Prodhimi efikas i hidrogjenit me ultratinguj

Hidrogjeni është një lëndë djegëse alternative që preferohet për shkak të mjedisit miqësor dhe emetimit zero të dioksidit të karbonit. Megjithatë, gjenerimi konvencional i hidrogjenit nuk është efikas për prodhim masiv ekonomik. Elektroliza e promovuar në mënyrë tejzanore e ujit dhe tretësirave alkaline të ujit rezulton në rendiment më të lartë të hidrogjenit, shpejtësi reagimi dhe shpejtësi konvertimi. Elektroliza e asistuar me ultratinguj e bën prodhimin e hidrogjenit ekonomik dhe efikas në energji.
Reaksionet elektrokimike të promovuara me ultratinguj si elektroliza dhe elektrokoagulimi tregojnë shpejtësi, shpejtësi dhe rendiment të përmirësuar të reagimit.

Gjenerimi efikas i hidrogjenit me sonication

Elektroliza e ujit dhe e solucioneve ujore me qëllim të gjenerimit të hidrogjenit është një proces premtues për prodhimin e energjisë së pastër. Elektroliza e ujit është një proces elektrokimik ku energjia elektrike aplikohet për të ndarë ujin në dy gaze, përkatësisht hidrogjen (H2) dhe oksigjen (O2). Për të çarë H – O – Lidhjet H me anë të elektrolizës, një rrymë elektrike kalon nëpër ujë.
Për reaksionin elektrolitik, aplikohet një monedhë elektrike direkte për të inicuar një reaksion jo spontan ndryshe. Elektroliza mund të gjenerojë hidrogjen me pastërti të lartë në një proces të thjeshtë, miqësor ndaj mjedisit, të gjelbër me një emetim zero CO2 pasi O2 është i vetmi nënprodukt.

 
Për sa i përket elektrolizës së ujit, ndarja e ujit në oksigjen dhe hidrogjen arrihet duke kaluar një rrymë elektrike nëpër ujë.
Në ujin e pastër në katodën e ngarkuar negativisht, ndodh një reaksion reduktimi ku elektronet (e−) nga katoda u dhurohen kationeve të hidrogjenit në mënyrë që të formohet gazi hidrogjen. Në anodën e ngarkuar pozitivisht, ndodh një reaksion oksidimi, i cili gjeneron gaz oksigjen ndërsa i jep elektrone anodës. Kjo do të thotë, uji reagon në anodë për të formuar oksigjen dhe jone hidrogjeni të ngarkuar pozitivisht (protone). Kështu plotësohet ekuacioni i mëposhtëm i bilancit të energjisë:
 
2H⁺ (aq) + 2e^– → H₂ (g) (reduktimi në katodë)
2H₂O (l) → O2 (g) + 4H⁺ (aq) + 4e^– (oksidimi në anodë)
Reagimi i përgjithshëm: 2H₂O (l) → 2H₂ (g) + O₂ (g)
 
Shpesh, uji alkalik përdoret për elektrolizë për të prodhuar hidrogjen. Kripërat e alkalit janë hidrokside të tretshme të metaleve alkaline dhe metaleve alkaline tokësore, shembuj të zakonshëm të të cilave janë: Hidroksidi i natriumit (NaOH, i njohur gjithashtu si sode kaustike) dhe hidroksidi i kaliumit (KOH, i njohur gjithashtu si potas kaustik). Për eletkrolizën përdoren kryesisht përqendrime prej 20% deri në 40% tretësirë kaustike.

 

 

Sinteza tejzanor e hidrogjenit

Kur gazi hidrogjen prodhohet në një reaksion elektrolitik, hidrogjeni sintetizohet pikërisht në potencialin e dekompozimit. Sipërfaqja e elektrodave është zona ku ndodh formimi i hidrogjenit në fazën molekulare gjatë reaksionit elektrokimik. Molekulat e hidrogjenit formojnë bërthama në sipërfaqen e elektrodës, kështu që më pas flluska të gazit të hidrogjenit janë të pranishme rreth katodës. Përdorimi i elektrodave tejzanor përmirëson impedancat e aktivitetit dhe rezistencën e përqendrimit dhe përshpejton ngritjen e flluskave të hidrogjenit gjatë elektrolizës së ujit. Disa studime treguan se prodhimi i hidrogjenit tejzanor rrit rendimentet e hidrogjenit në mënyrë efikase.

 

Efektet tejzanor në elektrolizë

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.
 
Ndikimi tejzanor në elektroda

• Heqja e depozitave nga sipërfaqja e elektrodës
• Aktivizimi i sipërfaqes së elektrodës
• Transporti i elektroliteve drejt dhe larg elektrodave

 

Pastrimi dhe aktivizimi me ultratinguj i sipërfaqeve të elektrodës

Transferimi i masës është një nga faktorët thelbësorë që ndikon në shpejtësinë, shpejtësinë dhe rendimentin e reagimit. Gjatë reaksioneve elektrolitike, produkti i reaksionit, p.sh. precipiton, grumbullohet përreth, si dhe drejtpërdrejt në sipërfaqet e elektrodës dhe ngadalëson shndërrimin elektrolitik të tretësirës së freskët në elektrodë. Proceset elektrolitike të promovuara në mënyrë tejzanor tregojnë një transferim të rritur të masës në solucionin në masë dhe pranë sipërfaqeve. Dridhja dhe kavitacioni tejzanor heq shtresat e pasivimit nga sipërfaqet e elektrodës dhe i mban ato përgjithmonë plotësisht efikase. Për më tepër, sonifikimi dihet se përmirëson rrugët e reagimit nga efektet sonokimike.

Ulja e tensionit omik, mbipotenciali i reaksionit dhe potenciali i dekompozimit

Tensioni i nevojshëm për elektrolizën njihet si potenciali i dekompozimit. Ultratingulli mund të ulë potencialin e nevojshëm të dekompozimit në proceset e elektrolizës.

qelizë elektrolize tejzanor

Për elektrolizën e ujit, futja e energjisë tejzanor, hendeku i elektrodës dhe përqendrimi i elektrolitit janë faktorë kyç që ndikojnë në elektrolizën e ujit dhe efikasitetin e saj.
Për një elektrolizë alkaline, përdoret një qelizë elektrolize me një zgjidhje ujore kaustike prej zakonisht 20%–40% KOH ose NaOH. Energjia elektrike aplikohet në dy elektroda.
Katalizatorët e elektrodës mund të përdoren për të përshpejtuar shpejtësinë e reagimit. Për shembull, elektrodat Pt janë të favorshme pasi reagimi ndodh më lehtë.
Artikujt e kërkimit shkencor raportojnë 10%-25% kursim të energjisë duke përdorur elektrolizën e ujit të promovuar në mënyrë ultrasonike.

Elektrolizues tejzanor për prodhimin e hidrogjenit në shkallë pilot dhe industriale

Hielscher Ultrasonics’ Përpunuesit industrialë tejzanor janë ndërtuar për funksionimin 24/7/365 nën ngarkesë të plotë dhe në procese të rënda.
Duke furnizuar sisteme të fuqishme tejzanor, sonotroda (sonda) të dizajnuara speciale, të cilat funksionojnë si transmetues elektrodë dhe valë ultratinguj në të njëjtën kohë, dhe reaktorë elektrolizë, Hielscher Ultrasonics plotëson kërkesat specifike për prodhimin e hidrogjenit elektrolitik. Të gjithë ultrasonikët industrialë dixhitalë të serisë UIP (UIP500hdT (500 watts), UIP1000hdT (1 kW), UIP1500hdT (1.5 kW), UIP2000hdT (2 kW), dhe UIP4000hdT (4kW)) janë njësi ultrasonike me performancë të lartë për aplikimet e elektrolizës.

Tabela e mëposhtme ju jep një tregues të kapacitetit të përafërt të përpunimit të ultrasonikëve tanë: