Em ê "hîdrojenê", nifşa pêşerojê ya enerjiyê ku bê karbon e, bidin nasîn. Hîdrojen li sê cureyan tê dabeşkirin: "hîdrojena kesk", "hîdrojena şîn" û "hîdrojena gewr", ku her yek ji wan xwedî rêbazek hilberînê ya cûda ye. Em ê her rêbaza çêkirinê, taybetmendiyên fîzîkî wekî hêmanan, rêbazên hilanîn/veguhastinê û rêbazên karanînê jî rave bikin. Û ez ê her weha bidim nasîn ka çima ew çavkaniya enerjiyê ya serdest a nifşa pêşerojê ye.
Elektrolîza Avê ji bo Hilberîna Hîdrojena Kesk
Dema ku hîdrojen tê bikaranîn, girîng e ku "hîdrojen were hilberandin". Rêya herî hêsan "elektrolîzekirina avê" ye. Dibe ku we di zanista dibistana seretayî de wiha kiribe. Qedehê bi av û elektrodan tijî bikin. Dema ku bataryayek bi elektrodan ve tê girêdan û enerjî lê tê dayîn, di avê û di her elektrodê de reaksiyonên jêrîn çêdibin.
Li katod, H+ û elektron bi hev re tên û gaza hîdrojenê çêdikin, di heman demê de anodê oksîjenê çêdike. Dîsa jî, ev rêbaz ji bo ceribandinên zanistî yên dibistanê baş e, lê ji bo hilberîna hîdrojenê bi awayekî pîşesazî, divê mekanîzmayên bikêrhatî yên guncaw ji bo hilberîna di pîvana mezin de werin amadekirin. Ew "elektrolîza membrana elektrolîta polîmer (PEM)" ye.
Di vê rêbazê de, parzûnek nîv-derbasbar a polîmer ku rê dide derbasbûna îyonên hîdrojenê di navbera anodê û katodê de tê danîn. Dema ku av tê rijandin nav anoda cîhazê, îyonên hîdrojenê yên ku bi elektrolizê têne hilberandin, di nav parzûnek nîv-derbasbar re derbasî katodê dibin, li wir dibin hîdrojena molekulî. Ji aliyekî din ve, îyonên oksîjenê nikarin di nav parzûna nîv-derbasbar re derbas bibin û li anodê dibin molekulên oksîjenê.
Her wiha di elektroliza ava alkalîn de, hûn bi veqetandina anodê û katodê bi rêya veqetandinekê ku tenê îyonên hîdroksîd dikarin ji nav wê derbas bibin, hîdrojen û oksîjenê diafirînin. Wekî din, rêbazên pîşesaziyê yên wekî elektroliza buhara germahiya bilind hene.
Bi pêkanîna van pêvajoyan di pîvanek mezin de, mîqdarên mezin ên hîdrojenê dikarin werin bidestxistin. Di vê pêvajoyê de, mîqdarek girîng a oksîjenê jî tê hilberandin (nîvê qebareya hîdrojena hilberandî), ji ber vê yekê heke were berdan nav atmosferê bandorek neyînî li ser jîngehê nake. Lêbelê, elektrolîz gelek elektrîkê hewce dike, ji ber vê yekê hîdrojena bê karbon dikare were hilberandin ger ku bi elektrîka ku sotemeniyên fosîl bikar nayîne, wekî turbînên bayê û panelên rojê, were hilberandin.
Hûn dikarin bi elektrolîzkirina avê bi karanîna enerjiya paqij "hîdrojena kesk" bistînin.
Her wiha ji bo hilberîna vê hîdrojena kesk di pîvanek mezin de jeneratorek hîdrojenê jî heye. Bi karanîna PEM di beşa elektrolîzerê de, hîdrojen dikare bi berdewamî were hilberandin.
Hîdrojena Şîn Ji Sotemeniyên Fosîl Çêkirî
Ji ber vê yekê, rêbazên din ên çêkirina hîdrojenê çi ne? Hîdrojen di sotemeniyên fosîl ên wekî gaza xwezayî û komir de wekî madeyên ji bilî avê heye. Mînakî, metan (CH4), pêkhateya sereke ya gaza xwezayî, bifikirin. Li vir çar atomên hîdrojenê hene. Hûn dikarin bi derxistina vê hîdrojenê hîdrojenê bistînin.
Yek ji van pêvajoyek e ku jê re "reformkirina metanê bi buharê" tê gotin ku buharê bikar tîne. Formula kîmyewî ya vê rêbazê wiha ye.
Wekî ku hûn dibînin, karbonmonoksît û hîdrojen dikarin ji yek molekulek metanê werin derxistin.
Bi vî awayî, hîdrojen dikare bi pêvajoyên wekî "reformkirina bi buharê" û "pîrolîz" a gaza xwezayî û komirê were hilberandin. "Hîdrojena şîn" behsa hîdrojena ku bi vî rengî tê hilberandin dike.
Lê di vê rewşê de, karbonmonoksît û karbondîoksît wekî berhemên alîgir têne hilberandin. Ji ber vê yekê divê hûn wan berî ku ew bikevin atmosferê ji nû ve bikar bînin. Berhema alîgir a karbondîoksîtê, heke neyê vegerandin, dibe gaza hîdrojenê, ku wekî "hîdrojena gewr" tê zanîn.
Hîdrojen çi cure element e?
Hîdrojen xwedî hejmareke atomî 1 e û hêmana yekem a di tabloya periyodîk de ye.
Hejmara atoman di gerdûnê de herî mezin e, ku nêzîkî %90ê hemû elementên di gerdûnê de pêk tîne. Atoma herî biçûk ku ji proton û elektronekê pêk tê, atoma hîdrojenê ye.
Hîdrojen du îzotopên bi notronên ku bi navokê ve girêdayî ne hene. Yek "deuteryûm" a bi girêdana notronê û du "trîtyûm" a bi girêdana notronê. Ev jî materyalên ji bo hilberîna enerjiya hevgirtinê ne.
Di hundirê stêrkek wek rojê de, hevgirtina navokî ji hîdrojenê ber bi helyûmê ve çêdibe, ku ew jî çavkaniya enerjiyê ye ji bo ku stêrk bibiriqe.
Lêbelê, hîdrojen li ser Erdê kêm caran wekî gaz heye. Hîdrojen bi hêmanên din ên wekî av, metan, amonyak û etanolê re tevliheviyan çêdike. Ji ber ku hîdrojen hêmanek sivik e, bi bilindbûna germahiyê re, leza tevgera molekulên hîdrojenê zêde dibe, û ji giraniya erdê direvin fezayê.
Meriv Çawa Hîdrojenê Bi Kar Tîne? Bi Şewitandinê Bikar Tîne
Hingê, "hîdrojen", ku wekî çavkaniyek enerjiyê ya nifşê pêşerojê bala cîhanê kişandiye, çawa tê bikar anîn? Ew bi du awayên sereke tê bikar anîn: "şewitandin" û "hucreya sotemeniyê". Werin em bi karanîna "şewitandinê" dest pê bikin.
Du cureyên sereke yên agirpêketinê hene ku têne bikar anîn.
Ya yekem wekî sotemeniya rokêtê ye. Rokêta H-IIA ya Japonya gaza hîdrojenê "hîdrojena şile" û "oksîjena şile" ku ew jî di rewşek krîyojenîk de ye wekî sotemenî bikar tîne. Ev her du bi hev re têne hev kirin, û enerjiya germê ya ku di wê demê de çêdibe, derzîkirina molekulên avê yên çêdibin lez dike, û difire fezayê. Lêbelê, ji ber ku ew motorek teknîkî dijwar e, ji bilî Japonya, tenê Dewletên Yekbûyî, Ewropa, Rûsya, Çîn û Hindistanê ev sotemenî bi serkeftî bi hev re kirine yek.
Ya duyemîn hilberîna enerjiyê ye. Hilberîna enerjiya turbîna gazê jî rêbaza tevlihevkirina hîdrojen û oksîjenê ji bo hilberandina enerjiyê bikar tîne. Bi gotineke din, ew rêbazek e ku li enerjiya germî ya ji hêla hîdrojenê ve hatî hilberandin dinêre. Di santralên termîk de, germahiya ji şewitandina komir, petrol û gaza xwezayî buharê çêdike ku turbînan dixebitîne. Ger hîdrojen wekî çavkaniya germê were bikar anîn, santrala elektrîkê dê bêalî karbon be.
Meriv Çawa Hîdrojenê Bi Kar Tîne? Wekî Pîleke Sotemeniyê Tê Bikaranîn
Rêyek din a bikaranîna hîdrojenê wekî şaneya sotemeniyê ye, ku hîdrojenê rasterast vediguherîne elektrîkê. Bi taybetî, Toyota bi pêşkêşkirina wesayîtên ku bi hîdrojenê dixebitin li şûna wesayîtên elektrîkê (EV) wekî alternatîfek ji bo wesayîtên benzînê, di çarçoveya tedbîrên xwe yên li dijî germbûna gerdûnî de, bala Japonya kişandiye ser xwe.
Bi taybetî, dema ku em rêbaza çêkirina "hîdrojena kesk" didin nasîn, em prosedûra berevajî dikin. Formula kîmyewî wiha ye.
Hîdrojen dikare di heman demê de avê (ava germ an buhar) çêbike dema ku elektrîkê çêdike, û ev dikare were nirxandin ji ber ku ew bargiraniyek li ser jîngehê nake. Ji aliyekî din ve, ev rêbaz xwedan karîgeriya hilberîna enerjiyê ya nisbeten kêm e ku ji %30-40 e, û platîn wekî katalîzator hewce dike, ji ber vê yekê lêçûnên zêde hewce dike.
Niha, em xaneyên sotemeniyê yên elektrolîtên polîmer (PEFC) û xaneyên sotemeniyê yên asîda fosforîk (PAFC) bi kar tînin. Bi taybetî, wesayîtên xaneyên sotemeniyê PEFC bi kar tînin, ji ber vê yekê tê payîn ku di pêşerojê de belav bibe.
Ma Hilanîn û Veguhestina Hîdrojenê Ewle ye?
Niha, em difikirin ku hûn fêm dikin ka gaza hîdrojenê çawa tê çêkirin û bikar anîn. Ji ber vê yekê hûn vê hîdrojenê çawa hilînin? Hûn wê çawa digihînin cihê ku hûn hewce ne? Di wê demê de ewlehî çawa ye? Em ê rave bikin.
Bi rastî, hîdrojen jî elementek pir xeternak e. Di destpêka sedsala 20-an de, me hîdrojen wekî gazek ji bo firandina balon, balon û keştîyên hewayî li ezmanan bi kar anî ji ber ku ew pir sivik bû. Lêbelê, di 6ê Gulana 1937an de, li New Jersey, Dewletên Yekbûyî yên Amerîkayê, "teqîna keştîya hewayî ya Hindenburg" çêbû.
Ji dema qezayê ve, bi berfirehî hatiye zanîn ku gaza hîdrojenê xeternak e. Bi taybetî dema ku agir pê bikeve, bi oksîjenê re bi tundî diteqe. Ji ber vê yekê, "ji oksîjenê dûr bisekinin" an jî "ji germê dûr bisekinin" pir girîng e.
Piştî van tedbîran, me rêbazek şandinê peyda kir.
Hîdrojen di germahiya odeyê de gaz e, ji ber vê yekê her çend ew hîn jî gaz be jî, pir qelew e. Rêbaza yekem ew e ku dema vexwarinên gazkirî têne çêkirin, zextek bilind were sepandin û mîna silindirê were pêçandin. Tankek taybetî ya zexta bilind amade bikin û di bin şert û mercên zexta bilind de wekî 45Mpa hilînin.
Toyota, ku wesayîtên pîlên sotemeniyê (FCV) pêş dixe, depoyek hîdrojenê ya bi zexta bilind a rezînê pêş dixe ku dikare li hember zexta 70 MPa bisekine.
Rêbazek din jî ew e ku ji bo çêkirina hîdrojena şil germahî were sarkirin heta -253°C, û di tankên taybet ên bi germê ve îzolekirî de were hilanîn û veguhastin. Mîna LNG (gaza xwezayî ya şilekirî) dema ku gaza xwezayî ji derveyî welêt tê îtxalkirin, hîdrojen di dema veguhastinê de şilekirî dibe, qebareya wê kêm dike heta 1/800ê rewşa wê ya gaz. Di sala 2020an de, me yekem hilgirê hîdrojena şilekirî ya cîhanê temam kir. Lêbelê, ev rêbaz ji bo wesayîtên pîlên sotemeniyê ne guncaw e ji ber ku ji bo sarkirinê gelek enerjiyê hewce dike.
Rêbazek ji bo hilanîn û şandina di tankên bi vî rengî de heye, lê em rêbazên din ên hilanîna hîdrojenê jî pêş dixin.
Rêbaza hilanînê ew e ku alavên hilanîna hîdrojenê werin bikaranîn. Hîdrojen xwedî taybetmendiya derbasbûna nav metalan û xirabkirina wan e. Ev serişteyek pêşveçûnê ye ku di salên 1960-an de li Dewletên Yekbûyî yên Amerîkayê hate pêşxistin. JJ Reilly û hevkarên wî ceribandinan nîşan dane ku hîdrojen dikare bi karanîna alavên magnezyûm û vanadyûmê were hilanîn û berdan.
Piştî vê yekê, wî bi serkeftî madeyek wekî paladyûm pêşxist, ku dikare hîdrojenê 935 carî ji qebareya xwe bimije.
Feydeya bikaranîna vê alloy ew e ku ew dikare qezayên rijandina hîdrojenê (bi piranî qezayên teqînê) asteng bike. Ji ber vê yekê, ew dikare bi ewlehî were hilanîn û veguhastin. Lêbelê, heke hûn baldar nebin û wê di hawîrdorek xelet de bihêlin, alloyên hilanîna hîdrojenê dikarin bi demê re gaza hîdrojenê berdin. Belê, tewra şewqek piçûk jî dikare bibe sedema qezayek teqînê, ji ber vê yekê baldar bin.
Her wiha dezavantaja wê jî ew e ku dubarekirina vegirtin û desorpsiyona hîdrojenê dibe sedema şikestinê û rêjeya vegirtina hîdrojenê kêm dike.
Ya din jî bikaranîna boriyan e. Mercek heye ku divê ew ne-pêçayî û zexta wê kêm be da ku pêşî li şikestina boriyan were girtin, lê avantaj ew e ku boriyên gazê yên heyî dikarin werin bikar anîn. Tokyo Gas xebata avakirinê li ser Harumi FLAG pêk anî, bi karanîna boriyên gazê yên bajêr da ku hîdrojenê bide xaneyên sotemeniyê.
Civaka Pêşerojê ya ku ji hêla Enerjiya Hîdrojenê ve hatî afirandin
Di dawiyê de, em li ser rola ku hîdrojen dikare di civakê de bilîze bifikirin.
Ya girîngtir ew e ku em dixwazin civatek bê karbon pêşve bibin, em hîdrojenê ji bo hilberîna elektrîkê bikar tînin ne wekî enerjiya germê.
Li şûna santralên termîk ên mezin, hin malan sîstemên wekî ENE-FARM destnîşan kirine, ku hîdrojena ku bi reformkirina gaza xwezayî tê bidestxistin bikar tînin da ku elektrîka pêwîst hilberînin. Lêbelê, pirsa ka bi berhemên alî yên pêvajoya reformkirinê çi bikin hîn jî dimîne.
Di pêşerojê de, eger gerandina hîdrojenê bi xwe zêde bibe, wek mînak zêdekirina hejmara stasyonên sotemeniyê yên hîdrojenê, dê gengaz be ku elektrîk bêyî derxistina karbondîoksîtê were bikar anîn. Elektrîk, bê guman, hîdrojena kesk hildiberîne, ji ber vê yekê ew elektrîka ku ji tîrêjên rojê an bayê çêdibe bikar tîne. Hêza ku ji bo elektrolizê tê bikar anîn divê ew hêz be ku mîqdara hilberîna enerjiyê kêm bike an jî dema ku ji enerjiya xwezayî hêza zêde hebe, bateriya şarjkirî şarj bike. Bi gotineke din, hîdrojen di heman pozîsyonê de ye ku bateriya şarjkirî şarj dike. Ger ev bibe, di dawiyê de dê gengaz be ku hilberîna enerjiya germî kêm bibe. Roja ku motora şewitandina navxweyî ji otomobîlan winda bibe bi lez nêzîk dibe.
Hîdrojen dikare bi rêyeke din jî were bidestxistin. Bi rastî, hîdrojen hîn jî berhemeke alîgir a hilberîna soda kaustîk e. Di nav tiştên din de, ew berhemeke alîgir a hilberîna kokê di çêkirina hesin de ye. Ger hûn vê hîdrojenê têxin belavkirinê, hûn ê karibin gelek çavkaniyan bi dest bixin. Gaza hîdrojenê ya bi vî rengî tê hilberandin jî ji hêla îstasyona hîdrojenê ve tê peyda kirin.
Werin em li pêşerojê bêtir binêrin. Mîqdara enerjiya windabûyî jî pirsgirêkek rêbaza veguhastinê ye ku ji bo dabînkirina enerjiyê têlan bikar tîne. Ji ber vê yekê, di pêşerojê de, em ê hîdrojena ku bi boriyan tê şandin bikar bînin, mîna tankên asîda karbonîk ên ku di çêkirina vexwarinên gazkirî de têne bikar anîn, û ji bo çêkirina elektrîkê ji bo her malê tankek hîdrojenê li malê bikirin. Amûrên mobîl ên ku bi bataryayên hîdrojenê dixebitin dibin tiştekî asayî. Dîtina pêşerojek wisa dê balkêş be.
Dema şandinê: Hezîran-08-2023
