Efektīva ūdeņraža ražošana ar Ultrasonics

Ūdeņradis ir alternatīva degviela, kas ir vēlama, pateicoties tā draudzīgumam videi un oglekļa dioksīda emisijai. Tomēr tradicionālā ūdeņraža ražošana nav efektīva ekonomiskai masveida ražošanai. Ultraskaņas veicinātā ūdens un sārmainā ūdens šķīdumu elektrolīze nodrošina lielāku ūdeņraža ražu, reakcijas ātrumu un konversijas ātrumu. Ultraskaņas atbalstītā elektrolīze padara ūdeņraža ražošanu ekonomisku un energoefektīvu.
Ultraskaņas veicinātas elektroķīmiskās reakcijas, piemēram, elektrolīze un elektrokoagulācija, parāda uzlabotu reakcijas ātrumu, ātrumu un ražu.

Efektīva ūdeņraža paaudze ar ultraskaņu

Ūdens un ūdens šķīdumu elektrolīze ūdeņraža ražošanai ir daudzsološs process tīras enerģijas ražošanai. Ūdens elektrolīze ir elektroķīmisks process, kurā elektroenerģiju izmanto, lai sadalītu ūdeni divās gāzēs, proti, ūdeņraža (H₂) un skābekļa (O₂). Lai sašķeltu H – O – H saites ar elektrolīzi, elektriskā strāva tiek palaista caur ūdeni.
Elektrolītiskās reakcijas gadījumā tiek piemērota tieša elektriskā valūta (DC), lai uzsāktu citu ne spontānu reakciju. Elektrolīze var radīt ūdeņradi ar augstu tīrības līmeni vienkāršā, videi draudzīgā, zaļā procesā ar nulles CO₂ emisija kā O₂ ir vienīgais blakusprodukts.

2x ultraskaņas procesori UIP2000hdT ar zondēm, kas darbojas kā elektrodi, t.i., katods un anods. Ultraskaņas lauks pastiprina ūdeņraža elektrolītisko sintēzi no ūdens vai ūdens šķīdumiem.

Attiecībā uz ūdens elektrolīzi ūdens sadalīšana skābeklī un ūdeņradi tiek panākta, izlaižot elektrisko strāvu caur ūdeni.
Tīrā ūdenī pie negatīvi lādētā katodā notiek samazināšanas reakcija, ja elektroni (e-) no katoda tiek ziedoti ūdeņraža katjoniem tā, lai ūdeņraža gāze tās formas. Pozitīvi uzlādētā anoda gadījumā notiek oksidācijas reakcija, kas rada skābekļa gāzi, vienlaikus piešķirot elektronus anodam. Tas nozīmē, ka ūdens reaģē uz anodu, lai veidotu skābekli un pozitīvi uzlādētus ūdeņraža jonus (protonus). Tādējādi ir pabeigts šāds enerģijas bilances vienādojums:

2H 2H⁺ (aq) + 2e (aq) + 2e^– → H₂ g) (samazinājums katodā)
2H 2H₂O l → O2 g + 4H⁺ (aq) + 4e (aq) + 4e^– (oksidācija anodā)
Kopējā reakcija: 2H₂O (l) → 2H₂ g) + O₂ g) 1998. gada 1

Bieži vien, sārmains ūdens tiek izmantots elektrolīzes, lai ražotu ūdeņradi. Sārmu sāļi ir sārmu metālu un sārmzemju metālu šķīstošie hidroksīdi, kuru piemēri ir šādi: nātrija hidroksīds (NaOH, pazīstams arī kā “(kodīga nātrene") un kālija hidroksīdu (KOH, pazīstams arī kā “kodīgais potašs"). Eletkrolīzei izmanto galvenokārt 20% līdz 40% kodīga šķīduma koncentrāciju.

Ūdeņraža ultraskaņas sintēze

Kad ūdeņraža gāze tiek ražota elektrolītiskā reakcijā, ūdeņradi sintezē tieši sadalīšanās potenciālā. Elektrodu virsma ir vieta, kur ūdeņraža veidošanās notiek molekulārā stadijā elektroķīmiskās reakcijas laikā. Ūdeņraža molekulas nucleate pie elektroda virsmas, lai pēc tam ūdeņraža gāzes burbuļi ir klāt ap katodu. Ultraskaņas elektrodu izmantošana uzlabo aktivitātes pretestību un koncentrēšanas pretestību un paātrina ūdeņraža burbuļu pieaugumu ūdens elektrolīzes laikā. Vairāki pētījumi parādīja, ka ultraskaņas ūdeņraža ražošana palielina ūdeņraža ražu efektīvi.

Ultraskaņas ietekme uz elektrolīzi

Ultraskaņas satraukti elektrolīze ir arī pazīstams kā sono-elektrolīze. Dažādi sonomehāniskas un sonoķīmiskas dabas ultraskaņas faktori ietekmē un veicina elektroķīmiskās reakcijas. Šie elektrolīzes ietekmējošie faktori ir ultraskaņas izraisītas kavitācijas un vibrācijas rezultāti, un tie ietver akustisko straumēšanu, mikroturbulences, mikrorejformas, triecienvilnčus, kā arī sonoķīmisko iedarbību. Ultraskaņas / akustiskā kavitācija notiek, kad augstas intensitātes ultraskaņas viļņi ir savienoti šķidrumā. Kavitācijas fenomenu raksturo tā saukto kavitācijas burbuļu augšana un sabrukums. Burbuļu implosion ir atzīmēts ar super-intensīva, vietēji rasties spēki. Šie spēki ietver intensīvu vietējo apkuri līdz 5000K, augstu spiedienu līdz 1000 atm un milzīgu apkures un dzesēšanas ātrumu (>100k/sec), un tie izraisa unikālu mijiedarbību starp matēriju un enerģiju. Piemēram, šie kavitācijas spēki eimpact hydrogen bondings in water and facilitate spliting of water clusters, which subsequent in the reduced energy consumption for the electrolysis.

Ultraskaņas ietekme uz elektrodiem

• Nogulšņu noņemšana no elektroda virsmas
• Elektroda virsmas aktivācija
• Elektrolītu transportēšana uz elektrodiem un prom no tā

Virsmu tīrīšana un aktivizēšana

Masas pārnese ir viens no izšķirošajiem faktoriem, kas ietekmē reakcijas ātrumu, ātrumu un ražu. Elektrolītisko reakciju laikā reakcijas produkts, piemēram, nogulsnes, uzkrājas ap elektroda virsmām un iemīlas svaiga šķīduma elektrolītisko pārvēršanu elektrodālē. Ultraskaņas veicinātie elektrolītiskie procesi liecina par palielinātu masas pārnesi lielapjoma šķīdumā un pie virsmām. Ultraskaņas vibrācija un kavitācija noņem caurspīdes slāņus no elektroda virsmām un saglabā tos, tādējādi pastāvīgi pilnībā efektīvi. Turklāt ir zināms, ka sonifikācija uzlabo sonoķīmiskās iedarbības reakcijas ceļus.

Lower Ohmic Voltage Drop, Reaction Overpotential, and Decomposition Potential

Spriegums, kas nepieciešams elektrolīzes iesākšanas ir pazīstams kā sadalīšanās potenciāls. Ultraskaņa var samazināt nepieciešamo sadalīšanās potenciālu elektrolīzes procesos.

Ultraskaņas elektrolīzes šūna

Ūdens elektrolīzei ultraskaņas enerģijas ievade, elektrodu sprauga un elektrolītu koncentrācija ir galvenie faktori, kas ietekmē ūdens elektrolīzi un tās efektivitāti.
Sārmainās elektrolīzes gadījumā tiek izmantota elektrolīzes šūna ar ūdens kodīgu šķīdumu, kas parasti ir 20–40% KOH vai NaOH. Elektriskā enerģija tiek piemērota diviem elektrodiem.
Elektrodu katalizatorus var izmantot, lai paātrinātu reakcijas ātrumu. Piemēram, Pt elektrodi ir labvēlīgi, jo reakcija notiek vieglāk.
Zinātniskās pētniecības raksti ziņo par 10%-25% enerģijas taupīšanu, izmantojot ultrasoniski veicinātu ūdens elektrolīzi.

Ultraskaņas elektrolietu elektrolietu ražošanai izmēģinājuma un rūpnieciskā mērogā

Hielscher Ultraskaņas’ rūpnieciskie ultraskaņas procesori ir būvēti 24/7/365 darbībai pilnas slodzes un lielas noslodzes procesos.
Piegādājot stabilas ultraskaņas sistēmas, īpašas izstrādātas sonotrodes (zondes), kas vienlaikus darbojas kā elektrods un ultraskaņas viļņu raidītājs, un elektrolīzes reaktori, Hielscher Ultrasonics apmierina specifiskās prasības elektrolītiskā ūdeņraža ražošanai. Visi UIP sērijas digitālie rūpnieciskie ultrasonatori (UIP500hdT (500 vati), UIP1000hdT (1kW), UIP1500hdT (1,5kW), UIP2000hdT (2kW) un UIP4000hdT (4kW)) ir augstas veiktspējas ultraskaņas vienības elektrolīzes lietojumiem.
Zemāk redzamā tabula sniedz norādes par mūsu ultraskaņas aparātu aptuveno apstrādes jaudu: