Hielscher Echografietechniek

Efficiënte waterstofproductie met ultrasonica

Waterstof is een alternatieve brandstof die de voorkeur verdient vanwege zijn milieuvriendelijkheid en het feit dat er geen kooldioxide wordt uitgestoten. De conventionele productie van waterstof is echter niet efficiënt voor een economische massaproductie. De ultrasoon gestimuleerde elektrolyse van water en alkalische wateroplossingen resulteert in een hogere waterstofopbrengst, reactiesnelheid en omzettingssnelheid. Ultrasonisch gestimuleerde elektrolyse maakt de waterstofproductie economisch en energie-efficiënt.
Ultrasonisch bevorderde elektrochemische reacties zoals elektrolyse en elektrocoagulatie laten een verbeterde reactiesnelheid, snelheid en opbrengst zien.

Efficiënte waterstofproductie met Sonication

Elektrolyse van water en waterige oplossingen voor de productie van waterstof is een veelbelovend proces voor de productie van schone energie. De elektrolyse van water is een elektrochemisch proces waarbij elektriciteit wordt toegepast om water in twee gassen te splitsen, namelijk waterstof (H2) en zuurstof (O2). Om de H – de – H-bindingen door middel van elektrolyse, een elektrische stroom wordt door het water geleid.
Voor de elektrolytische reactie wordt een directe elektrische valuta (DC) gebruikt om een andersoortige niet-spontane reactie op gang te brengen. Elektrolyse kan waterstof van hoge zuiverheid genereren in een eenvoudig, milieuvriendelijk, groen proces met een nul CO2 uitstoot als O2 is het enige bijproduct.

Ultrasonic electrolysis intensifies hydrogen production.

2x ultrasone processoren UIP2000hdT met sondes, die fungeren als elektroden, d.w.z. kathode en anode. Het ultrasone veld intensiveert de elektrolytische synthese van waterstof uit water of waterige oplossingen.

Bij de elektrolyse van water wordt de splitsing van water in zuurstof en waterstof bereikt door een elektrische stroom door het water te laten lopen.
In zuiver water aan de negatief geladen kathode vindt een reductiereactie plaats waarbij elektronen (e-) uit de kathode worden gedoneerd aan waterstofkationen zodat er waterstofgas ontstaat. Aan de positief geladen anode vindt een oxidatiereactie plaats, waarbij zuurstofgas ontstaat en tegelijkertijd elektronen aan de anode worden afgestaan. Dit betekent dat water aan de anode reageert om zuurstof en positief geladen waterstofionen (protonen) te vormen. Hiermee wordt de vergelijking van de energiebalans afgerond:

2H+ (aq) + 2e → H2 g) (reductie aan de kathode)
2H2O (l) → O2 (g) + 4H+ (aq) + 4e (oxidatie aan de anode)
Algehele reactie: 2H2O (l) → 2H2 (g) + O2 (g)

Vaak wordt voor de elektrolyse alkalisch water gebruikt om waterstof te produceren. Alkalizouten zijn oplosbare hydroxides van alkalimetalen en aardalkalimetalen, waarvan bekende voorbeelden zijn: Natriumhydroxide (NaOH, ook wel bekend als “caustische soda") en kaliumhydroxide (KOH, ook bekend als “bijtende potas"). Voor eletcrolyse worden voornamelijk concentraties van 20% tot 40% bijtende oplossing gebruikt.

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

Ultrasone sonde van de UIP2000hdT functioneert als een anode. De toegepaste ultrasone golven intensiveren de elektrolytische synthese van waterstof.

Informatieaanvraag




Let op onze Privacybeleid.


Ultrasone synthese van waterstof

Wanneer waterstofgas wordt geproduceerd in een elektrolytische reactie, wordt de waterstof gesynthetiseerd precies op het ontledingspotentiaal. Het oppervlak van de elektroden is het gebied, waar de vorming van waterstof op moleculair niveau plaatsvindt tijdens de elektrochemische reactie. De waterstofmoleculen vormen een kern aan het oppervlak van de elektrode, zodat er vervolgens waterstofgasbellen rond de kathode aanwezig zijn. Het gebruik van ultrasone elektroden verbetert de activiteitenimpedantie en de concentratie-impedantie en versnelt het opstijgen van de waterstofbellen tijdens de waterelektrolyse. Verschillende studies toonden aan dat de ultrasone waterstofproductie de waterstofopbrengsten efficiënt verhoogt.

Voordelen van Ultrasonics op Waterstofelektrolyse

  • Hogere waterstofopbrengsten
  • Verbeterde energie-efficiëntie

zoals ultrasound resultaten in:

  • verhoogde massa-overdracht
  • Versnelde vermindering van de geaccumuleerde impedantie
  • Verminderde ohmse spanningsval
  • Verminderde reactie overpotentieel
  • Vermindering van het ontbindingspotentieel
  • Ontgassing van water / waterige oplossing
  • Reiniging van elektrodekatalysatoren

Ultrasone effecten op de elektrolyse

Ultrasonisch opgewonden elektrolyse wordt ook wel sono-elektrolyse genoemd. Verschillende ultrasone factoren van sonomechanische en sonochemische aard beïnvloeden en bevorderen elektrochemische reacties. Deze elektrolyse-beïnvloedende factoren zijn het resultaat van ultrasoon-geïnduceerde cavitatie en trillingen en omvatten akoestische stroming, micro-turbulenties, microjets, schokgolven evenals sonochemische effecten. Ultrasone / akoestische cavitatie komt voor, wanneer ultrasone golven met hoge intensiteit in vloeistof worden gekoppeld. Het fenomeen cavitatie wordt gekenmerkt door de groei en ineenstorting van zogenaamde cavitatiebellen. De luchtbelimplosie wordt gekenmerkt door super-intensieve, plaatselijk optredende krachten. Deze krachten omvatten een intense lokale opwarming tot 5000K, hoge drukken tot 1000 atm, en enorme verwarmings- en afkoelsnelheden (>100k/sec) en ze veroorzaken een unieke interactie tussen materie en energie. Deze cavitatiekrachten beïnvloeden bijvoorbeeld de waterstofbruggen in het water en vergemakkelijken de splitsing van de waterclusters, wat vervolgens leidt tot een lager energieverbruik voor de elektrolyse.

Ultrasoon effect op de elektroden

  • Verwijderen van afzettingen van het elektrodeoppervlak
  • Activering van het elektrodeoppervlak
  • Transport van elektrolyten naar en van elektroden toe

Reiniging en activering van oppervlakken

Massaoverdracht is een van de cruciale factoren die de reactiesnelheid, de snelheid en de opbrengst beïnvloeden. Tijdens de elektrolytische reacties verzamelt het reactieproduct, b.v., zich zowel rond als direct op de elektrodeoppervlakken en vertraagt de elektrolytische omzetting van verse oplossing in de elektrode. Ultrasonisch gestimuleerde elektrolytische processen tonen een verhoogde massaoverdracht in de bulkoplossing en in de buurt van de oppervlakken. Ultrasone trillingen en cavitatie verwijderen passivatielagen van de elektrodeoppervlakken en houden deze daardoor permanent volledig efficiënt. Bovendien is het bekend dat de sonificatie de reactiewegen door middel van sonochemische effecten verbetert.

Onderste Ohmse spanningsdaling, reactiepotentieel en ontledingspotentieel

De spanning die nodig is voor de elektrolyse staat bekend als ontledingspotentiaal. Ultrasoon geluid kan de benodigde ontledingspotentiaal in elektrolyseprocessen verlagen.

Ultrasone elektrolysecel

Voor waterelektrolyse zijn de ultrasone energie-input, de elektrodenafstand en de elektrolytconcentratie belangrijke factoren die van invloed zijn op de waterelektrolyse en de efficiëntie ervan.
Voor een alkalische elektrolyse wordt een elektrolysecel met een waterige bijtende oplossing van meestal 20%-40% KOH of NaOH gebruikt. Op twee elektroden wordt elektrische energie toegepast.
Elektrodekatalysatoren kunnen worden gebruikt om de reactiesnelheid te versnellen. Pt-elektroden zijn bijvoorbeeld gunstig omdat de reactie gemakkelijker verloopt.
In wetenschappelijke onderzoeksartikelen wordt melding gemaakt van 10%-25% energiebesparing door gebruik te maken van de ultrasonisch gestimuleerde elektrolyse van water.

Ultrasone elektrolyzers voor waterstofproductie op proef en industriële schaal

Hielscher Ultrasonics’ industriële ultrasone processoren worden gebouwd voor de 24/7/365 werking onder volle belasting en in zware processen.
Door het leveren van robuuste ultrasone systemen, speciaal ontworpen sonotrodes (sondes), die tegelijkertijd als elektrode en ultrasone golfzender functioneren, en elektrolysereactoren, voldoet Hielscher Ultrasonics aan de specifieke eisen voor de productie van elektrolytische waterstof. Alle digitale industriële ultrasonicatoren van de UIP-serie (UIP500hdT (500 watt), UIP1000hdT (1kW), UIP1500hdT (1.5kW), UIP2000hdT (2kW), en UIP4000hdT (4kW)) zijn hoogwaardige ultrasone eenheden voor elektrolysetoepassingen.
Onderstaande tabel geeft een indicatie van de geschatte verwerkingscapaciteit van onze ultrasonicators:

batch Volume Stroomsnelheid Aanbevolen apparaten
0.02 tot 5L 0.05 tot 1L/min UIP500hdT
0.05 tot 10L 0.1 tot 2L/min UIP1000hdT
0.07 tot 15L 0.15 tot 3L/min UIP1500hdT
0.1 tot 20L 0.2 tot 4L / min UIP2000hdT
10 tot 100L 2 tot 10 l / min UIP4000hdT

Neem contact met ons op! / Vraag ons!

Vraag voor meer informatie

Gebruik het onderstaande formulier om aanvullende informatie aan te vragen over ultrasone processoren, toepassingen en prijs. Wij bespreken graag uw proces met u en bieden u een ultrasoon systeem aan dat aan uw eisen voldoet!









Let op onze Privacybeleid.


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

Hielscher Ultrasonics produceert hoogwaardige ultrasone homogenisatoren voor mengtoepassingen, dispersie, emulsificatie en extractie op laboratorium-, pilot- en industriële schaal.

Literatuur / Referenties



Feiten die de moeite waard zijn om te weten

Wat is waterstof?

Waterstof is het chemische element met het symbool H en atoomnummer 1. Met een standaard atoomgewicht van 1,008 is waterstof het lichtste element in het periodiek systeem. Waterstof is de meest voorkomende chemische stof in het universum en vormt ongeveer 75% van alle baryonische massa. H2 is een gas dat ontstaat wanneer twee waterstofatomen zich binden en een waterstofmolecuul worden. H2 wordt ook wel moleculaire waterstof genoemd en is een diatomair, homonucleair molecuul. Het bestaat uit twee protonen en twee elektronen. Met een neutrale lading is moleculaire waterstof stabiel en daarmee de meest voorkomende vorm van waterstof.

Wanneer waterstof op industriële schaal wordt geproduceerd, is stoomreforming van aardgas de meest gebruikte productievorm. Een alternatieve methode is de elektrolyse van water. De meeste waterstof wordt geproduceerd in de buurt van de plaats van het laatste gebruik, bijv. in de buurt van installaties voor de verwerking van fossiele brandstoffen (bijv. hydrokraken) en van meststoffenproducenten op basis van ammoniak.