Technologia ultradźwiękowa firmy Hielscher

Wydajna produkcja wodoru za pomocą ultradźwięków

Wodór jest paliwem alternatywnym, które jest preferowane ze względu na jego przyjazność dla środowiska i zerową emisję dwutlenku węgla. Jednakże, konwencjonalna produkcja wodoru nie jest efektywna w ekonomicznej produkcji masowej. Promowana ultradźwiękowo elektroliza wody i alkalicznych roztworów wodnych powoduje wyższą wydajność wodoru, szybkość reakcji i szybkość konwersji. Elektroliza wspomagana ultradźwiękami sprawia, że produkcja wodoru jest ekonomiczna i efektywna energetycznie.
Promowane ultradźwiękowo reakcje elektrochemiczne, takie jak elektroliza i elektrokoagulacja, wykazują zwiększoną szybkość reakcji, szybkość i wydajność.

Wydajne wytwarzanie wodoru za pomocą sondowania

Elektroliza wody i roztworów wodnych do celów wytwarzania wodoru jest obiecującym procesem produkcji czystej energii. Elektroliza wody jest procesem elektrochemicznym, w którym energia elektryczna jest stosowana do podziału wody na dwa gazy, a mianowicie wodór (H2) i tlenu (O2). W celu rozszczepienia H – O – Wiązania H przez elektrolizę, prąd elektryczny jest prowadzony przez wodę.
W przypadku reakcji elektrolitycznej, bezpośrednia waluta elektryczna (DC) jest stosowana w celu zainicjowania innej, niepowodującej reakcji. Elektroliza może generować wodór o wysokiej czystości w prostym, przyjaznym dla środowiska, zielonym procesie o zerowej emisji CO2 jak O2 jest jedynym produktem ubocznym.

Ultrasonic electrolysis intensifies hydrogen production.

2x procesory ultradźwiękowe UIP2000hdT z sondami, które działają jak elektrody, tj. katoda i anoda. Pole ultradźwiękowe intensyfikuje elektrolityczną syntezę wodoru z wody lub roztworów wodnych.

Jeśli chodzi o elektrolizę wody, to rozdzielenie wody na tlen i wodór odbywa się poprzez przepuszczenie przez wodę prądu elektrycznego.
W czystej wodzie na ujemnie naładowanej katodzie zachodzi reakcja redukcyjna, w której elektrony (e-) z katody są przekazywane do kationów wodoru, tak że tworzy się gaz wodorowy. W dodatnio naładowanej anodzie zachodzi reakcja utleniania, w wyniku której powstaje gaz tlen, a anoda otrzymuje elektrony. Oznacza to, że woda reaguje w anodzie, tworząc tlen i dodatnio naładowane jony wodorowe (protony). W ten sposób zostaje zakończone poniższe równanie bilansu energetycznego:

2H+ (aq) + 2e → H2 g) (redukcja przy katodzie)
2H2O (l) → O2 (g) + 4H+ (aq) + 4e (utlenianie przy anodzie)
Ogólna reakcja: 2H2O (l) → 2H2 g) + O2 (g)

Często do elektrolizy stosuje się wodę alkaliczną w celu wytworzenia wodoru. Sole alkaliczne są rozpuszczalnymi wodorotlenkami metali alkalicznych i metali ziem alkalicznych, których częstymi przykładami są: Wodorotlenek sodu (NaOH, znany również jako “soda kaustyczna") i wodorotlenek potasu (KOH, znany również jako “żrący potaż"). Do elekrolizy stosuje się głównie stężenia od 20% do 40% roztworu żrącego.

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

Sonda ultradźwiękowa UIP2000hdT funkcjonuje jako anoda. Zastosowane fale ultradźwiękowe intensyfikują elektrolityczną syntezę wodoru.

Zapytanie o informacje




Zwróć uwagę na nasze Polityka prywatności.


Ultradźwiękowa synteza wodoru

Kiedy wodór jest produkowany w reakcji elektrolitycznej, jest on syntetyzowany bezpośrednio przy potencjale rozkładu. Powierzchnia elektrod to obszar, w którym podczas reakcji elektrochemicznej na etapie molekularnym powstaje wodór. Cząsteczki wodoru nukleidują się na powierzchni elektrody, tak że następnie wokół katody znajdują się pęcherzyki gazu wodorowego. Zastosowanie elektrod ultradźwiękowych poprawia impedancję aktywności i impedancję stężenia oraz przyspiesza powstawanie pęcherzyków wodoru podczas elektrolizy wody. Kilka badań wykazało, że produkcja wodoru za pomocą ultradźwięków skutecznie zwiększa wydajność produkcji wodoru.

Korzyści wynikające z zastosowania ultradźwięków na elektrolizie wodorowej

  • Wyższa wydajność wodoru
  • Zwiększona efektywność energetyczna

w wyniku ultradźwięków:

  • zwiększone przenoszenie masy
  • Przyspieszona redukcja skumulowanej impedancji
  • Zmniejszony omowy spadek napięcia
  • Zredukowana reakcja ponadpotencjał
  • Zmniejszony potencjał rozkładu
  • Odgazowywanie wody / roztworu wodnego
  • Czyszczenie katalizatorów elektrodowych

Efekty ultradźwiękowe na elektrolizę

Ultradźwiękowo pobudzona elektroliza jest również znana jako elektroliza soniczna. Różne czynniki ultradźwiękowe o charakterze sonomechanicznym i sonochemicznym wpływają i sprzyjają reakcjom elektrochemicznym. Te czynniki wpływające na elektrolizę są wynikiem kawitacji i wibracji wywołanych ultradźwiękami i obejmują strumienie akustyczne, mikroturbulencje, mikroturbulencje, fale uderzeniowe, jak również efekty sonochemiczne. Kawitacja ultradźwiękowa / akustyczna występuje, gdy fale ultradźwiękowe o dużej intensywności są sprzężone z cieczą. Zjawisko kawitacji charakteryzuje się wzrostem i zapadaniem się tzw. pęcherzyków kawitacyjnych. Implozja pęcherzyków charakteryzuje się występowaniem superintensywnych, występujących lokalnie sił. Siły te obejmują intensywne lokalne nagrzewanie do 5000K, wysokie ciśnienia do 1000 atm oraz ogromne szybkości nagrzewania i chłodzenia (>100k/sek.) i wywołują unikalną interakcję pomiędzy materią i energią. Na przykład, te siły kawitacyjne oddziałują na wiązania wodorowe w wodzie i ułatwiają rozdzielanie się klastrów wodnych, co w konsekwencji prowadzi do zmniejszenia zużycia energii na elektrolizę.

Ultradźwiękowe oddziaływanie na elektrody

  • Usuwanie osadów z powierzchni elektrody
  • Aktywacja powierzchni elektrody
  • Transport elektrolitów w kierunku i z dala od elektrod

Czyszczenie i aktywacja powierzchni

Transfer masy jest jednym z kluczowych czynników wpływających na szybkość reakcji, prędkość i wydajność. Podczas reakcji elektrolitycznych produkt reakcji, np. wytrąca się, gromadzi się wokół oraz bezpośrednio na powierzchniach elektrody i opóźnia przemianę elektrolityczną świeżego roztworu w elektrodę. Promowane ultradźwiękami procesy elektrolityczne wykazują zwiększone przenoszenie masy w roztworze sypkim i w pobliżu powierzchni. Ultradźwiękowe drgania i kawitacja usuwają warstwy pasywacji z powierzchni elektrody i utrzymują je tym samym trwale w pełni wydajne. Ponadto, dzięki efektom sonochemicznym znana jest poprawa dróg reakcji.

Dolnoomowy spadek napięcia, przekroczenie potencjału reakcji i potencjał dekompozycji

Napięcie wymagane do przeprowadzenia elektrolizy jest znane jako potencjał rozkładu. Ultradźwięki mogą obniżyć niezbędny potencjał rozkładu w procesach elektrolizy.

Komórka do elektrolizy ultradźwiękowej

W przypadku elektrolizy wody kluczowymi czynnikami wpływającymi na elektrolizę wody i jej sprawność są: pobór energii ultradźwiękowej, szczelina w elektrodzie oraz stężenie elektrolitu.
Do elektrolizy alkalicznej używa się naczynia do elektrolizy z wodnym roztworem żrącym zazwyczaj 20%-40% KOH lub NaOH. Energia elektryczna jest aplikowana na dwie elektrody.
Katalizatory elektrodowe mogą być stosowane do przyspieszania prędkości reakcji. Na przykład, elektrody Pt są korzystne, ponieważ reakcja zachodzi łatwiej.
Artykuły z badań naukowych mówią o 10%-25% oszczędności energii przy zastosowaniu ultradźwiękowej elektrolizy wody.

Ultradźwiękowe elektrolizery do produkcji wodoru w skali pilotowej i przemysłowej

Hielscher Ultrasonics’ Przemysłowe procesory ultradźwiękowe są przystosowane do pracy w trybie 24/7/365 przy pełnym obciążeniu i w ciężkich warunkach pracy.
Dostarczając wytrzymałe systemy ultradźwiękowe, specjalnie zaprojektowane sondy (sondy), które działają jednocześnie jako nadajnik elektrody i fali ultradźwiękowej oraz reaktory do elektrolizy, firma Hielscher Ultrasonics spełnia specyficzne wymagania dotyczące elektrolitycznej produkcji wodoru. Wszystkie cyfrowe przemysłowe ultrasonografy serii UIP (UIP500hdT (500 watów), UIP1000hdT (1kW), UIP1500hdT (1,5kW), UIP2000hdT (2kW), oraz UIP4000hdT (4kW)) to wysokowydajne urządzenia ultradźwiękowe do zastosowań w elektrolizie.
Poniższa tabela daje wskazanie przybliżonej mocy przerobowych naszych ultrasonicators:

Wielkość partii natężenie przepływu Polecane urządzenia
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
10-100L 2 do 10L/min UIP4000hdT

Skontaktuj się z nami! / Zapytaj nas!

Poproś o więcej informacji

Prosimy o skorzystanie z poniższego formularza w celu uzyskania dodatkowych informacji na temat procesorów ultradźwiękowych, zastosowań i ceny. Chętnie omówimy z Państwem proces i zaproponujemy Państwu system ultradźwiękowy spełniający Państwa wymagania!









Proszę zwrócić uwagę na nasze Polityka prywatności.


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

Hielscher Ultrasonics produkuje wysokowydajne homogenizatory ultradźwiękowe do zastosowań mieszania, dyspergowania, emulgowania i ekstrakcji na skalę laboratoryjną, pilotażową i przemysłową.

Literatura / materiały źródłowe



Fakty Warto wiedzieć

Co to jest wodór?

Wodór jest pierwiastkiem chemicznym o symbolu H i liczbie atomowej 1. Przy standardowej masie atomowej 1,008, wodór jest najlżejszym pierwiastkiem w układzie okresowym. Wodór jest najobfitszą substancją chemiczną we wszechświecie, stanowiącą około 75% całej masy baryłkowej. H2 to gaz, który powstaje, gdy dwa atomy wodoru połączą się ze sobą i staną się cząsteczką wodoru. H2 nazywany jest również wodorem molekularnym i jest okrzemkową, homonuklearną cząsteczką. Składa się ona z dwóch protonów i dwóch elektronów. Posiadając neutralny ładunek, wodór molekularny jest stabilny i tym samym najczęstszą formą wodoru.

Kiedy wodór jest produkowany na skalę przemysłową, najczęściej stosowaną formą produkcji jest reformowanie gazu ziemnego za pomocą pary wodnej. Alternatywną metodą jest elektroliza wody. Większość wodoru jest produkowana w pobliżu miejsca jego wykorzystania, np. w pobliżu zakładów przetwórstwa paliw kopalnych (np. hydrokrakingu) i producentów nawozów sztucznych na bazie amoniaku.