Что такое генератор водорода?

Что такое генератор водорода?

Генератор водорода — это устройство, предназначенное для производства водорода. Он позволяет производить водород без использования газовых баллонов. Водород находит применение в различных областях, включая исследовательские эксперименты, аналитические приборы и в качестве топлива для транспортных средств на топливных элементах.

Применение генераторов водорода

Водород используется в широком спектре приложений, от исследовательских и промышленных секторов до общего использования.

1. Исследовательские приложения

Водородный газ служит в качестве газа-носителя в газовой хроматографии (ГХ), а также в качестве топливного газа в экспериментах. Он обычно используется в качестве топлива для водородных пламенно-ионных детекторов (ПИД).

2. Промышленные применения

В промышленных условиях водородный газ играет важную роль в различных процессах. Это включает в себя десульфуризацию нефтепродуктов, использование в качестве сырья для синтеза аммиака и использование в качестве источника водорода для таких применений, как синтез алмазов с помощью микроволновой плазмы CVD и производство тонкопленочного кремния. Водород и кислород или смеси газов с воздухом используются в горелках из-за их способности поддерживать стабильное пламя при высоких температурах без загрязнения сажей.

Другие перспективные применения включают очистку кремниевых пластин с использованием воды, насыщенной водородом, а также практическую реализацию технологий производства железа с пониженным содержанием водорода, направленных на сокращение выбросов углекислого газа.

3. Топливо и общее применение

Водородный газ имеет потенциал в топливных элементах для автомобилей и бытовых аккумуляторах. Он также используется в двигателях на водородном топливе для электростанций и двигателях внутреннего сгорания в транспортных средствах, способствуя реализации углеродно-нейтральных обществ.

4. Общее применение

Ингаляторы водородного газа находят применение в таких отраслях, как косметика, медицина, спорт и релаксация.

Принцип работы генераторов водородного газа

Генераторы водорода можно классифицировать на основе метода, который они используют для получения водорода.

1. Электролиз воды

Рисунок 1. Производство водорода путем электролиза воды

Водород и кислород можно извлечь с помощью электролиза воды. Хотя чистая вода имеет низкую эффективность в этом процессе, ее можно улучшить с помощью электролитов, таких как гидроксид калия, твердые полимерные электролиты или ионообменные мембраны. Некоторые генераторы водородного газа включают в себя систему очистки с катализатором, таким как палладий, для повышения чистоты получаемого водородного газа.

Электролиз воды подходит для получения водорода в небольших количествах и идеально подходит для исследовательских целей и использования в помещении.

2. Паровой риформинг

Рисунок 2. Производство водорода путем парового риформинга

Паровой риформинг включает высокотемпературную реакцию пара с углеводородами или углем в присутствии катализатора, что приводит к образованию газообразного водорода. Углерод в углеводородах соединяется с кислородом в воде, образуя оксид углерода, эффективно отделяя молекулярный водород как от углеводородов, так и от воды. Водород, полученный в результате парового риформинга, часто требует очистки с использованием таких методов, как адсорбция с флуктуацией давления (PSA) из-за примесей.

Паровой риформинг обычно используется в промышленных целях для эффективного производства больших объемов газообразного водорода.

Хотя существуют различные методы получения газообразного водорода, два вышеуказанных метода являются наиболее распространенными.

Дополнительная информация о генераторах газообразного водорода

1. Преимущества генераторов газообразного водорода по сравнению с газовыми баллонами

Генераторы водорода обладают двумя ключевыми преимуществами по сравнению с газовыми баллонами: сниженный риск утечки газа и отсутствие необходимости замены баллонов.

Сниженный риск утечки газа
Водород легковоспламеняем и представляет опасность взрыва при смешивании с кислородом. Риск взрыва ниже на открытом воздухе или в хорошо проветриваемых помещениях из-за легкой и диффузионной природы водорода. Однако в небольших, плохо проветриваемых помещениях утечка газа из баллонов может привести к повышенному риску взрыва, если содержание водорода в воздухе превышает 4 об.%. Также существует вероятность удушья в помещении.

Генераторы водорода могут производить только необходимое количество водорода, а избыток газа безопасно выпускается, что значительно снижает вышеупомянутые риски. Они считаются относительно безопасными для использования в помещении.

Нет необходимости в замене баллонов
После установки генераторы водорода не требуют замены баллонов. Это устраняет необходимость в транспортировке и замене газовых баллонов, что снижает затраты на рабочую силу и выбросы углекислого газа.

2. Возобновляемый потенциал в производстве водорода

Рисунок 3. Цветовая кодировка водорода в зависимости от метода производства

Водород привлекает внимание как чистый источник энергии, поскольку его использование приводит к выбросам только воды, без углекислого газа или других вредных веществ.

Однако в текущих сценариях выбросы углекислого газа и другие выбросы связаны с производством и транспортировкой газообразного водорода. Чтобы добиться действительно чистого использования энергии, сумма выбросов углекислого газа от получения сырья до производства и потребления должна быть снижена до менее чем нуля. Водород, произведенный в этих условиях, называется зеленым водородом и считается абсолютно чистым источником энергии.

Генерируя газообразный водород на месте, можно устранить необходимость в транспортировке от производства к потреблению. Достижение производства зеленого водорода влечет за собой снижение выбросов углекислого газа до нуля во время производства газообразного водорода. Этого можно достичь, используя электричество из возобновляемых источников, таких как солнечная и ветровая энергия, для электролиза. Паровой риформинг с биомассой является еще одним методом производства зеленого водорода, хотя он менее подходит для крупномасштабного производства из-за затрат на сбор сырья.

Хотя все еще находится на стадии исследований, такие методы, как пиролиз воды и метана и искусственный фотосинтез, изучаются для производства зеленого водорода.