Получение водорода электролизом воды / Публикации / Элек.ру

Получение чистого водорода путем электролиза воды — самая очевидная и эффективная технология, и один из наиболее перспективных способов получения альтернативного топлива. Водород добывают из любого водного раствора, а при сгорании он превращается обратно в воду.

По сравнению с прочими методами получения водорода, электролиз воды отличается целым рядом преимуществ. Во-первых, в ход идет доступное сырье — деминерализованная вода и электроэнергия. Во-вторых, во время производства отсутствуют загрязняющие выбросы. В-третьих, процесс целиком автоматизирован. Наконец, на выходе получается достаточно чистый (99,99%) продукт. Из всех методов электролиза наиболее перспективным считают высокотемпературный электролиз (себестоимость водорода от 2,35 до 4,8 $/кг). Его следует иметь на технологическом вооружении, поскольку при определенных экономических условиях он может быть использован в крупнопромышленном масштабе.

Электролизом воды называется физико-химический процесс, при котором под действием постоянного электрического тока дистиллированная вода разлагается на кислород и водород. В результате разделения на части молекул воды, водорода по объему получается вдвое больше, чем кислорода. Эффективность электролиза такова, что из 500 мл воды получается около кубометра обоих газов с затратами около 4 квт/ч электрической энергии.

Технологический ток для протекания процесса электролиза воды для получения водорода и кислорода получается, как правило, при помощи промышленного выпрямителя с необходимыми рабочими параметрами, Обычно это напряжение до 90В и силой тока до 1500 А. Подходящим агрегатом является Пульсар СМАРТ.

На электронном дисплее выпрямителя Пульсар СМАРТ или в специальном ПО для компьютера можно контролировать все стадии процесса производства, что позволяет оператору следить за параметрами, и круглосуточно журналировать протекание технологического процесса. Полностью автоматическая работа, включающая непрерывный мониторинг всех параметров для безаварийного функционирования без надзора оператора. Все параметры, касающиеся напряжения и силы тока постоянно измеряются и контролируются микропроцессором выпрямителя. Более того, все контролируемые параметры фиксируются устройством, которое в случае сбоя или отклонения может автоматически остановить процесс и сигнализирует об этом при помощи световой колонны.

Выпрямители тока серии Пульсар СМАРТ разработаны в соответствии с самыми высокими требованиями промышленной эффективности и международными стандартами. При этом технологическое программное обеспечение допускает гибкую адаптацию к требованиям Заказчика, и постоянно совершенствуется.

Перовскиты помогут дешево и эффективно получить водород из воды

Karuturi et al. / Advanced Energy Materials, 2020

Австралийские материаловеды научились эффективно получать водород из воды без использования дорогостоящих полупроводниковых материалов. Они использовали фотокатод из текстурированного кремния и соединили его с широкозонным перовскитным солнечным элементом, расположив солнечные элементы друг под другом. Эффективность преобразования солнечной энергии в водород составила 17,6 процентов. Результаты исследования опубликованы в журнале

Advanced Energy Materials.

Использование солнечной энергии для получения водорода из воды — технология, которая в перспективе позволит решить две проблемы одновременно: запасание нестабильной солнечной энергии впрок и получение экологически чистого топлива с высокой плотностью энергии. Для выхода на рынок такие преобразователи должны показывать эффективность не менее 20 процентов, при стоимости водорода не выше 4 долларов за килограмм.
Использовать солнечную энергию для получения водорода можно несколькими способами. В фотовольтаических преобразователях солнечный элемент соединен с ячейкой для электролиза, и солнечный свет преобразуется в электроэнергию, которая расходуется на электролиз водных растворов с образованием водорода и кислорода на электрокатализаторах.

В фотоэлектрохимических преобразователях один или оба электрода состоят из полупроводниковых материалов. При облучении светом в полупроводнике образуются электроны и дырки, которые напрямую участвуют в реакциях образования водорода и кислорода. Считается, что фотоэлектрохимические преобразователи в перспективе будут дешевле (в них используются более дешевые катализаторы), но есть у таких устройств и серьезный недостаток.

Дело в том, что лучше всего для получения водорода подходят полупроводники с шириной запрещенной зоны около 2 электрон-вольт. Однако, такой полупроводник поглощает только самую коротковолновую (высокоэнергетическую) часть солнечного излучения, поэтому общая эффективность устройств априори будет невысока. Для преодоления этой проблемы можно соединить фотоэлектрод с солнечным элементом — то есть по сути объединить фотовольтаический и фотоэлектрохимический преобразователь в одном устройстве. В этом случае солнечный элемент обеспечивает ток и напряжение смещения, и эффективность преобразования возрастает. Ученым удалось получить тандемный фотоэлектрохимический преобразователь на основе арсенида галлия с эфективностью 19 процентов. Но из-за высокой стоимости арсенида галлия такие преобразователи не подходят для промышленного использования.

Материаловеды под руководством Шивы Кришны Карутури (Siva Krishna Karuturi) и Хепина Шэня (Heping Shen) из Австралийского Национального Университета разработали тандемный фотоэлектрохимический преобразователь без использования арсенида галлия и других дорогостоящих полупроводников. Фотокатод они сделали из кремния n-типа с поверхностью, текстурированной в виде пирамид — это улучшает поглощение света и увеличивает площадь соприкосновения с раствором электролита. На сторону электрода, которая была погружена в раствор, нанесли тонкий слой платинового катализатора, а на противоположную сторону, которая поглощала солнечный свет — противоотражательное покрытие из нитрида кремния и металлические контакты. Когда такой кремниевый фотокатод поглощает солнечное излучение, в его зоне проводимости генерируются электроны, которые затем реагируют с катионами Н

+, восстанавливая их до молекулярного водорода.

Конструкция и принцип работы тандемного солнечно-водородного преобразователя

Karuturi et al. / Advanced Energy Materials, 2020

Кремниевый фотокатод был соединен с солнечным элементом на основе недорогого и простого в получении перовскитного полупроводника. Элементы были расположены в виде тандема (друг под другом) — сначала солнечный луч проходит сквозь полупрозрачный перовскитный солнечный элемент с большей шириной запрещенной зоны, а затем через кремниевый. Перовскит поглощает фотоны с высокой энергией и пропускает фотоны с низкой энергией, которые потом поглощаются в кремниевом полупроводнике. Тандемная конфигурация позволяет максимально использовать освещаемую солнцем площадь — это важно для промышленного применения солнечных модулей. Конструкция таких солнечных элементов требует соблюдения дополнительных условий: в частности, надо правильно подобрать толщину и значение запрещенной зоны перовскита, чтобы кремниевый элемент получил достаточно излучения и на нем образовалось достаточно электронов и дырок. Если бы авторы не соблюдали это условие и расположили перовскитный и кремниевый элементы рядом, им было бы проще добиться высокой эффективности, но при промышленном использовании такая ячейка заняла бы вдвое больше освещаемого солнцем места, то есть фактически ее эффективность надо было бы разделить на два.Для того, чтобы добиться оптимальной эффективности, авторы испробовали несколько перовскитных материалов разного состава и с разными значениями запрещенной зоны и остановились на широкозонном смешанном перовските Cs

0.10Rb_0.05FA_0.75MA_0.15PbI_1.8Br_1.2. Благодаря большой величине запрещенной зоны перовскита (1,75 электрон-вольт), на расположенный под ним кремниевый солнечный элемент попадало больше фотонов, и фототок на нем был на 29 процентов выше, чем в случае стандартного перовскита с запрещенной зоной около 1,4 электрон-вольт.

Общая эффективность преобразования солнечной энергии в энергию водородного топлива составила 17,6 процента, устройства выдерживали трое суток непрерывного облучения солнцем. Такие показатели — большой шаг вперед для перовскитных фотоэлектрохимических преобразователей: ранее такие устройства не демонстрировали эффективность выше 10 процентов.

 В дальнейшем авторы работы собираются заменить платиновый катализатор на более дешевый аналог. Теоретическое моделирование, которое они провели, показывает, что фотоэлектрохимический преобразователь может достичь эффективности в 20 процентов даже без платинового катализатора. Для этого нужно повысить фактор заполнения перовскитного солнечного элемента — параметр, который характеризует качество солнечного элемента, в частности вклад омических потерь — с 67 до 80 процентов. Стандартные (неширокозонные) перовскитные солнечные элементы с таким фактором заполнения уже удавалось получить нескольким коллективам ученых, поэтому можно ожидать, что и для широкозонных перовскитов это значение скоро будет достигнуто.

Два месяца назад американские и китайские химики разработали прототип электролизера, который вообще не содержит дорогих материалов. Авторы отказались не только от катализатора из металлов платиновой группы (вместо них использовали наностержни оксида кобальта), но и от полимерных транспортных слоев в перовскитном солнечном элементе, а для инкапсуляции использовали коммерческую упаковочную пленку. Правда эффективность такого устройства была невысокой — 6,7 процентов.

Наталия Самойлова

Найден способ получать водород из воды без затрат электроэнергии

Водородное топливо — отличная альтернатива углеводородному: при сжигании чистого водорода образуется только энергия и вода, и никаких вредных продуктов. Но быстро перейти на водородное топливо мешают сложности с его получением. В отличие от углеводородов, щедро разбросанных под землёй по всей планете, водород нельзя извлекать из недр: в чистом виде его нет нигде на планете. Получают его либо из углеводородов, либо из воды.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Получение водорода из углеводородов — это в основном конверсия метана, то есть очищенного природного газа. Получается, что для производства «чистого» топлива нужно запустить не самый экологичный технологический процесс, в качестве побочного продукта дающий крайне вредный угарный газ.

Выделение водорода из воды — более экологичный процесс, но для него нужна электроэнергия, большую часть которой во всём мире по-прежнему получают, сжигая уголь, нефть и природный газ и выбрасывая в атмосферу множество загрязнителей.

Исследователи из Королевского мельбурнского исследовательского университета (Австралия), Массачусетского технологического института и Кембриджа нашли способ получать водород из воды без затрат электроэнергии. Реакция отщепления водорода от кислорода в молекуле воды запускается под действием солнечного света в присутствии фотокатализатора.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

В качестве фотокатализатора учёные использовали сульфид молибдена — аморфную субстанцию с общей формулой MoSx, отлично впитывающую водяной пар из воздуха, а на солнце запускающую процесс разложения воды с образованием свободного водорода. Добавив к сульфиду молибдена порошок наночастиц диоксида титана, учёные получили род чернил, которые легко наносятся на любые поверхности — например, на стекло и пластик, — и образуют прочную плёнку. Покрыв такой плёнкой любую открытую солнечным лучам поверхность, можно получать водород из насыщенного влагой воздуха где угодно, утверждают авторы исследования.

Исследование опубликовано в журнале ACS Nano.

Ученые научились получать водород из воды — Российская газета

Ученые Стэнфордского университета создали «расщепитель» воды, способный 24 часа в сутки и семь дней в неделю производить из воды водород и кислород. По словам ученых, это своего рода мировой рекорд. Но самое главное, что цена этого водорода намного ниже, чем у всех существующих сегодня электролизеров. Дело в том, что в них применяются дорогие катализаторы — как правило платина и иридий, на которых и протекает реакция электролиза. Кроме этого, электроды находятся в электролитах, разделенных дорогостоящей мембраной, обеспечивающей ионную электрическую проводимость. Словом высокая цена оставалась главным препятствием для водородной революции на транспорте, которую вот уже лет 20 обещают энтузиасты водорода.

Созданный американскими учеными намного дешевле, он сделан из оксида железа-никеля. Электролизер расщепляет воду при потенциале всего в 1,5 вольта, а его эффективность при комнатной температуре имеет беспрецедентное значение — 82 процента.

Ключом к созданию высокоэффективного и простого катализатора стали ионы лития, которые позволили «расколоть» слой оксида железа-никеля на очень мелкие частички. В итоге намного увеличилась площадь поверхности, на которой проходит реакция расщепления воды, и к тому же она стала более активной. «Кроме этого, частички оксида хорошо связаны друг с другом, что обеспечивает высокую электрическую проводимость электрода в целом», — говорит автор разработки профессор И Куи.

Водород уже давно считается одним из самых перспективных видов альтернативного топлива. Но методы получения водорода из воды путем электролиза до последнего времени были экономически не выгодны и, поэтому, не получили широкого распространения. Созданная в Стэнфорде технология может стать бесконечным источником экологически чистого водородного топлива для различных видов транспорта и для промышленных нужд. Профессор Куи уверен, что такие же принципы могут стать основой создания катализаторов, предназначенных для других реакций, нежели электрохимическое расщепление воды на водород и кислород.

Проблема зеленого водорода, о которой никто не говорит

Гигаватт за гигаваттом зеленой водородной мощности планируется построить в Европе, Азии и Австралии. По мнению сторонников этой технологии, зеленый водород — тот, который вырабатывается электролизом на солнечных батареях, ветре и других возобновляемых источниках энергии, — является лучшим способом обезуглероживания тяжелых загрязнителей окружающей среды.  Сейчас много говорят о снижении стоимости солнечной и ветровой энергии и о том, как они очень скоро сделают зеленый водород жизнеспособным. Кажется, никто не хочет говорить о воде. Электролиз — это процесс расщепления воды на составляющие элементы — водород и кислород — с помощью электрического тока. Этот процесс осуществляется в установке, называемой электролизером. Когда сторонники водорода говорят о блестящем будущем технологии, они сосредотачиваются на затратах, связанных с электричеством, необходимым для электролиза. Но для электролиза, кроме электричества, нужна вода.

Тонны воды — буквально.

Для производства одной тонны водорода путем электролиза требуется в среднем девять тонн воды. Но чтобы получить эти девять тонн воды, недостаточно просто перенаправить течение ближайшей реки. Вода, которую электролизер расщепляет на составные элементы, требует очистки.

В свою очередь, процесс очистки воды довольно расточителен. Системам очистки воды обычно требуется около двух тонн загрязненной воды для производства одной тонны очищенной воды.  Другими словами, на одну тонну водорода на самом деле нужно не девять, а 18 тонн воды. С учетом потерь соотношение приближается к 20 тоннам воды на 1 тонну водорода.

Говоря об очистке воды, химики-органики объясняют, что самый простой способ сделать это — дистиллировать. Этот метод дешев, потому что для него требуется только электричество, но он не быстрый. Что касается стоимости электроэнергии, то для дистилляции литра воды требуется 2,58 мегаджоулей энергии, что в среднем составляет 0,717 кВтч.

На первый взгляд это не так уж и много, но давайте посмотрим, как все выглядит в большем масштабе. Германия — страна с самыми амбициозными планами в отношении зеленого водорода. Стоимость электроэнергии для небытовых потребителей в Германии в прошлом году составляла в среднем 0,19 доллара (0,16 евро) за кВтч. Таким образом, при уровне потребления энергии 0,717 кВтч перегонка литра воды будет стоить 0,14 доллара (0,1147 евро). За тонну воды это будет 135,14 доллара (114,72 евро).

Однако для производства одной тонны водорода для электролиза требуется 18 тонн воды, не считая потерь во время процесса. Это означает, что стоимость очистки воды для производства тонны водорода составит 2432 доллара (2065 евро). Это основано на предположении, что вода будет очищаться самым дешевым из доступных методов. Существуют и другие, гораздо более быстрые, но более дорогие методы с использованием ионообменных смол или молекулярного сита. Другие альтернативы дистилляции, по мнению химиков, на данном этапе ненадежны.

Таким образом, обеспечение правильного типа воды для гидролиза стоит денег, и хотя 2400 долларов за тонну водорода могут показаться не такими уж большими, стоимость очистки воды — не единственные связанные с водой расходы в технологии, которая направлена ​​на получение водорода из возобновляемых источников. Вода, подаваемая в электролизер, не только чистая, но и транспортируется к нему.

Транспортировка тонны за тонной воды к месту установки электролизера означает большие затраты на логистику. Чтобы их сократить, имеет смысл выбрать место, где много воды, например, у реки или моря, или, в качестве альтернативы, рядом с водоочистными сооружениями. Это ограничивает выбор мест, подходящих для крупных электролизеров. Но поскольку электролизер, чтобы быть экологически чистым, должен получать энергию от возобновляемых источников энергии, он также должен располагаться поблизости от солнечной или ветряной электростанции. Их, как мы знаем, невозможно построить где-либо; солнечные фермы наиболее рентабельны в местах с большим количеством солнечного света, а ветряные электростанции лучше всего работают в местах с сильным ветром.

Излишне говорить, что эти места, как правило, не расположены близко к водным путям, за исключением морского ветра, который кажется идеальным для производства зеленого водорода. К сожалению, морской ветер также является наиболее затратной формой из трех возобновляемых источников — солнечной энергии, берегового ветра и морского ветра — обычно упоминаемых в контексте производства зеленого водорода.  По данным Rystad Energy, капитальные затраты на оффшорную ферму в два раза выше, чем у ее наземного аналога, и в четыре раза выше, чем затраты на сопоставимую солнечную установку.

Не все затраты, связанные с производством водорода из возобновляемых источников энергии, являются затратами на эти возобновляемые источники энергии. Вода — это товар, в котором нуждается этот процесс, и немного странно, что никто, кажется, не хочет обсуждать стоимость воды.

Возможно, стоимость водоснабжения, хранения и очистки незначительна по сравнению с другими затратами, которые необходимо решить в первую очередь. Тем не менее, это фактические затраты, которые следует добавить к общей сумме при оценке того, насколько далеко продвинулась технология производства водорода из возобновляемой электроэнергии и насколько она стала жизнеспособной.

На данный момент эксперты, похоже, единодушны в том, что это нежизнеспособно — не без значительной государственной поддержки.

Почему мы до сих пор не умеем делать воду — и как научиться ее беречь

5 августа 2019

Лето — разве не идеальное время, чтобы бросить побольше льда в лимонад, наполнить бассейн и почаще принимать долгий, освежающий душ? Если коротко — то нет.

На самом деле, когда мы все наслаждаемся прекрасной погодой, легко забыть о важности экономии воды. Но разве не было бы проще, если бы мы могли просто делать воду с нуля? В конце концов, сегодня мы можем изготавливать самые разнообразные вещи — от бриллиантов до бургеров.

Н-2-О нет!

Теоретически, сделать воду должно быть легко. Надо лишь взять два атома водорода и соединить с атомом кислорода — разве это может быть сложно? Оказывается, может — и даже очень.

Просто смешав водород с кислородом, воду вы не получите — для того, чтобы их соединить, нужна энергия. Проблема с добавлением в это уравнение энергии заключается в том, что масштабная химическая реакция легковоспламеняющегося водорода и кислорода (который как раз и поддерживает горение) может привести к довольно большому взрыву. Поэтому опасности в этой затее больше, чем пользы.

Если мы не можем просто сделать воду из ее атомов, есть ли другие способы ее создать? В последнее время ученые сосредотачиваются на получении воды из воздуха и использовании для этого влажности. К сожалению, большинство таких исследований находятся на ранних стадиях и проводятся в небольших масштабах. То есть, бороться с нехваткой воды и засухой таким образом сейчас, безусловно, нельзя.

Настоящая жажда

Однако засуха — не единственная причина, почему мы работаем над тем, чтобы научиться делать воду. Население Земли постоянно увеличивается — и спрос на воду также растет.

Кроме того, в мире до сих пор есть места, где нет доступа к чистой воде. Хотя около 71% поверхности Земли — это вода, большая ее часть — это соленая вода, то есть не питьевая. Лишь 2% воды на Земле является пресной и безопасной для питья, и более половины ее находится в полярных ледяных шапках, откуда мы не можем ее получить. В то же время много чистой, питьевой воды мы теряем просто потому, что воспринимаем ее как должное.

Нам так легко получить воду у себя дома и на работе, что мы забываем, что это ограниченный ресурс и однажды он, вполне вероятно, закончится. По всем этим причинам поиск новых способов создания воды становится все более актуальным.

Голубая планета №2?

Підпис до фото,

Можем ли мы добывать воду на других планетах?

Ученые заинтересованы не только в создании и сборе воды на Земле. На самом деле, их исследования распространяются на самые удаленные уголки космоса. Сейчас астронавты NASA полагаются на свою Систему восстановления воды (Water Recovery System) для переработки водорода и углекислого газа в космосе для получения воды (и метана). В космосе у них нет дождя и водоемов, которые есть здесь у нас, поэтому количество воды еще более ограничено. Было бы почти идеально, если бы мы могли брать воду из космоса — но насколько это реально?

В прошлом году ученые обнаружили доказательства наличия льда на так называемой темной стороне Луны. Ранее подобные образования льда находили и на других планетах, например на Меркурии. Не трудно представить, как сильно это взволновало научное сообщество. Возможность брать воду с Луны и других планет не только открывает водные ресурсы за пределами Земли, но также дает возможность дальнейшего исследования космоса.

Но лед — не единственный водный ресурс в космосе. На Марсе есть ряд возможных источников воды — нам просто нужно найти способ ее добычи. Например, воду можно было бы собирать из атмосферы, из почвы или даже добывать из полезных ископаемых — возможности бесконечны. К сожалению, наши технологии еще не настолько развиты.

А может, начать с того, чтобы беречь то, что имеем?

Поэтому, возможно, вода — это не столь ограниченный ресурс, как мы считали изначально. Но пока возможность получать воду в глобальном или даже планетарном масштабе все еще недоступна.

Так что же мы можем сделать для сохранения воды, которая уже есть? Самое главное — не воспринимать воду как должное. Вот пять полезных советов, которые помогут вам уменьшить количество потребляемой воды:

• Не принимайте душ слишком долго. В жаркую погоду понятно желание принимать душ чаще. Однако, когда вы его принимаете, делайте это недолго, или даже замените долгий душ частично наполненной ванной.
• Не оставляйте кран открытым, когда в этом нет необходимости. Чаще всего так происходит, когда вы чистите зубы или умываетесь — но подумайте, что вся эта вода просто стекает в канализацию!
• Используйте стиральную или посудомоечную машины только с полной загрузкой. Одна полная загрузка экономит гораздо больше воды, чем две или три частичных.
• Не поливайте газон и растения избыточно. А также поливайте их в прохладное время суток — например, вечером вода не испаряется на солнце, поэтому расходуется меньше.
• Держите бутылку с водой в холодильнике, а не ждите, пока из крана потечет холодная.

В среднем человек использует около 9 000 литров воды в год — этого достаточно для наполнения двух бензиновых цистерн! Еще страшнее думать, что, по прогнозам, к 2025 году более 60% людей будут иметь ограниченный доступ к пресной воде.

Даже самая незначительная экономия воды может иметь огромное значение — если в ней будет участвовать большое количество людей.

Обзор генераторов водородной воды BORK — читайте на сайте BORK

Водородная вода — это жидкость, обогащенная газообразным молекулярным водородом. Польза водородной воды заключается в способности подавлять окислительные процессы. При попадании в организм такая вода замедляет реакции окисления в клетках. Растворенный в жидкости свободный водород, связывается с радикалами и препятствует нарушению процесса клеточного развития.

Генератор водородной воды: преимущества использования

Обогащенная водородом жидкость:

• стимулирует скорость обменных процессов;
• насыщает кислородом клетки крови;
• замедляет клеточное старение.

Регулярное употребление водородной воды повышает сопротивляемость организма бактериальным и вирусным воздействиям, улучшает общее самочувствие. Рекомендуется пить такую воду во время занятий спортом, при снижении веса, а также в профилактических и оздоровительных целях. Водородная вода активно используется в косметологии для создания тоников, масок и кремов для лица.

Генераторы воды с доставкой

В интернет-магазине Bork вы можете купить портативные генераторы водородной воды, разработанные в Японии. Это устройства в компактном алюминиевом корпусе со встроенным аккумулятором. Принцип действия приборов основан на электролизе. Под воздействием электрического заряда в воде разрушаются молекулярные связи, после чего начинается высвобождение водорода. В результате этой электрохимической реакции не выделяются никакие побочные продукты. Водородную воду можно пить сразу, без дополнительной фильтрации.

Благодаря легким беспроводным устройствам вы сможете самостоятельно обогащать водородом обычную воду в домашних условиях. Особенности представленных в каталоге приборов:

• компактные размеры, небольшой вес;
• отсутствие проводов;
• возможность подключения с помощью USB-кабеля;
• минимальное время насыщения — одна или три минуты.

Девайсы работают от встроенных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 60 циклов обогащения воды. Герметичные металлические колбы хорошо сохраняют полезные свойства жидкости. Небольшого объема 120 мл достаточно для приготовления разовой порции для питья.

Заказать портативный генератор водородной воды вы можете онлайн на нашем сайте. Оформите заказ, выберите способ оплаты и получения покупки. Мы доставляем товары по всей России.

Генератор водородной воды BORK HW600 gg

• Водородная вода как мощный антиоксидант
• Насыщение водородом всего за 1 минуту
• Компактный алюминиевый корпус с базой для подзарядки
• Разработан и сделан в Японии

39 тыс. р.

Купить

Вы можете выбрать и приобрести в интернет-бутике BORK или в фирменных бутиках.

Обзор пылесосов BORK Как выбрать очиститель воздуха

Производство водорода: электролиз | Министерство энергетики

Как это работает?

Подобно топливным элементам, электролизеры состоят из анода и катода, разделенных электролитом. Различные электролизеры работают по-разному, в основном из-за разного типа материала электролита и ионных частиц, которые он проводит.

Мембранные электролизеры с полимерным электролитом

В электролизере с мембраной с полимерным электролитом (PEM) электролит представляет собой твердый специальный пластик.

• Вода реагирует на аноде с образованием кислорода и положительно заряженных ионов водорода (протонов).
• Электроны проходят через внешнюю цепь, а ионы водорода избирательно перемещаются через PEM к катоду.
• На катоде ионы водорода объединяются с электронами из внешней цепи с образованием газообразного водорода. Анодная реакция: 2H ₂ O → O ₂ + 4H ⁺ + 4e ^— Катодная реакция: 4H ⁺ + 4e ^— → 2H ₂

Электролизеры щелочные

Щелочные электролизеры работают за счет переноса гидроксид-ионов (OH ^— ) через электролит от катода к аноду с образованием водорода на катодной стороне.Электролизеры, использующие жидкий щелочной раствор гидроксида натрия или калия в качестве электролита, коммерчески доступны в течение многих лет. Новые подходы, использующие твердые щелочно-обменные мембраны (AEM) в качестве электролита, перспективны в лабораторных условиях.

Электролизеры на твердом оксиде

Твердооксидные электролизеры, в которых в качестве электролита используется твердый керамический материал, который избирательно проводит отрицательно заряженные ионы кислорода (O ^2-) при повышенных температурах, генерируют водород несколько иначе.

• Пар на катоде объединяется с электронами из внешнего контура с образованием газообразного водорода и отрицательно заряженных ионов кислорода.
• Ионы кислорода проходят через твердую керамическую мембрану и реагируют на аноде с образованием газообразного кислорода и генерации электронов для внешнего контура.

Твердооксидные электролизеры должны работать при температурах, достаточно высоких, чтобы твердооксидные мембраны функционировали должным образом (около 700-800 ° C, по сравнению с электролизерами PEM, которые работают при 70-90 ° C, и коммерческими щелочными электролизерами, которые обычно работать при температуре ниже 100 ° C).Усовершенствованные лабораторные твердооксидные электролизеры на основе протонпроводящих керамических электролитов обещают снизить рабочую температуру до 500–600 ° C. Электролизеры на твердом оксиде могут эффективно использовать тепло, доступное при этих повышенных температурах (из различных источников, включая ядерную энергию), для уменьшения количества электроэнергии, необходимой для производства водорода из воды.

Почему рассматривается этот путь?

Электролиз — это ведущий путь производства водорода для достижения цели Hydrogen Energy Earthshot по снижению стоимости чистого водорода на 80% до 1 доллара за 1 килограмм за 1 десятилетие («11 11»).Водород, произведенный посредством электролиза, может привести к нулевым выбросам парниковых газов, в зависимости от источника используемой электроэнергии. Источник необходимой электроэнергии, включая ее стоимость и эффективность, а также выбросы в результате производства электроэнергии, необходимо учитывать при оценке выгод и экономической целесообразности производства водорода посредством электролиза. Во многих регионах страны сегодняшняя электросеть не идеальна для обеспечения электроэнергией, необходимой для электролиза, из-за выделяемых парниковых газов и количества топлива, необходимого из-за низкой эффективности процесса производства электроэнергии.Производство водорода посредством электролиза используется для возобновляемых источников энергии (ветровой, солнечной, гидро-, геотермальной) и ядерной энергии. Эти способы производства водорода приводят к практически нулевым выбросам парниковых газов и загрязняющих веществ; тем не менее, необходимо значительно снизить производственные затраты, чтобы быть конкурентоспособными с более зрелыми углеродными технологиями, такими как риформинг природного газа.

Потенциал для синергизма с производством электроэнергии из возобновляемых источников
Производство водорода посредством электролиза может предложить возможности для синергизма с динамическим и прерывистым производством электроэнергии, что характерно для некоторых технологий возобновляемых источников энергии.Например, несмотря на то, что стоимость энергии ветра продолжает снижаться, присущая ветру изменчивость является препятствием для эффективного использования энергии ветра. Водородное топливо и производство электроэнергии могут быть интегрированы в ветряную электростанцию, что позволит гибко менять производство, чтобы наилучшим образом согласовать наличие ресурсов с эксплуатационными потребностями системы и рыночными факторами. Кроме того, во времена избыточного производства электроэнергии ветряными электростанциями вместо того, чтобы сокращать потребление электроэнергии, как это обычно делается, можно использовать это избыточное электричество для производства водорода путем электролиза.

Важно отметить …

• Сегодняшняя электросеть не является идеальным источником электроэнергии для электролиза, поскольку большая часть электроэнергии вырабатывается с использованием технологий, которые приводят к выбросам парниковых газов и являются энергоемкими. Производство электроэнергии с использованием технологий возобновляемой или ядерной энергии, либо отдельно от сети, либо в качестве растущей части структуры сети, является возможным вариантом преодоления этих ограничений для производства водорода посредством электролиза.
• Министерство энергетики США и другие продолжают усилия по снижению стоимости производства электроэнергии из возобновляемых источников и развитию более эффективного производства электроэнергии на основе ископаемого топлива с улавливанием, использованием и хранением углерода. Например, производство ветровой электроэнергии быстро растет в Соединенных Штатах и ​​во всем мире.

Исследования направлены на преодоление трудностей

• Достижение целевого показателя затрат на чистый водород Hydrogen Shot в размере 1 долл. США / кг H ₂ к 2030 г. (и промежуточного целевого показателя 2 долл. США / кг H ₂ к 2025 г.) за счет лучшего понимания компромиссов между производительностью, стоимостью и долговечностью электролизера системы в прогнозируемых будущих динамических режимах работы, использующие электроэнергию без CO ₂ .
• Снижение капитальных затрат на электролизер и остальную часть системы.
• Повышение энергоэффективности преобразования электроэнергии в водород в широком диапазоне рабочих условий.
• Повышение уровня понимания процессов деградации электролизных ячеек и батарей и разработка стратегий смягчения последствий для увеличения срока эксплуатации.

Центр обработки данных по альтернативным видам топлива: производство и распределение водорода

Несмотря на то, что водород присутствует в большом количестве на Земле как элемент, он почти всегда присутствует в составе другого соединения, такого как вода (H ₂ O) или метан (CH ₄ ), и должен быть разделен на чистый водород (H _2). ) для использования в электромобилях на топливных элементах.Водородное топливо соединяется с кислородом воздуха через топливный элемент, создавая электричество и воду в результате электрохимического процесса.

Производство

Водород можно производить из различных внутренних ресурсов, включая ископаемое топливо, биомассу и электролиз воды с помощью электричества. Воздействие водорода на окружающую среду и энергоэффективность зависят от того, как он производится. Реализуется несколько проектов по снижению затрат, связанных с производством водорода.

Есть несколько способов производства водорода:

• Риформинг / газификация природного газа: Синтез-газ, смесь водорода, окиси углерода и небольшого количества двуокиси углерода, образуется в результате реакции природного газа с высокотемпературным паром.Окись углерода реагирует с водой с образованием дополнительного водорода. Этот метод самый дешевый, эффективный и самый распространенный. На конверсию природного газа с использованием пара приходится большая часть водорода, ежегодно производимого в Соединенных Штатах.

  Синтез-газ также может быть создан путем реакции угля или биомассы с высокотемпературным паром и кислородом в газификаторе под давлением, который преобразуется в газообразные компоненты — процесс, называемый газификацией . Полученный синтез-газ содержит водород и монооксид углерода, который реагирует с водяным паром для отделения водорода.

• Электролиз: Электрический ток расщепляет воду на водород и кислород. Если электричество производится из возобновляемых источников, таких как солнце или ветер, образующийся водород также будет считаться возобновляемым и имеет множество преимуществ по выбросам. Набирают обороты проекты по производству водорода, когда избыточная возобновляемая электроэнергия, если таковая имеется, используется для производства водорода посредством электролиза.

• Возобновляемый жидкий риформинг: Возобновляемое жидкое топливо, такое как этанол, реагирует с высокотемпературным паром с образованием водорода вблизи точки конечного использования.

• Ферментация: Биомасса превращается в сырье, богатое сахаром, которое можно ферментировать для получения водорода.

Ряд методов производства водорода находятся в стадии разработки:

Основными производителями водорода являются Калифорния, Луизиана и Техас. Сегодня почти весь водород, производимый в Соединенных Штатах, используется для очистки нефти, обработки металлов, производства удобрений и обработки пищевых продуктов.

Основной задачей производства водорода является снижение стоимости технологий производства, чтобы сделать получаемый водород конкурентоспособным по стоимости по сравнению с обычным транспортным топливом.Государственные и отраслевые научно-исследовательские и опытно-конструкторские проекты снижают стоимость, а также воздействие на окружающую среду технологий производства водорода. Узнайте больше о производстве водорода в Управлении технологий производства водорода и топливных элементов.

Распределение

Большая часть водорода, используемого в Соединенных Штатах, производится там или поблизости от того места, где он используется, обычно на крупных промышленных предприятиях. Инфраструктура, необходимая для распределения водорода по общенациональной сети заправочных станций, необходимых для повсеместного использования электромобилей на топливных элементах, все еще нуждается в развитии.Первоначальное развертывание транспортных средств и станций сосредоточено на построении этих распределительных сетей, в первую очередь в южной и северной Калифорнии.

В настоящее время водород распределяется тремя способами:

• Трубопровод: Этот наименее дорогой способ доставки больших объемов водорода ограничен, поскольку в настоящее время доступно только около 1600 миль трубопроводов США для доставки водорода. Эти трубопроводы расположены недалеко от крупных нефтеперерабатывающих и химических заводов в Иллинойсе, Калифорнии и на побережье Мексиканского залива.

• Трубчатые прицепы высокого давления: Транспортировка сжатого водородного газа грузовиком, железнодорожным вагоном, кораблем или баржей в трубчатых прицепах высокого давления является дорогостоящей и используется в основном на расстояния до 200 миль или меньше.

• Цистерны для сжиженного водорода: Криогенное сжижение — это процесс, при котором водород охлаждается до температуры, при которой он становится жидкостью. Хотя процесс сжижения является дорогостоящим, он позволяет транспортировать водород более эффективно (по сравнению с использованием трубных прицепов высокого давления) на большие расстояния грузовиком, железнодорожным вагоном, кораблем или баржей.Если сжиженный водород не используется с достаточно высокой скоростью в точке потребления, он выкипает (или испаряется) из резервуаров для хранения. В результате необходимо тщательно согласовывать скорость доставки и потребления водорода.

Создание инфраструктуры для распределения и доставки водорода на тысячи будущих заправочных станций представляет собой множество проблем. Поскольку водород содержит меньше энергии на единицу объема, чем все другие виды топлива, его транспортировка, хранение и доставка к месту конечного использования обходятся дороже в пересчете на галлоновый эквивалент бензина (на ГПЭ).Строительство новой сети водородных трубопроводов связано с высокими начальными капитальными затратами, а свойства водорода создают уникальные проблемы для материалов трубопроводов и конструкции компрессора. Однако, поскольку водород можно производить из самых разных ресурсов, региональное или даже местное производство водорода может максимально использовать местные ресурсы и минимизировать проблемы с распределением.

Следует учитывать компромисс между централизованным и распределенным производством. Централизованное производство водорода на крупных заводах снижает производственные затраты, но увеличивает затраты на сбыт.Производство водорода в точке конечного использования — например, на заправочных станциях — снижает затраты на сбыт, но увеличивает производственные затраты из-за затрат на создание производственных мощностей на месте.

Государственные и промышленные научно-исследовательские проекты преодолевают препятствия на пути к эффективному распределению водорода. Узнайте больше о распределении водорода в Управлении технологий водорода и топливных элементов.

Новый способ сделать водородную энергию из воды намного дешевле

Ученые показывают, как использование только воды, железа, никеля и электричества позволяет производить водородную энергию гораздо дешевле, чем раньше.

Автомобили с водородным двигателем вскоре могут стать больше, чем просто новинкой после того, как группа ученых под руководством UNSW продемонстрировала гораздо более дешевый и устойчивый способ создания водорода, необходимого для их работы.

В исследовании, опубликованном недавно в Nature Communications, ученые из Университета штата Южный Уэльс в Сиднее, Университета Гриффита и Технологического университета Суинберна показали, что улавливание водорода путем его расщепления из кислорода в воде может быть достигнуто за счет использования в качестве катализаторов дешевых металлов, таких как железо и никель. эта химическая реакция требует меньше энергии.

Железо и никель, которые в изобилии встречаются на Земле, заменят драгоценные металлы рутений, платину и иридий, которые до сих пор считаются эталонными катализаторами в процессе «расщепления воды».

Профессор Химической школы UNSW Чуан Чжао говорит, что при расщеплении воды два электрода прикладывают к воде электрический заряд, который позволяет отделять водород от кислорода и использовать его в качестве энергии в топливном элементе.

«Мы покрываем электроды нашим катализатором, чтобы снизить потребление энергии», — говорит он.«На этом катализаторе есть крошечная наноразмерная граница раздела, где железо и никель встречаются на атомном уровне, который становится активным центром для расщепления воды. Именно здесь водород можно отделить от кислорода и уловить в качестве топлива, а кислород можно выбросить как экологически безопасные отходы ».

В 2015 году команда профессора Чжао изобрела никель-железный электрод для выработки кислорода с рекордно высокой эффективностью. Однако профессор Чжао говорит, что железо и никель сами по себе не являются хорошими катализаторами для производства водорода, но там, где они соединяются в наномасштабе, «происходит волшебство».

«Наноразмерный интерфейс в корне меняет свойства этих материалов», — говорит он. «Наши результаты показывают, что никель-железный катализатор может быть таким же активным, как и платиновый, для производства водорода.

«Дополнительным преимуществом является то, что наш никель-железный электрод может катализировать образование как водорода, так и кислорода, поэтому мы можем не только сократить производственные затраты за счет использования элементов, богатых землей, но также и затраты на производство одного катализатора вместо двух».

Беглый взгляд на сегодняшние цены на металлы показывает, почему это может изменить правила игры, необходимые для ускорения перехода к так называемой водородной экономике.Цена на железо и никель составляет 0,13 и 19,65 доллара за килограмм. Напротив, рутений, платина и иридий оцениваются в 11,77, 42,13 и 69,58 долларов за грамм — другими словами, в тысячи раз дороже.

«В настоящий момент, когда мы экономим на ископаемом топливе, у нас есть огромный стимул перейти к водородной экономике, чтобы мы могли использовать водород в качестве экологически чистого энергоносителя, которого много на Земле», — говорит профессор Чжао.

«Мы говорили о водородной экономике целую вечность, но на этот раз похоже, что она действительно приближается.”

Профессор Чжао говорит, что если технология разделения воды будет развиваться и дальше, однажды могут появиться станции заправки водородом, похожие на сегодняшние заправочные станции, куда вы могли бы пойти и заправить свой автомобиль на водородных топливных элементах газообразным водородом, полученным в результате этого разделения воды. реакция. Заправку можно было произвести за считанные минуты по сравнению с часами в случае электромобилей с питанием от литиевых батарей.

«Мы надеемся, что наши исследования могут быть использованы такими станциями для производства собственного водорода с использованием устойчивых источников, таких как вода, солнечная энергия и эти недорогие, но эффективные катализаторы.”

Ссылка: «Общее электрохимическое расщепление воды на гетерогенной границе раздела никеля и оксида железа» Брайан Х. Р. Сурьянто, Юн Ван, Розали К. Хокинг, Уильям Адамсон и Чуан Чжао, 6 декабря 2019 г., Nature Communications .
DOI: 10.1038 / s41467-019-13415-8

Авторы исследовательской работы: Брайан Сурьянто (UNSW), Юн Ван (Griffith), Розали Хокинг (Swinburne), Уильям Адамсон (UNSW) и Чуан Чжао (UNSW).

Производство водорода — U.S. Управление энергетической информации (EIA)

Как производится водород?

Чтобы произвести водород, он должен быть отделен от других элементов в молекулах, в которых он находится. Есть много различных источников водорода и способов его производства для использования в качестве топлива. Двумя наиболее распространенными методами производства водорода являются паровой конверсии метана и электролиз (разделение воды на электричество. Исследователи изучают другие методы.

Процессы производства водорода

Источник: Министерство энергетики США, Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии, Производство водорода (общественное достояние)

Нажмите для увеличения

Паровой риформинг метана — широко используемый метод получения коммерческого водорода

На паровой риформинг метана приходится почти весь коммерчески производимый водород в Соединенных Штатах.Коммерческие производители водорода и нефтеперерабатывающие заводы используют паровой риформинг метана для отделения атомов водорода от атомов углерода в метане (Ch5). При паровом риформинге метана высокотемпературный пар (от 1300 ° F до 1800 ° F) под давлением 3–25 бар (1 бар = 14,5 фунтов на квадратный дюйм) реагирует с метаном в присутствии катализатора с образованием водорода, окиси углерода. , и относительно небольшое количество диоксида углерода.

Природный газ является основным источником метана для производства водорода промышленными предприятиями и нефтеперерабатывающими заводами.Свалочный газ / биогаз, который можно назвать биометаном , является источником водорода для нескольких электростанций на топливных элементах в Соединенных Штатах. Биотопливо и нефтяное топливо также являются потенциальными источниками метана.

Электролиз использует электричество

Электролиз — это процесс отделения водорода от воды с помощью электрического тока. Электролиз обычно используется для демонстрации химических реакций и производства водорода на уроках естественных наук в средней школе. В крупном коммерческом масштабе процесс может называться power-to-gas , где power-to-gas , где power — электричество, а водород — газ .Сам по себе электролиз не производит никаких побочных продуктов или выбросов, кроме водорода и кислорода. Электроэнергия для электролиза может поступать из возобновляемых источников, таких как гидроэнергия, солнечная энергия или энергия ветра. Если электричество для электролиза производится из ископаемого топлива (уголь, природный газ и нефть) или сжигания биомассы, то соответствующее воздействие на окружающую среду и выбросы углекислого газа косвенно связаны с электролизом.

Другие способы получения водорода

• Использование микробов, которые используют свет для производства водорода
• Преобразование биомассы в газ или жидкость и отделение водорода
• Использование технологий солнечной энергии для отделения водорода от молекул воды

Категории водорода

Производители водорода, продавцы, государственные учреждения и другие организации могут классифицировать или определять водород в соответствии с источниками энергии для его производства.Например, водород, произведенный с использованием возобновляемых источников энергии, может называться возобновляемым водородом или зеленым водородом . Водород, полученный из угля, может называться коричневым водородом , а водород, полученный из природного газа или нефти, может называться серым водородом . Производство коричневого или серого водорода в сочетании с улавливанием и хранением / секвестрацией углерода может обозначаться как синий водород .

Последнее обновление: 7 января 2021 г.

Новый способ получения водородного топлива из морской воды

Автор: Эрин И.Гарсия де Хесус

Исследователи из Стэнфорда разработали способ получения водородного топлива с использованием солнечной энергии, электродов и соленой воды из залива Сан-Франциско.

Хунцзе Дай и его исследовательская лаборатория в Стэнфордском университете разработали прототип, который может генерировать водородное топливо из морской воды. (Изображение предоставлено Х. Даем, Юн Куангом, Майклом Кенни)

Результаты, опубликованные 18 марта в Трудах Национальной академии наук , демонстрируют новый способ отделения газообразного водорода и кислорода от морской воды с помощью электричества.Существующие методы разделения воды основаны на использовании воды высокой степени очистки, которая является ценным ресурсом и требует больших затрат в производстве.

Теоретически, чтобы приводить в действие города и автомобили, «вам нужно столько водорода, что невозможно использовать очищенную воду», — сказал Хунцзе Дай, J.G. Джексон и К.Дж. Вуд — профессор химии Стэнфордской школы гуманитарных и естественных наук и соавтор статьи. «У нас едва хватает воды для наших текущих потребностей в Калифорнии».

Водород является привлекательным вариантом в качестве топлива, поскольку он не выделяет углекислый газ, сказал Дай.Сжигание водорода дает только воду и должно облегчить усугубление проблем, связанных с изменением климата.

Дай сказал, что его лаборатория продемонстрировала доказательство концепции с помощью демонстрации, но исследователи предоставят производителям возможность масштабировать и массово производить дизайн.

Борьба с коррозией

По идее, разделение воды на водород и кислород с помощью электричества — называемое электролизом — это простая и старая идея: источник энергии подключается к двум электродам, помещенным в воду. Когда включается питание, газообразный водород выходит из отрицательного конца, называемого катодом, а кислород, пригодный для дыхания, выходит из положительного конца — анода.

Но отрицательно заряженный хлорид в морской воде может вызвать коррозию положительного конца, ограничивая срок службы системы. Дай и его команда хотели найти способ не дать компонентам морской воды разрушить затопленные аноды.

Исследователи обнаружили, что если они покрыли анод слоями, богатыми отрицательными зарядами, эти слои отталкивали хлорид и замедляли распад лежащего под ним металла.

Они нанесли слой гидроксида никеля и железа поверх сульфида никеля, который покрывает сердцевину из пены никеля.Пена никеля действует как проводник, переносящий электричество от источника питания, а гидроксид никеля и железа вызывает электролиз, разделяя воду на кислород и водород. Во время электролиза сульфид никеля превращается в отрицательно заряженный слой, который защищает анод. Так же, как отрицательные концы двух магнитов прижимаются друг к другу, отрицательно заряженный слой отталкивает хлорид и не дает ему достичь металла сердечника.

По словам Майкла Кенни, аспиранта лаборатории Dai и соавтора статьи, без отрицательно заряженного покрытия анод работает в морской воде только около 12 часов.«Весь электрод разваливается в крошку», — сказал Кенни. «Но с этим слоем он может работать более тысячи часов».

Предыдущие исследования, пытающиеся разделить морскую воду для получения водородного топлива, потребляли небольшое количество электрического тока, потому что коррозия происходит при более высоких токах. Но Дай, Кенни и их коллеги смогли провести в 10 раз больше электричества через свое многослойное устройство, что помогает ему быстрее вырабатывать водород из морской воды.

«Я думаю, что мы установили рекорд по разделению морской воды на течении», — сказал Дай.

Члены команды провели большую часть своих тестов в контролируемых лабораторных условиях, где они могли регулировать количество электричества, поступающего в систему. Но они также разработали демонстрационную машину на солнечной энергии, которая производила газообразный водород и кислород из морской воды, собранной в заливе Сан-Франциско.

И без риска коррозии из-за солей, устройство соответствует современным технологиям, использующим очищенную воду. «Впечатляющим моментом в этом исследовании было то, что мы смогли работать при таком же электрическом токе, как тот, который используется сегодня в промышленности», — сказал Кенни.

На удивление просто

Оглядываясь назад, Дай и Кенни видят простоту их дизайна. «Если бы у нас был хрустальный шар три года назад, это было бы за месяц», — сказал Дай. Но теперь, когда разработан базовый рецепт электролиза с морской водой, новый метод откроет двери для увеличения доступности водородного топлива, работающего на солнечной или ветровой энергии.

В будущем эту технологию можно будет использовать не только для производства энергии. Поскольку этот процесс также производит пригодный для дыхания кислород, водолазы или подводные лодки могут приносить устройства в океан и генерировать кислород внизу, не поднимаясь на поверхность для доступа к воздуху.

Что касается передачи технологии, «можно просто использовать эти элементы в существующих системах электролизеров, и это может быть довольно быстро», — сказал Дай. «Это не похоже на начало с нуля — это больше похоже на начало с 80 или 90 процентов».

Среди других со-ведущих авторов — приглашенный ученый Юнь Куанг из Пекинского химико-технологического университета и Юнтао Мэн из Шаньдунского университета науки и технологий. Дополнительные авторы: Вэй-Сюань Хунг, Иджин Лю, Цзянан Эрик Хуанг, Рохит Прасанна и Майкл МакГихи.

Эта работа финансировалась Министерством энергетики США, Национальным научным фондом, Национальным научным фондом Китая и Национальным проектом ключевых исследований и разработок Китая.

Чтобы читать все истории о науке в Стэнфорде, подпишитесь на еженедельный выпуск Stanford Science Digest.

Как получить водородный газ (4 метода)

Газообразный водород легко получить дома или в лаборатории, используя обычные бытовые материалы.Вот как безопасно получить водород.

Получение газообразного водорода — метод 1

Один из самых простых способов получить водород — это получить его из воды, H ₂ O. В этом методе используется электролиз, при котором вода расщепляется на водород и газообразный кислород.

Необходимые материалы

• вода
• Аккумулятор 9 В
• 2 скрепки
• другая емкость с водой

ступеней

1. Разогните скрепки и подсоедините по одной к каждой клемме аккумулятора.
2. Поместите другие концы, не касаясь, в емкость с водой. Это оно!
3. На обоих проводах появятся пузыри. Тот, у которого больше пузырьков, выделяет чистый водород. Остальные пузырьки — это нечистый кислород. Вы можете проверить, какой газ является водородом, зажег спичку или зажигалку над контейнером. Пузырьки водорода загорятся; пузырьки кислорода не горят.
4. Соберите газообразный водород, перевернув наполненную водой трубку или сосуд над проволокой, производящей газообразный водород.Причина, по которой вам нужна вода в контейнере, заключается в том, чтобы вы могли собирать водород, не получая воздуха. Воздух содержит 20% кислорода, который вы не должны попадать в контейнер, чтобы он не стал опасно воспламеняющимся. По той же причине не собирайте газ, отходящий от обоих проводов, в один и тот же контейнер, поскольку смесь может взорваться при возгорании. При желании вы можете собирать кислород так же, как водород, но имейте в виду, что этот газ не очень чистый.
5. Закройте или закройте контейнер перед его переворачиванием, чтобы избежать контакта с воздухом.Отсоедините аккумулятор.

Получение газообразного водорода — метод 2

Есть два простых улучшения, которые вы можете сделать, чтобы повысить эффективность производства газообразного водорода. Вы можете использовать графит (уголь) в виде грифеля карандаша в качестве электродов, и вы можете добавить щепотку соли в воду, чтобы она действовала как электролит.

Из графита получаются хорошие электроды, поскольку он электрически нейтрален и не растворяется во время реакции электролиза. Соль полезна, потому что она диссоциирует на ионы, которые увеличивают ток.

Необходимые материалы

• 2 карандаша
• соль
• картон
• вода
• аккумулятор (может опуститься до 1,5 В с электролитом)
• 2 скрепки или (еще лучше) 2 куска электрического провода
• другая емкость с водой

ступеней

1. Подготовьте карандаши, удалив стиральную и металлическую заглушки и заточив оба конца карандаша.
2. Вы собираетесь использовать картон, чтобы держать карандаши в воде.Положите картон на емкость с водой. Вставьте карандаши в картон так, чтобы грифель был погружен в жидкость, но не касался дна или стенок емкости.
3. Отложите картон с карандашами на мгновение и добавьте в воду щепотку соли. Вы можете использовать поваренную соль, английскую соль и т. Д.
4. Заменить картон / карандаш. К каждому карандашу прикрепите провод и подключите его к клеммам аккумулятора.
5. Собрать газ, как и прежде, в емкость, наполненную водой.

Получение газообразного водорода — метод 3

Вы можете получить газообразный водород, реагируя соляной кислотой с цинком:

Цинк + соляная кислота → хлорид цинка + водород
Zn (т) + 2HCl (л) → ZnCl ₂ (л) + H ₂ (г)

Необходимые материалы

• соляная кислота (соляная кислота)
• гранулы цинка (или железные опилки или полосы алюминия)

Пузырьки газообразного водорода будут выпущены, как только кислота и цинк будут смешаны.Будьте очень осторожны, чтобы избежать контакта с кислотой. Кроме того, эта реакция выделяет тепло.

Самодельный водородный газ — метод 4

Алюминий + гидроксид натрия → Водород + алюминат натрия
2Al (s) + 6NaOH (водн.) → 3H ₂ (г) + 2Na ₃ AlO ₃ (водн.)

Необходимые материалы

• гидроксид натрия (содержится в некоторых средствах для удаления засоров канализации)
• алюминий (входит в состав средств для удаления слива или можно использовать фольгу)

Это чрезвычайно простой способ получения газообразного водорода в домашних условиях.Просто добавьте немного воды в средство для удаления засоров слива! Реакция экзотермична, поэтому используйте стеклянную (не пластиковую) бутылку для сбора образовавшегося газа.

Безопасность водородного газа

• Главное соображение безопасности — исключить возможность смешивания газообразного водорода с кислородом воздуха. Если это произойдет, ничего плохого не произойдет, но полученная смесь воздух-водород гораздо более горючая, чем сам по себе водород, потому что теперь она содержит кислород, который будет действовать как окислитель.
• Храните газообразный водород вдали от открытого огня или другого источника воспламенения.

Новый метод более эффективного извлечения водорода из воды для получения возобновляемой энергии

Кристаллическая структура и многогранники {MoTe} 6, показывающие строительные блоки каждого полиморфа. моноклинная фаза 1T’-MoTe2 и b гексагональная фаза 2H-MoTe2. Кредит: Nature Communications 10.1038 / s41467-019-12831-0

Ученые считают, что новый метод более эффективного извлечения водорода из воды может помочь в освоении возобновляемых источников энергии в виде устойчивого топлива.

В новой статье, опубликованной сегодня в журнале Nature Communications , исследователи из университетов Великобритании, Португалии, Германии и Венгрии описывают, как импульсный электрический ток через слоистый катализатор позволил им почти удвоить количество водорода, производимого за один милливольт электроэнергии, используемой в процессе.

Электролиз, процесс, который, вероятно, знаком любому, кто изучал химию в средней школе, использует электрический ток, чтобы расщепить связи между атомами водорода и кислорода в воде, высвобождая водород и газообразный кислород.Если электрический ток для процесса электролиза генерируется с помощью возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра или солнца, весь процесс не выделяет дополнительного углерода в атмосферу, не влияя на изменение климата. Затем газообразный водород можно использовать в качестве источника топлива с нулевым уровнем выбросов в некоторых видах транспорта, таких как автобусы и автомобили, или для отопления домов.

Исследование команды было сосредоточено на поиске более эффективного способа производства водорода посредством реакции электрокаталитического расщепления воды.Они обнаружили, что электроды, покрытые катализатором из теллурида молибедена, показали увеличение количества газообразного водорода, образующегося во время электролиза, когда применялась определенная схема сильноточных импульсов. Оптимизируя импульсы тока через кислотный электролит, они могли снизить количество энергии, необходимое для производства заданного количества водорода, почти на 50%.

Д-р Алексей Ганин из Химической школы Университета Глазго руководил исследовательской группой. Д-р Ганин сказал: «В настоящее время Великобритания удовлетворяет около трети своих потребностей в производстве энергии за счет возобновляемых источников, а в Шотландии этот показатель составляет около 80%.

«Эксперты предсказывают, что мы скоро достигнем точки, когда мы будем производить больше возобновляемой электроэнергии, чем требуется для нашего потребления. Однако в настоящее время избыток генерируемой энергии должен использоваться по мере ее производства, иначе она будет потрачена впустую. Жизненно важно, чтобы мы разработали надежный набор методов для хранения энергии для дальнейшего использования.

«Батареи — один из способов сделать это, но водород — очень многообещающая альтернатива. Наши исследования дают новое важное понимание того, как производить водород путем электролиза более эффективно и экономично, и мы стремимся продолжить это многообещающее направление исследований.«

Поскольку уровень каталитического усиления контролируется электрическими токами, последние достижения в области машинного обучения могут быть использованы для точной настройки правильной последовательности прикладываемых токов для достижения максимальной мощности. Следующим этапом для команды является разработка протокола искусственного интеллекта, который заменит человеческий фактор в поисках наиболее эффективных электронных структур, используемых в подобных каталитических процессах.

Статья под названием «Быстрая электрохимическая активация MoTe2 для реакции выделения водорода» опубликована в Nature Communications.

---

Новый катализатор затмевает платину при производстве водорода

---

Дополнительная информация: Быстрая электрохимическая активация MoTe2 для реакции выделения водорода, Nature Communications doi.org / 10.1038 / s41467-019-12831-0, www.nature.com/articles/s41467-019-12831-0 Предоставлено Университет Глазго

Ссылка : Новый метод более эффективного извлечения водорода из воды для использования возобновляемых источников энергии (29 октября 2019 г.) получено 20 июля 2021 г. с https: // физ.org / news / 2019-10-method-водород-эффективный-захват-возобновляемый.html

Этот документ защищен авторским правом.