Ultrasonik ile Verimli Hidrojen Üretimi
Hidrojen, çevre dostu ve sıfır karbondioksit emisyonu nedeniyle tercih edilir alternatif bir yakıttır. Ancak, konvansiyonel hidrojen üretimi ekonomik seri üretim için verimli değildir. Ultrasonik su ve alkali su çözümleri elektroliz terfi yüksek hidrojen verimleri, reaksiyon oranı ve dönüşüm hızı ile sonuçlanır. Ultrasonik destekli elektroliz hidrojen üretimini ekonomik ve enerji verimli hale getirir.
Ultrasonik elektroliz ve elektrokoagülasyon gibi elektrokimyasal reaksiyonlar geliştirilmiş reaksiyon hızı, hız ve verimleri göstermektedir terfi etti.
Sonication ile Verimli Hidrojen Üretimi
Hidrojen üretimi amacıyla suyun ve sulu çözeltilerin elektrolizi, temiz enerji üretimi için umut verici bir süreçtir. Suyun elektrolizi, suyu hidrojen (H2) ve oksijen (O2) olmak üzere iki gaza bölmek için elektriğin uygulandığı elektrokimyasal bir işlemdir. H'yi yarmak için – O – Elektroliz ile H bağları, bir elektrik akımı su ile çalıştırılır.
Elektrolitik reaksiyon için, başka bir şekilde kendiliğinden olmayan bir reaksiyon başlatmak için doğrudan bir elektrik para birimi uygulanır. Elektroliz, O2 tek yan ürün olduğu için sıfır CO2 emisyonu ile basit, çevre dostu, yeşil bir proseste yüksek saflıkta hidrojen üretebilir.
Suyun elektrolizi ile ilgili olarak, suyun oksijen ve hidrojene bölünmesi, suyun içinden bir elektrik akımı geçirilerek elde edilir.
Negatif yüklü katottaki saf suda, katottan elektronların (e-) hidrojen katyonlarına bağışlandığı ve böylece hidrojen gazının oluştuğu bir indirgeme reaksiyonu meydana gelir. Pozitif yüklü anotta, anoda elektron verirken oksijen gazı üreten bir oksidasyon reaksiyonu meydana gelir. Bu, suyun oksijen ve pozitif yüklü hidrojen iyonları (protonlar) oluşturmak için anotta reaksiyona girdiği anlamına gelir. Böylece aşağıdaki enerji dengesi denklemi tamamlanır:
2H+ (aq) + 2e– → H2 (g) (katotta azalma)
2H2O (l) → O2 (g) + 4H+ (aq) + 4e– (anodoksidasyon)
Genel reaksiyon: 2H2O (l) → 2H2 (g) + O2 (g)
Genellikle, hidrojen üretmek için elektroliz için alkali su kullanılır. Alkali tuzları, yaygın örnekleri şunlardır: Sodyum hidroksit (NaOH, kostik soda olarak da bilinir) ve potasyum hidroksit (KOH, kostik potas olarak da bilinir). Eletkroliz için, esas olarak% 20 ila% 40 kostik çözelti konsantrasyonları kullanılır.
Hidrojen ultrasonik sentezi
Hidrojen gazı elektrolitik bir reaksiyonda üretildiğinde, hidrojen ayrışma potansiyelinde sentezlenir. Elektrotların yüzeyi, elektrokimyasal reaksiyon sırasında moleküler sahnede hidrojen oluşumunun meydana geldiği alandır. Hidrojen molekülleri elektrot yüzeyinde çekirdeklenir, böylece daha sonra hidrojen gazı kabarcıkları katot etrafında bulunur. Ultrasonik elektrotlar kullanarak aktivite empedansları ve konsantrasyon empedansı geliştirir ve su elektrolizi sırasında hidrojen kabarcıkları yükselen hızlandırır. Çeşitli çalışmalar ultrasonik hidrojen üretiminin hidrojen verimlerini verimli bir şekilde artırdığını göstermiştir.
Ultrasonik Hidrojen Elektroliz faydaları
- Daha yüksek hidrojen verimi
- Geliştirilmiş enerji verimliliği
ultrason sonuçları olarak:
- artmış kütle transferi
- Birikmiş empedanshızlandırazalma
- Azaltılmış ohmik voltaj düşüşü
- Azaltılmış reaksiyon aşırı potansiyel
- Azaltılmış ayrışma potansiyeli
- Suyun gaz giderilmesi / sulu çözelti
- Elektrot katalizörlerinin temizliği
Ultrasonik Etkileri Elektroliz üzerinde
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.
Elektrotlar Üzerinde Ultrasonik Etkisi
- Elektrot yüzeyindeki tortuların çıkarılması
- Elektrot yüzeyinin aktivasyonu
- Elektrolitlerin elektrotlara doğru ve uzak taşınması
Ultrasonik Temizleme ve Elektrot Yüzeylerinin Aktivasyonu
Kütle transferi reaksiyon hızını, hızını ve verimi etkileyen en önemli faktörlerden biridir. Elektrolitik reaksiyonlar sırasında reaksiyon ürünü, örneğin çökeltir, elektrot yüzeylerinde olduğu kadar doğrudan birikir ve elektrota taze çözeltinin elektrolitik dönüşümünün yavaşlamasını hızlandırır. Ultrasonik terfi elektrolitik süreçler toplu çözelti ve yüzeylerin yakınında artan bir kitle transferi göstermektedir. Ultrasonik titreşim ve kavitasyon elektrot yüzeylerinden pasifasyon katmanları kaldırır ve bu yüzden kalıcı olarak tam verimli tutmak. Ayrıca, sonokimyasal etkileri ile reaksiyon yollarını geliştirmek için sonifikasyon bilinmektedir.
Daha Düşük Ohmik Voltaj Düşmesi, Reaksiyon Aşırı Potansiyeli ve Ayrışma Potansiyeli
Elektrolizin oluşması için gerekli olan gerilim ayrışma potansiyeli olarak bilinir. Ultrason elektroliz süreçlerinde gerekli ayrışma potansiyelini düşürebilir.
Ultrasonik Elektroliz Hücresi
Su elektrolizi için, ultrasonik enerji girişi, elektrot boşluğu, ve elektrolit konsantrasyonu su elektrolizi ve etkinliğini etkileyen önemli faktörlerdir.
Alkali elektroliz için genellikle -@ KOH veya NaOH sulu kostik çözeltisi olan bir elektroliz hücresi kullanılır. Elektrik enerjisi iki elektrota uygulanır.
Elektrot katalizörler reaksiyon hızını hızlandırmak için kullanılabilir. Örneğin, reaksiyon daha kolay meydana geldiğinden Pt elektrotlar elverişlidir.
Bilimsel araştırma makaleleri rapor 10%-25% su ultrasonik teşvik elektroliz kullanarak enerji tasarrufu.
Pilot ve Endüstriyel Ölçekte Hidrojen Üretimi için Ultrasonik Elektrolizler
Hielscher Ultrasonics’ endüstriyel ultrasonik işlemciler tam yük altında ve ağır işlerde 24/7/365 operasyon için inşa edilmiştir.
Güçlü ultrasonik sistemleri sağlayarak, özel tasarlanmış sonotrodes (problar), aynı anda elektrot ve ultrason dalga verici olarak işlev, ve elektroliz reaktörler, Hielscher Ultrasonics elektrolitik hidrojen üretimi için özel gereksinimleri karşılar. UIP serisinin tüm dijital endüstriyel ultrasonicators (UIP500hdT (500 watt), UIP1000hdT (1kW), Uıp1500hdt (1.5kW), UIP2000hdT (2kW) ve Uıp4000hdt (4kW)) elektroliz uygulamaları için yüksek performanslı ultrasonik birimler.
Aşağıdaki tablo size bizim ultrasonicators yaklaşık işleme kapasitesinin bir göstergesidir:
|Numune Hacmi
|Akış Oranı
|Önerilen Cihaz
|00,02 ile 5L arasında
|00,05 ila 1L/dk
|UIP500hdT
|00,05 ile 10L arasında
|0.1 ile 2L/dk arasında
|UIP1000hdT
|00,07 ile 15L arasında
|00,15 ila 3L/dk
|Uıp1500hdt
|0,1 - 20L
|0,2 - 4L/min
|UIP2000hdT
|10 - 100L
|2 - 10L/min
|Uıp4000hdt
Bizimle iletişime geçin! / Bize sor!
Bilinmesi Gereken Gerçekler
Hidrojen nedir?
Hidrojen, H sembolü ve atom numarası 1 olan kimyasal elementtir. Standart atom ağırlığı 1.008 olan hidrojen, periyodik tablodaki en hafif elementtir. Hidrojen evrendeki en bol bulunan kimyasal maddedir ve tüm baryonik kütlenin yaklaşık u'ini oluşturur. H2, iki hidrojen atomu birbirine bağlanıp hidrojen molekülü haline geldiğinde oluşan bir gazdır. H2 aynı zamanda moleküler hidrojen olarak da adlandırılır ve diatomik, homonükleer bir moleküldür. İki proton ve iki elektrondan oluşur. Nötr bir yüke sahip olan moleküler hidrojen kararlıdır ve bu nedenle hidrojenin en yaygın formudur.
Hidrojen endüstriyel ölçekte üretildiğinde, buhar reformu yapan doğal gaz en yaygın kullanılan üretim şeklidir. Alternatif bir yöntem suyun elektrolizidir. Çoğu hidrojen, ikinci kullanım alanının yakınında, örneğin fosil yakıt işleme tesislerinin (örneğin, hidrokraking) ve amonyak bazlı gübre üreticilerinin yakınında üretilir.
Edebiyat / Referanslar
- Sherif S. Rashwan, Ibrahim Dincer, Atef Mohany, Bruno G. Pollet (2019): The Sono-Hydro-Gen process (Ultrasound induced hydrogen production): Challenges and opportunities. International Journal of Hydrogen Energy, Volume 44, Issue 29, 2019, 14500-14526.
- Islam Md H., Burheim Odne S., Pollet Bruno G. (2019): Sonochemical and sonoelectrochemical production of hydrogen. Ultrasonics Sonochemistry 51, 2019. 533–555.
- Bruno G. Pollet; Faranak Foroughi; Alaa Y. Faid; David R. Emberson; Md.H. Islam (2020): Does power ultrasound (26 kHz) affect the hydrogen evolution reaction (HER) on Pt polycrystalline electrode in a mild acidic electrolyte? Ultrasonics Sonochemistry Vol. 69, December 2020.
- Cherepanov, Pavel; Melnyk, Inga; Skorb, Ekaterina V.; Fratzl, P.; Zolotoyabko, E.; Dubrovinskaia, Natalia; Dubrovinsky, Leonid Avadhut, Yamini S.; Senker, Jürgen; Leppert, Linn; Kümmel, Stephan; Andreeva, Daria V. (2015): The use of ultrasonic cavitation for near-surface structuring of robust and low-cost AlNi catalysts for hydrogen production. Green Chemistry Issue 5, 2015. 745-2749.