Hielscher Ultrasonics proizvodi ultrazvučne homogenizatore visokih performansi za miješanje aplikacija, disperziju, emulzifikaciju i ekstrakciju na laboratorijskim, pilotskim i industrijskim razmjerima.



Činjenice koje vrijedi znati

Što je vodik?

Vodik je kemijski element sa simbolom H i atomskim brojem 1. Sa standardnom atomskom težinom od 1.008, vodik je najlakši element u periodnom sustavu. Vodik je najzastupljenija kemijska tvar u svemiru, koja ima oko 75% sve barionske mase. H2 je plin koji nastaje kada se dva atoma vodika vežu i postanu molekula vodika. H2 se također naziva molekularni vodik i dijatomska je, homonuklearna molekula. Sastoji se od dva protona i dva elektrona. Nakon neutralnog naboja, molekularni vodik je stabilan i time najčešći oblik vodika.

Kada se vodik proizvodi u industrijskim razmjerima, prirodni plin koji reformira paru je najčešće korišteni oblik proizvodnje. Alternativna metoda je elektroliza vode. Većina vodika proizvodi se u blizini mjesta njegove posljednje uporabe, npr. u blizini postrojenja za preradu fosilnih goriva (npr. hidrokreking) i proizvođača gnojiva na bazi amonijaka.

Književnost / Reference

Rado ćemo razgovarati o vašem procesu.

Stupimo u kontakt.