წყალბადის ეფექტური წარმოება ულტრაბგერით

წყალბადი არის ალტერნატიული საწვავი, რომელიც სასურველია მისი გარემოსდაცვითი კეთილგანწყობისა და ნახშირორჟანგის ნულოვანი გამოყოფის გამო. თუმცა, ჩვეულებრივი წყალბადის გამომუშავება არ არის ეფექტური ეკონომიური მასობრივი წარმოებისთვის. წყლისა და ტუტე წყლის ხსნარების ულტრაბგერითი ხელშემწყობი ელექტროლიზი იწვევს წყალბადის მაღალ მოსავლიანობას, რეაქციის სიჩქარეს და კონვერტაციის სიჩქარეს. ულტრაბგერითი დახმარებით ელექტროლიზი წყალბადის წარმოებას ეკონომიურს და ენერგოეფექტურს ხდის.
ულტრაბგერითი დაწინაურებული ელექტროქიმიური რეაქციები, როგორიცაა ელექტროლიზი და ელექტროკოაგულაცია, აჩვენებს გაუმჯობესებულ რეაქციის სიჩქარეს, სიჩქარეს და მოსავლიანობას.

ეფექტური წყალბადის გენერაცია სონიკით

წყლისა და წყალხსნარების ელექტროლიზი წყალბადის წარმოქმნის მიზნით არის პერსპექტიული პროცესი სუფთა ენერგიის წარმოებისთვის. წყლის ელექტროლიზი არის ელექტროქიმიური პროცესი, სადაც ელექტროენერგია გამოიყენება წყლის გაყოფისთვის ორ გაზად, კერძოდ წყალბადად (H2) და ჟანგბადად (O2). H-ის გაწყვეტის მიზნით – ო – H აკავშირებს ელექტროლიზით, ელექტრული დენი გადის წყალში.
ელექტროლიტური რეაქციისთვის, პირდაპირი ელექტრული ვალუტა გამოიყენება სხვაგვარად არასპონტანური რეაქციის დასაწყებად. ელექტროლიზს შეუძლია მაღალი სისუფთავის წყალბადის გამომუშავება მარტივი, ეკოლოგიურად სუფთა, მწვანე პროცესში ნულოვანი CO2-ის გამოყოფით, რადგან O2 ერთადერთი გვერდითი პროდუქტია.

 
რაც შეეხება წყლის ელექტროლიზს, წყლის დაყოფა ჟანგბადად და წყალბადად მიიღწევა წყალში ელექტრული დენის გავლის გზით.
უარყოფითად დამუხტულ კათოდზე სუფთა წყალში ხდება შემცირების რეაქცია, სადაც ელექტრონები (e−) კათოდიდან გადაეცემა წყალბადის კათიონებს, რათა წარმოიქმნას წყალბადის აირი. დადებითად დამუხტულ ანოდზე ხდება ჟანგვის რეაქცია, რომელიც წარმოქმნის ჟანგბადის გაზს, ხოლო ანოდს ელექტრონებს აძლევს. ეს ნიშნავს, რომ წყალი რეაგირებს ანოდზე და წარმოქმნის ჟანგბადს და დადებითად დამუხტულ წყალბადის იონებს (პროტონებს). ამით სრულდება ენერგეტიკული ბალანსის შემდეგი განტოლება:
 
2სთ⁺ (aq) + 2e^– → ჰ₂ (ზ) (რედუქცია კათოდზე)
2სთ₂O (l) → O2 (g) + 4H⁺ (aq) + 4e^– (დაჟანგვა ანოდზე)
საერთო რეაქცია: 2 სთ₂O (l) → 2H₂ (g) + O₂ (გ)
 
ხშირად, ტუტე წყალი გამოიყენება ელექტროლიზისთვის წყალბადის წარმოებისთვის. ტუტე მარილები არის ტუტე ლითონებისა და ტუტე მიწის ლითონების ხსნადი ჰიდროქსიდები, რომელთა საერთო მაგალითებია: ნატრიუმის ჰიდროქსიდი (NaOH, ასევე ცნობილი როგორც კაუსტიკური სოდა) და კალიუმის ჰიდროქსიდი (KOH, ასევე ცნობილი როგორც კაუსტიკური კალიუმი). ელექროლიზისთვის ძირითადად გამოიყენება 20%-დან 40%-მდე კაუსტიკური ხსნარის კონცენტრაცია.

 

 

წყალბადის ულტრაბგერითი სინთეზი

როდესაც წყალბადის გაზი წარმოიქმნება ელექტროლიტურ რეაქციაში, წყალბადი სინთეზირდება სწორედ დაშლის პოტენციალის დროს. ელექტროდების ზედაპირი არის ტერიტორია, სადაც წყალბადის წარმოქმნა ხდება მოლეკულურ ეტაპზე ელექტროქიმიური რეაქციის დროს. წყალბადის მოლეკულები ბირთვს ქმნიან ელექტროდის ზედაპირზე, ასე რომ, შემდგომში წყალბადის გაზის ბუშტები ჩნდება კათოდის გარშემო. ულტრაბგერითი ელექტროდების გამოყენება აუმჯობესებს აქტივობის წინაღობას და კონცენტრაციის წინაღობას და აჩქარებს წყალბადის ბუშტების ამოსვლას წყლის ელექტროლიზის დროს. რამდენიმე კვლევამ აჩვენა, რომ ულტრაბგერითი წყალბადის წარმოება ეფექტურად ზრდის წყალბადის მოსავლიანობას.

 

ულტრაბგერითი ეფექტები ელექტროლიზზე

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.
 
ულტრაბგერითი ზემოქმედება ელექტროდებზე

• დეპოზიტების მოცილება ელექტროდის ზედაპირიდან
• ელექტროდის ზედაპირის გააქტიურება
• ელექტროლიტების ტრანსპორტირება ელექტროდებთან და მის მოშორებით

 

ელექტროდის ზედაპირების ულტრაბგერითი წმენდა და გააქტიურება

მასის გადაცემა არის ერთ-ერთი გადამწყვეტი ფაქტორი, რომელიც გავლენას ახდენს რეაქციის სიჩქარეზე, სიჩქარეზე და მოსავლიანობაზე. ელექტროლიტური რეაქციების დროს რეაქციის პროდუქტი, მაგ., ნალექი, გროვდება ირგვლივ, ისევე როგორც უშუალოდ ელექტროდის ზედაპირებზე და ანელებს ახალი ხსნარის ელექტროლიტურ გარდაქმნას ელექტროდად. ულტრაბგერითი ხელშემწყობი ელექტროლიტური პროცესები აჩვენებს გაზრდილი მასის გადაცემას ნაყარ ხსნარში და ზედაპირებთან ახლოს. ულტრაბგერითი ვიბრაცია და კავიტაცია აშორებს პასივაციის ფენებს ელექტროდის ზედაპირებიდან და ამით ინარჩუნებს მათ მუდმივად სრულად ეფექტურობას. გარდა ამისა, სონიფიკაცია ცნობილია, რომ აძლიერებს რეაქციის ბილიკებს სონოქიმიური ეფექტებით.

ქვედა ომური ძაბვის ვარდნა, რეაქციის გადაჭარბებული პოტენციალი და დაშლის პოტენციალი

ელექტროლიზისთვის საჭირო ძაბვა ცნობილია როგორც დაშლის პოტენციალი. ულტრაბგერას შეუძლია შეამციროს საჭირო დაშლის პოტენციალი ელექტროლიზის პროცესებში.

ულტრაბგერითი ელექტროლიზის უჯრედი

წყლის ელექტროლიზისთვის, ულტრაბგერითი ენერგიის შეყვანა, ელექტროდის უფსკრული და ელექტროლიტების კონცენტრაცია არის ძირითადი ფაქტორები, რომლებიც გავლენას ახდენენ წყლის ელექტროლიზზე და მის ეფექტურობაზე.
ტუტე ელექტროლიზისთვის გამოიყენება ელექტროლიზის უჯრედი წყლის კაუსტიკური ხსნარით, როგორც წესი, 20%-40% KOH ან NaOH. ელექტრო ენერგია გამოიყენება ორ ელექტროდზე.
ელექტროდის კატალიზატორები შეიძლება გამოყენებულ იქნას რეაქციის სიჩქარის დასაჩქარებლად. მაგალითად, Pt ელექტროდები ხელსაყრელია, რადგან რეაქცია უფრო ადვილად ხდება.
სამეცნიერო კვლევითი სტატიები იუწყებიან 10%-25% ენერგიის დაზოგვას წყლის ულტრაბგერითი ხელშემწყობი ელექტროლიზის გამოყენებით.

ულტრაბგერითი ელექტროლიზატორები წყალბადის წარმოებისთვის საპილოტე და სამრეწველო მასშტაბით

Hielscher Ultrasonics’ სამრეწველო ულტრაბგერითი პროცესორები აშენებულია 24/7/365 მუშაობისთვის სრული დატვირთვით და მძიმე სამუშაო პროცესებში.
ძლიერი ულტრაბგერითი სისტემების, სპეციალურად შექმნილი სონოტროდების (ზონდების) მიწოდებით, რომლებიც ერთდროულად ფუნქციონირებენ როგორც ელექტროდი და ულტრაბგერითი ტალღის გადამცემი და ელექტროლიზის რეაქტორები, Hielscher Ultrasonics აკმაყოფილებს ელექტროლიტური წყალბადის წარმოებისთვის სპეციფიკურ მოთხოვნებს. UIP სერიის ყველა ციფრული სამრეწველო ულტრაბგერითი (UIP500hdT (500 ვატი), UIP1000hdT (1 კვტ), UIP1500hdT (1,5 კვტ), UIP2000hdT (2 კვტ) და UIP4000hdT (4kW)) არის მაღალი ხარისხის ულტრაბგერითი დანადგარები ელექტროლიზის გამოყენებისთვის.

ქვემოთ მოყვანილი ცხრილი გვიჩვენებს ჩვენი ულტრაბგერითი აპარატების სავარაუდო დამუშავების შესაძლებლობებს: