Produksi Hidrogen Efisien dengan Ultrasonics

Generasi Hidrogen Efisien dengan Sonikasi

Elektrolisis air dan solusi berdasi untuk tujuan pembangkit hidrogen adalah proses yang menjanjikan untuk produksi energi bersih. Elektrolisis air adalah proses elektrokimia di mana listrik diterapkan untuk membelah air menjadi dua gas, yaitu hidrogen (H₂) dan oksigen (O₂). Untuk membelah H – O – H ikatan dengan elektrolisis, arus listrik dijalankan melalui air.
Untuk reaksi elektrolit, mata uang listrik langsung (DC) diterapkan untuk memulai reaksi non-spontan lainnya. Elektrolisis dapat menghasilkan hidrogen kemurnian tinggi dalam proses hijau yang sederhana, ramah lingkungan dengan CO nol₂ emisi sebagai O₂ adalah satu-satunya produk per produk.

Prosesor ultrasonik 2x UIP2000hdT dengan probe, yang bertindak sebagai elektroda, yaitu katoda dan anoda. Bidang ultrasonik mengintensifkan sintesis elektrolit hidrogen dari air atau solusi berdasi.

Mengenai elektrolisis air, pemisahan air menjadi oksigen dan hidrogen dicapai dengan melewati arus listrik melalui air.
Dalam air murni di katoda bermuatan negatif, reaksi pengurangan terjadi di mana elektron (e−) dari katoda disumbangkan ke cation hidrogen sehingga terbentuk gas hidrogen. Pada anoda bermuatan positif, reaksi oksidasi terjadi, yang menghasilkan gas oksigen sambil memberikan elektron ke anoda. Ini berarti, air bereaksi di anoda untuk membentuk oksigen dan ion hidrogen bermuatan positif (proton). Dengan demikian persamaan keseimbangan energi berikut selesai:

2H⁺ (aq) + 2e^– → H₂ (g) (pengurangan pada katoda)
2H₂O (l) → O2 (g) + 4H⁺ (aq) + 4e^– (Oksidasi di anoda)
Reaksi keseluruhan: 2H₂O (l) → 2H₂ (g) + O₂ (g)

Seringkali, air basa digunakan untuk elektrolisis untuk menghasilkan hidrogen. Garam alkali adalah hidroksida larut dari logam alkali dan logam tanah alkali, yang contoh umumnya adalah: Natrium hidroksida (NaOH, juga dikenal sebagai “soda kaustik") dan kalium hidroksida (KOH, juga dikenal sebagai “potash kaustik"). Untuk eletcrolysis, terutama konsentrasi 20% hingga 40% larutan kaustik digunakan.

Ultrasonic sintesis hidrogen

Ketika gas hidrogen diproduksi dalam reaksi elektrolit, hidrogen disintesis tepat pada potensi dekomposisi. Permukaan elektroda adalah area, di mana pembentukan hidrogen terjadi pada tahap molekul selama reaksi elektrokimia. Molekul hidrogen beronkletasi pada permukaan elektroda, sehingga kemudian gelembung gas hidrogen hadir di sekitar katoda. Menggunakan elektroda ultrasonik meningkatkan impedansi aktivitas dan impedansi konsentrasi dan mempercepat naiknya gelembung hidrogen selama elektrolisis air. Beberapa penelitian menunjukkan bahwa produksi hidrogen ultrasonik meningkatkan hasil hidrogen secara efisien.

Efek ultrasonik pada Elektrolisis

Elektrolisis ultrasonik bersemangat juga dikenal sebagai sono-elektrolisis. Berbagai faktor ultrasonik dari pengaruh sifat sonomekan dan sonokimia dan mempromosikan reaksi elektrokimia. Faktor-faktor yang mempengaruhi elektrolisis ini adalah hasil dari kavitasi dan getaran yang diinduksi ultrasound dan termasuk streaming akustik, turbulensi mikro, mikrojet, gelombang kejut serta efek sonochemical. Kavitasi ultrasonik / akustik terjadi, ketika gelombang ultrasound intensitas tinggi digabungkan menjadi cairan. Fenomena kavitasi ditandai dengan pertumbuhan dan runtuhnya apa yang disebut gelembung kavitasi. Ledakan gelembung ditandai oleh kekuatan yang sangat intens dan terjadi secara lokal. Kekuatan-kekuatan ini termasuk pemanasan lokal yang intens hingga 5000K, tekanan tinggi hingga 1000 atm, dan tingkat pemanasan dan pendinginan yang sangat besar (> 100k / detik) dan mereka memprovokasi interaksi unik antara materi dan energi. Misalnya, kekuatan kavitasi tersebut eimpact ikatan hidrogen dalam air dan memfasilitasi pemisahan gugusan air yang kemudian menghasilkan konsumsi energi yang berkurang untuk elektrolisis.

Dampak Ultrasonik pada Elektroda

• Menghapus endapan dari permukaan elektroda
• Aktivasi permukaan elektroda
• Pengangkutan elektrolit ke arah dan jauh dari elektroda

Pembersihan dan aktivasi permukaan

Perpindahan massa adalah salah satu faktor penting yang mempengaruhi tingkat reaksi, kecepatan, dan hasil. Selama reaksi elektrolitik, produk reaksi, misalnya precipitates, menumpuk di sekitar serta langsung pada permukaan elektroda dan merosot konversi elektrolitik larutan segar ke elektroda. Ultrasonically dipromosikan proses elektrolit menunjukkan peningkatan perpindahan massa dalam larutan massal dan dekat permukaan. Getaran ultrasonik dan kavitasi menghilangkan lapisan pasif dari permukaan elektroda dan menjaganya sehingga sepenuhnya efisien secara permanen. Selanjutnya, sonifikasi dikenal untuk meningkatkan jalur reaksi dengan efek sonochemical.

Penurunan Tegangan Ohmic Bawah, Reaksi Overpotential, dan Potensi Dekomposisi

Tegangan yang diperlukan agar elektrolisis terjadi dikenal sebagai potensi dekomposisi. ULTRASOUND dapat menurunkan potensi dekomposisi yang diperlukan dalam proses elektrolisis.

Sel Elektrolisis ultrasonik

Untuk elektrolisis air, input energi ultrasonik, kesenjangan elektroda, dan konsentrasi elektrolit adalah faktor kunci yang berdampak pada elektrolisis air dan efisiensinya.
Untuk elektrolisis basa, sel elektrolisis dengan larutan kaustik berdasi biasanya 20%–40% KOH atau NaOH digunakan. Energi listrik diterapkan pada dua elektroda.
Katalis elektroda dapat digunakan untuk mempercepat kecepatan reaksi. Misalnya, elektroda Pt menguntungkan karena reaksi terjadi lebih mudah.
Artikel penelitian ilmiah melaporkan penghematan energi 10%-25% menggunakan elektrolisis air yang dipromosikan secara ultrasonik.

Ultrasonic Electrolyzers untuk Produksi Hidrogen di Pilot dan Skala Industri

Hielscher Ultrasonics’ prosesor ultrasonik industri dibangun untuk operasi 24/7/365 di bawah beban penuh dan dalam proses tugas berat.
Dengan memasok sistem ultrasonik yang kuat, sonotrodes (probe) yang dirancang khusus, yang berfungsi sebagai elektroda dan pemancar gelombang ultrasound pada saat yang sama, dan reaktor elektrolisis, Hielscher Ultrasonics melayani persyaratan khusus untuk produksi hidrogen elektrolit. Semua ultrasonicators industri digital dari seri UIP (UIP500hdT (500 watt), UIP1000hdT (1kW), UIP1500hdT (1,5kW), UIP2000hdT (2kW), dan UIP4000hdT (4kW)) adalah unit ultrasonik berkinerja tinggi untuk aplikasi elektrolisis.
Tabel di bawah ini memberi Anda indikasi perkiraan kapasitas pemrosesan ultrasonikator kami: