Bahan bakar hidrogen dengan pelbagai nama sebagai bahan bakar bersih, bahan bakar nol-karbon adalah bahan bakar yang paling mudah diakses dan akan datang. Bahan bakar adalah apa sahaja yang dapat dibuat untuk bertindak balas dengan bahan lain untuk membebaskan tenaga dan kehadiran hidrogen dalam sumber domestik seperti biojisim, gas asli, tenaga nuklear menjadikannya sebagai bahan bakar masa depan. Ia bahkan dapat dihasilkan melalui tenaga yang boleh diperbaharui seperti solar dan angin. Semua kualiti ini digabungkan untuk menjadikannya pilihan bahan bakar alternatif untuk pengangkutan, aplikasi penjanaan elektrik, peranti elektronik mudah alih, dan sistem sandaran kuasa.
Dalam banyak cara, hidrogen adalah bahan bakar yang sempurna. Ia adalah pembakaran yang paling bersih dan paling efisien, mewujudkan gelung tenaga yang boleh diperbaharui dan tidak berbahaya kepada alam sekitar. Hidrogen menggabungkan secara kimia dengan kebanyakan unsur, sehingga telah digunakan sebagai bahan kimia industri dalam berbagai aplikasi selama bertahun-tahun. Dengan kehadirannya yang banyak, cara pengeluaran ternyata banyak. Mari beralih ke penghasilan hidrogen.
Teknologi terobosan pengeluaran bahan bakar hidrogen
Hidrogen adalah unsur termudah kerana komposisi kimianya hanya satu proton dan satu elektron yang memudahkan tindak balas dengan pelbagai bahan untuk berubah menjadi bentuk yang mampu menyelesaikan beberapa masalah utama bahan bakar masa depan. Kecekapan tenaga dan kesan persekitaran hidrogen sepenuhnya bergantung pada bagaimana ia dihasilkan. Terdapat beberapa kaedah yang digunakan dalam industri untuk membuat bahan bakar hidrogen. Beberapa dari mereka dibincangkan di bawah:
Proses Elektrolitik: Kaedah pemisahan air menjadi hidrogen dan oksigen menggunakan arus elektronik disebut elektrolisis. Jelas bahawa elektrik yang dihasilkan oleh sumber yang boleh diperbaharui, seperti solar atau angin, hidrogen yang dihasilkan akan dianggap dapat diperbaharui juga, dan mempunyai banyak manfaat pelepasan. Projek kuasa-ke-hidrogen dilepaskan, di mana lebihan tenaga boleh diperbaharui, jika ada, digunakan untuk membuat hidrogen melalui elektrolisis.
Pirolisis Metana: Pengeluaran hidrogen menggunakan pirolisis metana gas asli adalah proses satu langkah "tanpa rumah hijau" baru-baru ini. Mengembangkan pengeluaran jumlah menggunakan kaedah ini adalah kunci untuk memungkinkan pengurangan karbon yang lebih cepat dengan menggunakan hidrogen dalam proses industri, pengangkutan trak berat sel bahan bakar, dan penjanaan tenaga elektrik turbin gas. Metrolisis metana menggunakan metana CH4 yang digelegak melalui pemangkin logam lebur pada suhu tinggi (1340 K, 1065 ° C, atau 1950 ° F) untuk menghasilkan gas hidrogen H2 yang tidak mencemarkan dalam jumlah tinggi, dengan kos rendah dan menghasilkan karbon pepejal yang tidak mencemarkan C tanpa pelepasan gas rumah hijau.
CH4 (g) → C (s) + 2 H2 (g) ΔH ° = 74 kJ / mol
Pirolisis metana sedang dalam pembangunan dan dianggap sesuai untuk pengeluaran hidrogen pukal komersial.
Pembaharuan Stim (Kaedah Industri): Hidrogen sering dihasilkan menggunakan gas asli, yang melibatkan penyingkiran hidrogen dari hidrokarbon pada suhu yang sangat tinggi, dengan 48% pengeluaran hidrogen berasal dari pembaharuan wap. Hidrogen pukal komersial biasanya dihasilkan oleh pembaharuan stim gas asli dengan pembebasan gas rumah hijau atmosfera atau dengan penangkapan menggunakan CCS dan mitigasi perubahan iklim. Pembaharuan wap juga dikenali sebagai proses Bosch dan digunakan secara meluas untuk penyediaan hidrogen industri.
Pada suhu tinggi (1000–1400 K, 700–1100 ° C, atau 1300–2000 ° F), wap bertindak balas dengan metana untuk menghasilkan karbon monoksida dan H2.
CH4 + H2O → CO + 3 H2
Proses Biologi: Proses biologi menggunakan mikrob seperti bakteria dan mikroalga dan dapat menghasilkan hidrogen melalui tindak balas biologi. Dalam penukaran biomassa mikroba, mikroba memecah bahan organik seperti biojisim atau air sisa untuk menghasilkan hidrogen, sementara dalam proses biologi foto mikroba menggunakan cahaya matahari sebagai sumber tenaga.
Proses yang Didorong oleh Suria: Didorong oleh suria pada dasarnya menggunakan cahaya matahari atau sinaran untuk membentuk hidrogen. Pada dasarnya terdapat tiga proses yang didorong oleh solar seperti proses foto biologi, elektrokimia foto, termokimia suria. Proses biologi foto menggunakan aktiviti fotosintetik semula jadi bakteria dan alga hijau untuk menghasilkan hidrogen. Proses elektrokimia foto menggunakan semikonduktor khusus untuk memisahkan air menjadi hidrogen dan oksigen. Pengeluaran hidrogen termokimia suria menggunakan tenaga suria pekat untuk mendorong reaksi pemisahan air selalunya bersama dengan spesies lain seperti oksida logam.
Aplikasi Praktikal dalam Industri Teknologi
Aplikasi dalam industri automobil
Hidrogen dianggap sebagai bahan bakar alternatif untuk industri automobil kerana kecekapan tinggi dan pembebasan karbon sifar. Penggunaan hidrogen dalam kenderaan adalah fokus utama penyelidikan dan pengembangan sel bahan bakar. Di negara-negara seperti Amerika Syarikat, mereka juga mempunyai stesen pengisian hidrogen. Sebilangan besar kenderaan berbahan bakar hidrogen adalah kereta dan bas transit yang mempunyai motor elektrik yang dikuasakan oleh sel bahan bakar hidrogen. Sebilangan kenderaan ini membakar hidrogen secara langsung. Kos sel bahan bakar yang tinggi dan ketersediaan stesen minyak hidrogen yang terhad telah membatasi jumlah kenderaan berbahan bakar hidrogen. Bahkan sel bahan bakar hidrogen digunakan di kereta api di Jerman dan mendapati bahawa dalam masa lima tahun akan datang, ia mungkin sampai di Great Britain, Perancis, Itali, Jepun, dan Amerika Syarikat. Untuk kenderaan penggunaan peribadi, sembilan daripada pengeluar kenderaan utama sedang mengembangkan kenderaan elektrik sel bahan bakar hidrogen (FCEV) untuk kegunaan peribadi. Model terkenal termasuk Toyota Mirai, Honda Clarity, Hyundai Nexo, dan BMW.
Dalam pengeluaran Elektrik
Sel bahan bakar hidrogen menghasilkan elektrik dengan menggabungkan atom hidrogen dan oksigen. Hidrogen bertindak balas dengan oksigen di sel elektrokimia yang serupa dengan bateri untuk menghasilkan elektrik, air, dan sejumlah kecil haba. Banyak jenis sel bahan bakar tersedia untuk pelbagai aplikasi. Sel bahan bakar kecil dapat menghidupkan komputer riba dan juga telefon bimbit, dan aplikasi ketenteraan. Sel bahan bakar yang besar dapat menyediakan tenaga elektrik untuk sandaran atau tenaga kecemasan di bangunan dan membekalkan elektrik di tempat yang tidak tersambung ke grid kuasa elektrik.
Selain itu hidrogen juga digunakan dalam sejumlah aplikasi Kelautan, aplikasi Angkasa, dan penjanaan tenaga cadangan.
Cabaran yang ditimbulkan oleh Hidrogen sebagai bahan bakar alternatif
Kami selalu mendengar bahawa duit syiling mempunyai dua sisi, sama dengan bahan bakar masa depan yang baru. Bercakap mengenai cabaran untuk menggunakan bahan bakar hidrogen dalam industri, banyak yang wajar dan tidak dapat dielakkan. Sebilangan daripadanya disenaraikan di bawah: -
Pengekstrakan Hidrogen
Walaupun terdapat dalam jumlah yang banyak di alam semesta, pengambilannya agak sukar. Hidrogen tidak wujud dengan sendirinya sehingga perlu diekstraksi dari air melalui elektrolisis atau dipisahkan dari bahan bakar fosil karbon. Kedua-dua proses ini memerlukan sejumlah besar tenaga untuk dicapai. Tenaga ini dapat lebih banyak daripada yang diperoleh daripada hidrogen itu sendiri dan juga mahal.
Kos bahan mentah dan pelaburan selanjutnya
Untuk mengekstrak hidrogen, logam berharga seperti platinum dan iridium diperlukan sebagai pemangkin dan beberapa elektrolisis untuk elektrolisis. Semua perbelanjaan tambahan ini menjadikan kos bahan mentah lebih tinggi. Kos yang tinggi telah menghalang sesetengah daripada melabur dalam sel bahan api hidrogen teknologi. Kos sedemikian perlu dikurangkan untuk menjadikan sel bahan api hidrogen sebagai sumber bahan api yang sesuai untuk semua. Sel bahan api hidrogen memerlukan pelaburan untuk dibangunkan ke tahap di mana ia menjadi sumber tenaga yang benar-benar berdaya maju. Ini juga memerlukan kemahuan politik untuk melaburkan masa dan wang ke dalam pembangunan untuk menambah baik dan mematangkan teknologi.
Penyimpanan infrastruktur dan hidrogen
Bahan bakar fosil telah digunakan selama beberapa dekad, infrastruktur untuk bekalan kuasa ini sudah ada. Penggunaan teknologi sel bahan bakar hidrogen secara besar-besaran untuk aplikasi automotif akan memerlukan infrastruktur pengisian bahan bakar baru untuk menyokongnya, walaupun untuk aplikasi jarak jauh seperti yang digunakan untuk HGV dan trak penghantaran kemungkinan pengisian bahan bakar dari awal hingga akhir akan digunakan.
Penyimpanan dan pengangkutan hidrogen lebih kompleks daripada yang diperlukan untuk bahan bakar fosil. Ini menyiratkan kos tambahan untuk dipertimbangkan untuk sel bahan bakar hidrogen sebagai sumber tenaga.
Bahan bakar hidrogen adalah pilihan bahan bakar berkelanjutan dan alternatif terbaik dalam waktu dekat dan aplikasinya sangat penting untuk bukan sahaja persekitaran tetapi juga permintaan bahan bakar yang meningkat. Penyelidik dan syarikat inovatif harus berusaha keras untuk menyediakan hidrogen seperti air bukan sahaja untuk kegunaan industri tetapi juga untuk penggunaan peribadi.
sheeba chauhan
-
sheeba chauhanhttps://www.eletimes.com/author/sheebaTrend yang Muncul dalam Teknologi Semikonduktor Jurang Lebar Lebar (SiC dan GaN) untuk Aplikasi Automotif dan Penjimatan Tenaga
-
sheeba chauhanhttps://www.eletimes.com/author/sheebaBentuk Kilang Kami: Pembuatan di Era Pasca-Pandemik