ስለ ቀጣዩ ትውልድ የኃይል ሃይድሮጂን

የካርቦን ገለልተኛ የሆነውን የሚቀጥለውን የኃይል ማመንጫ "ሃይድሮጅን" እናስተዋውቃለን. ሃይድሮጅን በሦስት ዓይነት ይከፈላል: "አረንጓዴ ሃይድሮጂን", "ሰማያዊ ሃይድሮጂን" እና "ግራጫ ሃይድሮጂን" እያንዳንዳቸው የተለየ የምርት ዘዴ አላቸው. እንዲሁም እያንዳንዱን የአመራረት ዘዴ፣ አካላዊ ባህሪያት እንደ ንጥረ ነገሮች፣ የማከማቻ/የማጓጓዣ ዘዴዎች እና የአጠቃቀም ዘዴዎችን እናብራራለን። እና ለምን የሚቀጥለው ትውልድ የበላይ የኃይል ምንጭ እንደሆነ አስተዋውቃለሁ።

አረንጓዴ ሃይድሮጅን ለማምረት የውሃ ኤሌክትሮሊሲስ

ሃይድሮጅን ሲጠቀሙ, ለማንኛውም "ሃይድሮጅን ማምረት" አስፈላጊ ነው. በጣም ቀላሉ መንገድ "ውሃ ኤሌክትሮላይዝ" ማድረግ ነው. ምናልባት በክፍል ትምህርት ቤት ሳይንስ ሠርተህ ይሆናል። ምንቃሩን በውሃ እና በኤሌክትሮዶች ውስጥ በውሃ ውስጥ ይሙሉት. አንድ ባትሪ ከኤሌክትሮዶች ጋር ሲገናኝ እና ሲነቃ, የሚከተሉት ግብረመልሶች በውሃ ውስጥ እና በእያንዳንዱ ኤሌክትሮዶች ውስጥ ይከሰታሉ.
በካቶድ ውስጥ ኤች+ እና ኤሌክትሮኖች አንድ ላይ ተጣምረው ሃይድሮጂን ጋዝ ሲያመርቱ አኖድ ኦክስጅንን ያመነጫል። አሁንም ይህ አካሄድ ለት / ቤት ሳይንስ ሙከራዎች ጥሩ ነው, ነገር ግን ሃይድሮጂን በኢንዱስትሪ ለማምረት, ለትልቅ ምርት ተስማሚ የሆኑ ቀልጣፋ ዘዴዎች መዘጋጀት አለባቸው. ይህ "ፖሊመር ኤሌክትሮላይት ሽፋን (PEM) ኤሌክትሮይዚስ" ነው.
በዚህ ዘዴ የሃይድሮጂን ionዎችን ማለፍ የሚፈቅድ ፖሊመር ሴሚፐርሜብል ሽፋን በአኖድ እና በካቶድ መካከል ይጣላል. በመሳሪያው አኖድ ውስጥ ውሃ በሚፈስስበት ጊዜ በኤሌክትሮላይዜስ የሚመነጨው የሃይድሮጂን አየኖች ከፊል-permeable ሽፋን ወደ ካቶድ ይንቀሳቀሳሉ, ከዚያም ሞለኪውላዊ ሃይድሮጂን ይሆናሉ. በሌላ በኩል የኦክስጂን ionዎች በሴሚፐርሚሚል ሽፋን ውስጥ ማለፍ አይችሉም እና በአኖድ ውስጥ የኦክስጅን ሞለኪውሎች ሊሆኑ አይችሉም.
እንዲሁም በአልካላይን ውሃ ኤሌክትሮላይዜሽን ውስጥ ሃይድሮክሳይድ ionዎች ብቻ በሚያልፉበት አኖድ እና ካቶዴድ በመለያየት ሃይድሮጂን እና ኦክሲጅን ይፈጥራሉ ። በተጨማሪም, ከፍተኛ ሙቀት ያለው የእንፋሎት ኤሌክትሮላይዜሽን የመሳሰሉ የኢንዱስትሪ ዘዴዎች አሉ.
እነዚህን ሂደቶች በከፍተኛ ደረጃ በማከናወን ከፍተኛ መጠን ያለው ሃይድሮጂን ማግኘት ይቻላል. በሂደቱ ውስጥ ከፍተኛ መጠን ያለው ኦክሲጅን (የሃይድሮጅን ግማሽ መጠን) ይመረታል, ስለዚህም ወደ ከባቢ አየር ውስጥ ከተለቀቀ ምንም አይነት አሉታዊ የአካባቢ ተጽእኖ አይኖረውም. ነገር ግን ኤሌክትሮላይስ ብዙ ኤሌትሪክ ስለሚያስፈልገው ከካርቦን ነፃ የሆነ ሃይድሮጂን የሚመረተው በኤሌትሪክ ሃይል ከተመረተ ከቅሪተ አካል ነዳጆች ማለትም ከነፋስ ተርባይኖች እና ከፀሃይ ፓነሎች ጋር ነው።
ንጹህ ሃይልን በመጠቀም ውሃን በኤሌክትሮላይዝ በማድረግ "አረንጓዴ ሃይድሮጂን" ማግኘት ይችላሉ.

ለዚህ አረንጓዴ ሃይድሮጂን መጠነ ሰፊ ምርት የሚሆን ሃይድሮጂን ጀነሬተርም አለ። በኤሌክትሮላይዘር ክፍል ውስጥ PEM ን በመጠቀም ሃይድሮጂን ያለማቋረጥ ማምረት ይቻላል.

ከቅሪተ አካል ነዳጆች የተሰራ ሰማያዊ ሃይድሮጅን

ስለዚህ, ሃይድሮጂን ለመሥራት ሌሎች መንገዶች ምንድ ናቸው? ሃይድሮጅን እንደ የተፈጥሮ ጋዝ እና የድንጋይ ከሰል ባሉ ቅሪተ አካላት ውስጥ ከውሃ በስተቀር ሌሎች ንጥረ ነገሮች ይገኛሉ። ለምሳሌ የተፈጥሮ ጋዝ ዋና አካል የሆነውን ሚቴን (CH4) ተመልከት። እዚህ አራት የሃይድሮጂን አቶሞች አሉ። ይህንን ሃይድሮጅን በማውጣት ሃይድሮጅን ማግኘት ይችላሉ.
ከእነዚህ ውስጥ አንዱ በእንፋሎት የሚጠቀም "የእንፋሎት ሚቴን ማሻሻያ" የሚባል ሂደት ነው. የዚህ ዘዴ ኬሚካላዊ ቀመር እንደሚከተለው ነው.
እንደምታየው ካርቦን ሞኖክሳይድ እና ሃይድሮጂን ከአንድ ሚቴን ሞለኪውል ሊወጣ ይችላል.
በዚህ መንገድ ሃይድሮጂን እንደ የተፈጥሮ ጋዝ እና የድንጋይ ከሰል "የእንፋሎት ማሻሻያ" እና "ፒሮሊሲስ" ባሉ ሂደቶች ሊፈጠር ይችላል. "ሰማያዊ ሃይድሮጂን" በዚህ መንገድ የተሰራውን ሃይድሮጅን ያመለክታል.
በዚህ ሁኔታ ግን ካርቦን ሞኖክሳይድ እና ካርቦን ዳይኦክሳይድ እንደ ተረፈ ምርቶች ይመረታሉ. ስለዚህ ወደ ከባቢ አየር ከመውጣታቸው በፊት እነሱን እንደገና ጥቅም ላይ ማዋል አለብዎት. የካርቦን ዳይኦክሳይድ ተረፈ ምርት፣ ካልተመለሰ፣ “ግራጫ ሃይድሮጂን” በመባል የሚታወቀው ሃይድሮጂን ጋዝ ይሆናል።

ሃይድሮጅን ምን ዓይነት ንጥረ ነገር ነው?

ሃይድሮጂን የአቶሚክ ቁጥር 1 አለው እና በፔርዲክቲክ ጠረጴዛ ላይ የመጀመሪያው አካል ነው.
የአተሞች ብዛት በአጽናፈ ሰማይ ውስጥ ትልቁ ነው, ይህም በአጽናፈ ሰማይ ውስጥ ከሚገኙት ሁሉም ንጥረ ነገሮች 90% ገደማ ነው. ፕሮቶን እና ኤሌክትሮን ያለው ትንሹ አቶም የሃይድሮጂን አቶም ነው።
ሃይድሮጅን ከኒውክሊየስ ጋር የተጣበቁ ኒውትሮኖች ያሉት ሁለት አይዞቶፖች አሉት። አንድ የኒውትሮን-የተሳሰረ "ዲዩተሪየም" እና ሁለት የኒውትሮን-የተሳሰረ "ትሪቲየም". እነዚህ ደግሞ ውህድ ኃይል ለማመንጨት ቁሳቁሶች ናቸው.
እንደ ፀሐይ ባለ ኮከብ ውስጥ፣ ከሃይድሮጂን እስከ ሂሊየም ያለው የኒውክሌር ውህደት እየተካሄደ ነው፣ ይህም ለኮከቡ ብርሀን የኃይል ምንጭ ነው።
ይሁን እንጂ ሃይድሮጂን በምድር ላይ እንደ ጋዝ እምብዛም አይኖርም. ሃይድሮጅን እንደ ውሃ፣ ሚቴን፣ አሞኒያ እና ኢታኖል ካሉ ሌሎች ንጥረ ነገሮች ጋር ውህዶችን ይፈጥራል። ሃይድሮጂን የብርሃን ንጥረ ነገር ስለሆነ, የሙቀት መጠኑ እየጨመረ ሲሄድ, የሃይድሮጂን ሞለኪውሎች እንቅስቃሴ ፍጥነት ይጨምራል, እና ከምድር ስበት ወደ ውጫዊ ቦታ ይወጣል.

ሃይድሮጅን እንዴት መጠቀም እንደሚቻል? በቃጠሎ ይጠቀሙ

ታዲያ እንደ ቀጣዩ ትውልድ የሃይል ምንጭ ሆኖ የአለምን ትኩረት የሳበው “ሃይድሮጂን” እንዴት ጥቅም ላይ ይውላል? በሁለት ዋና መንገዶች ጥቅም ላይ ይውላል: "ማቃጠል" እና "የነዳጅ ሴል". በ "ማቃጠል" አጠቃቀም እንጀምር.
ጥቅም ላይ የዋሉ ሁለት ዋና ዋና የቃጠሎ ዓይነቶች አሉ.
የመጀመሪያው እንደ ሮኬት ነዳጅ ነው. የጃፓኑ H-IIA ሮኬት ሃይድሮጂን ጋዝ "ፈሳሽ ሃይድሮጂን" እና "ፈሳሽ ኦክሲጅን" ይጠቀማል, እሱም እንዲሁ በክራዮጅኒክ ሁኔታ ውስጥ እንደ ነዳጅ ይጠቀማል. እነዚህ ሁለቱ ተጣምረው, እና በዚያን ጊዜ የሚፈጠረው የሙቀት ኃይል ወደ ጠፈር የሚበሩትን የውሃ ሞለኪውሎች መርፌን ያፋጥናል. ይሁን እንጂ ከጃፓን በስተቀር በቴክኒካል አስቸጋሪ ሞተር ስለሆነ ዩናይትድ ስቴትስ, አውሮፓ, ሩሲያ, ቻይና እና ህንድ ብቻ ይህንን ነዳጅ በተሳካ ሁኔታ ያዋህዱታል.
ሁለተኛው የኃይል ማመንጫ ነው. የጋዝ ተርባይን ሃይል ማመንጨት ሃይል ለማመንጨት ሃይድሮጅን እና ኦክስጅንን የማጣመር ዘዴን ይጠቀማል። በሌላ አነጋገር በሃይድሮጂን የሚመነጨውን የሙቀት ኃይልን የሚመለከት ዘዴ ነው. በሙቀት ኃይል ማመንጫዎች ውስጥ ከድንጋይ ከሰል፣ ከዘይት እና ከተፈጥሮ ጋዝ የሚወጣው ሙቀት ተርባይኖችን የሚያንቀሳቅስ እንፋሎት ይፈጥራል። ሃይድሮጂን እንደ ሙቀት ምንጭ ጥቅም ላይ ከዋለ, የኃይል ማመንጫው ካርቦን ገለልተኛ ይሆናል.

ሃይድሮጅን እንዴት መጠቀም እንደሚቻል? እንደ ነዳጅ ሕዋስ ጥቅም ላይ ይውላል

ሌላው የሃይድሮጅን አጠቃቀም እንደ ነዳጅ ሴል ነው, እሱም ሃይድሮጂንን በቀጥታ ወደ ኤሌክትሪክ ይለውጣል. በተለይም ቶዮታ በጃፓን ትኩረትን ስቧል ከኤሌክትሪክ መኪኖች ይልቅ በሃይድሮጂን የሚነዱ ተሽከርካሪዎችን (ኢቪ) ከቤንዚን ተሽከርካሪዎች እንደ አማራጭ በመመልከት የአለም ሙቀት መጨመር የመከላከያ እርምጃዎች አካል ነው።
በተለይም "አረንጓዴ ሃይድሮጂን" የማምረት ዘዴን ስናስተዋውቅ የተገላቢጦሽ አሰራርን እየሰራን ነው. የኬሚካላዊው ቀመር እንደሚከተለው ነው.
ሃይድሮጅን ኤሌክትሪክ ሲያመነጭ ውሃ (ሙቅ ውሃ ወይም እንፋሎት) ሊያመነጭ ይችላል, እና በአካባቢው ላይ ጫና ስለማይፈጥር ሊገመገም ይችላል. በሌላ በኩል ይህ ዘዴ ከ30-40% ዝቅተኛ የኃይል ማመንጫ ቅልጥፍና ያለው ሲሆን ፕላቲኒየም እንደ ማነቃቂያ ስለሚፈልግ ተጨማሪ ወጪዎችን ይጠይቃል.
በአሁኑ ጊዜ ፖሊመር ኤሌክትሮላይት ነዳጅ ሴሎች (PEFC) እና ፎስፈሪክ አሲድ ነዳጅ ሴሎች (PAFC) እየተጠቀምን ነው. በተለይም የነዳጅ ሴል ተሽከርካሪዎች PEFC ን ይጠቀማሉ, ስለዚህ ለወደፊቱ ይስፋፋል ተብሎ ይጠበቃል.

የሃይድሮጅን ማከማቻ እና መጓጓዣ ደህንነቱ የተጠበቀ ነው?

አሁን፣ ሃይድሮጂን ጋዝ እንዴት እንደተሰራ እና ጥቅም ላይ እንደሚውል የተረዱ ይመስለናል። ታዲያ ይህን ሃይድሮጅን እንዴት ማከማቸት ይቻላል? በሚፈልጉበት ቦታ እንዴት ያገኛሉ? በዚያን ጊዜ ስለ ደህንነትስ? እናብራራለን።
እንዲያውም ሃይድሮጂን በጣም አደገኛ አካል ነው. በ20ኛው መቶ ክፍለ ዘመን መጀመሪያ ላይ ሃይድሮጅንን እንደ ጋዝ ተጠቅመን ፊኛዎችን፣ ፊኛዎችን እና የአየር መርከቦችን በሰማይ ላይ ለመንሳፈፍ በጣም ቀላል ነበርና። ይሁን እንጂ ግንቦት 6, 1937 በኒው ጀርሲ፣ ዩናይትድ ስቴትስ “የአየር መርከብ ሂንደንበርግ ፍንዳታ” ደረሰ።
ከአደጋው ጊዜ ጀምሮ ሃይድሮጂን ጋዝ አደገኛ እንደሆነ በሰፊው ይታወቃል. በተለይም እሳት ሲነድ በኦክስጅን በኃይል ይፈነዳል። ስለዚህ "ከኦክስጅን መራቅ" ወይም "ከሙቀት መራቅ" አስፈላጊ ነው.
እነዚህን እርምጃዎች ከወሰድን በኋላ የማጓጓዣ ዘዴን ይዘን መጥተናል።
ሃይድሮጅን በክፍል ሙቀት ውስጥ የሚገኝ ጋዝ ነው, ስለዚህ አሁንም ጋዝ ቢሆንም, በጣም ግዙፍ ነው. የመጀመሪያው ዘዴ ካርቦናዊ መጠጦችን በሚሰራበት ጊዜ ከፍተኛ ጫና እና እንደ ሲሊንደር መጭመቅ ነው. ልዩ ከፍተኛ-ግፊት ማጠራቀሚያ ያዘጋጁ እና እንደ 45Mpa ባሉ ከፍተኛ ግፊት ሁኔታዎች ውስጥ ያስቀምጡት.
የነዳጅ ሴል ተሽከርካሪዎችን (FCV) የሚያመርተው ቶዮታ የ 70 MPa ግፊት መቋቋም የሚችል ከፍተኛ ግፊት ያለው ሃይድሮጂን ታንክ በማዘጋጀት ላይ ነው።
ሌላው ዘዴ ፈሳሽ ሃይድሮጂን ለመሥራት እስከ -253 ዲግሪ ሴንቲ ግሬድ ማቀዝቀዝ እና በልዩ ሙቀት-የተሞሉ ታንኮች ውስጥ ማከማቸት እና ማጓጓዝ ነው. ልክ እንደ LNG (ፈሳሽ የተፈጥሮ ጋዝ) የተፈጥሮ ጋዝ ከውጭ በሚመጣበት ጊዜ, ሃይድሮጂን በማጓጓዝ ጊዜ ይለቃል, መጠኑን ወደ 1/800 የጋዝ ሁኔታ ይቀንሳል. እ.ኤ.አ. በ 2020 ፣ በዓለም የመጀመሪያ የሆነውን ፈሳሽ ሃይድሮጂን ተሸካሚ አጠናቀቅን። ይሁን እንጂ ይህ አቀራረብ ለነዳጅ ነዳጅ ተሽከርካሪዎች ተስማሚ አይደለም, ምክንያቱም ለማቀዝቀዝ ብዙ ኃይል ይጠይቃል.
እንደዚህ ባሉ ታንኮች ውስጥ የማከማቸት እና የማጓጓዣ ዘዴ አለ, ነገር ግን ሌሎች የሃይድሮጂን ማከማቻ ዘዴዎችን እየፈጠርን ነው.
የማጠራቀሚያ ዘዴው የሃይድሮጅን ማጠራቀሚያ ውህዶችን መጠቀም ነው. ሃይድሮጅን ብረቶች ወደ ውስጥ የመግባት እና የማበላሸት ባህሪ አለው. ይህ በ1960ዎቹ በዩናይትድ ስቴትስ ውስጥ የተሰራ የልማት ጠቃሚ ምክር ነው። ጄጄ ሪሊ እና ሌሎች. ሙከራዎች እንደሚያሳዩት ሃይድሮጂን በማግኒዚየም እና በቫናዲየም ቅይጥ በመጠቀም ሊከማች እና ሊለቀቅ ይችላል.
ከዚያ በኋላ የራሱን መጠን 935 ጊዜ ሃይድሮጂንን ሊወስድ የሚችል እንደ ፓላዲየም ያለ ንጥረ ነገር በተሳካ ሁኔታ ፈጠረ።
ይህንን ቅይጥ መጠቀም ያለው ጥቅም የሃይድሮጂን ፍሳሽ አደጋዎችን (በተለይ የፍንዳታ አደጋዎችን) መከላከል መቻሉ ነው። ስለዚህ, ደህንነቱ በተጠበቀ ሁኔታ ሊከማች እና ሊጓጓዝ ይችላል. ነገር ግን, ካልተጠነቀቁ እና በተሳሳተ አካባቢ ውስጥ ከተዉት, የሃይድሮጂን ማጠራቀሚያ ውህዶች በጊዜ ሂደት ሃይድሮጂን ጋዝ ሊለቁ ይችላሉ. ደህና, ትንሽ ብልጭታ እንኳን የፍንዳታ አደጋ ሊያስከትል ይችላል, ስለዚህ ይጠንቀቁ.
ተደጋጋሚ የሃይድሮጂን መምጠጥ እና መሟጠጥ ወደ መሰባበር እና የሃይድሮጅንን የመጠጣት መጠን እንዲቀንስ ማድረጉ ጉዳቱ አለው።
ሌላው ደግሞ ቧንቧዎችን መጠቀም ነው. የቧንቧዎችን መጨናነቅ ለመከላከል ያልተጨመቀ እና ዝቅተኛ ግፊት መሆን ያለበት ሁኔታ አለ, ነገር ግን ጥቅሙ አሁን ያለውን የጋዝ ቧንቧዎች መጠቀም ይቻላል. የቶኪዮ ጋዝ በሃሩሚ ባንዲራ ላይ የግንባታ ስራዎችን አከናውኗል, የከተማ ጋዝ ቧንቧዎችን በመጠቀም ሃይድሮጂንን ለነዳጅ ሴሎች ያቀርባል.

በሃይድሮጂን ኢነርጂ የተፈጠረ የወደፊት ማህበረሰብ

በመጨረሻም፣ ሃይድሮጂን በህብረተሰብ ውስጥ የሚጫወተውን ሚና እናስብ።
በይበልጥ ከካርቦን ነፃ የሆነ ማህበረሰብን ማስተዋወቅ እንፈልጋለን፣ እንደ ሙቀት ኃይል ሳይሆን ሃይድሮጅንን ኤሌክትሪክ ለማመንጨት እንጠቀማለን።
ከትልቅ የሙቀት ኃይል ማመንጫዎች ይልቅ፣ አንዳንድ አባወራዎች እንደ ENE-FARM ያሉ ሥርዓቶችን አስተዋውቀዋል፣ እነዚህም የሚፈለገውን ኤሌክትሪክ ለማመንጨት የተፈጥሮ ጋዝን በማሻሻል የተገኘውን ሃይድሮጂን ይጠቀማሉ። ይሁን እንጂ የተሃድሶው ሂደት ተረፈ ምርቶች ምን እንደሚደረግ ጥያቄው ይቀራል.

ወደፊት የሃይድሮጂን ስርጭት በራሱ ከጨመረ ለምሳሌ የሃይድሮጂን ነዳጅ ማደያ ጣቢያዎችን ቁጥር መጨመር ካርቦን ዳይኦክሳይድን ሳይለቁ ኤሌክትሪክ መጠቀም ይቻላል. ኤሌክትሪክ አረንጓዴ ሃይድሮጂንን ያመነጫል, ስለዚህ ከፀሐይ ብርሃን ወይም ከነፋስ የሚመነጨውን ኤሌክትሪክ ይጠቀማል. ለኤሌክትሮላይዜሽን የሚውለው ሃይል ከተፈጥሮ ሃይል የሚገኘው ትርፍ ሃይል ሲኖር የኃይል ማመንጫውን መጠን ለመግታት ወይም እንደገና የሚሞላውን ባትሪ ለመሙላት ሃይል መሆን አለበት። በሌላ አገላለጽ ሃይድሮጂን እንደገና በሚሞላ ባትሪ ተመሳሳይ ቦታ ላይ ነው. ይህ ከተከሰተ, ውሎ አድሮ የሙቀት ኃይል ማመንጨትን መቀነስ ይቻላል. የውስጥ የሚቀጣጠል ሞተር ከመኪናዎች የሚጠፋበት ቀን በፍጥነት እየቀረበ ነው።

ሃይድሮጅን በሌላ መንገድ ሊገኝ ይችላል. እንደ እውነቱ ከሆነ, ሃይድሮጂን አሁንም የካስቲክ ሶዳ (ኮስቲክ ሶዳ) ምርት ውጤት ነው. ከሌሎች ነገሮች በተጨማሪ በብረት ማምረቻ ውስጥ የኮክ ምርት ውጤት ነው. ይህንን ሃይድሮጅን በስርጭቱ ውስጥ ካስቀመጡት, ብዙ ምንጮችን ማግኘት ይችላሉ. በዚህ መንገድ የሚመረተው ሃይድሮጅን ጋዝም በሃይድሮጂን ጣቢያዎች ይቀርባል.

ወደ ፊት ወደፊት እንመርምር። የጠፋው የሃይል መጠንም ሽቦዎችን ለኃይል አቅርቦት በሚጠቀሙበት የማስተላለፊያ ዘዴ ላይ የሚነሳ ጉዳይ ነው። ስለዚህ ለወደፊት በቧንቧ የሚቀርበውን ሃይድሮጅን ልክ እንደ ካርቦን አሲድ ታንኮች ካርቦናዊ መጠጦችን ለማምረት እንጠቀማለን እና ለእያንዳንዱ ቤተሰብ ኤሌክትሪክ ለማመንጨት በቤት ውስጥ የሃይድሮጅን ማጠራቀሚያ እንገዛለን. በሃይድሮጂን ባትሪዎች የሚሰሩ ተንቀሳቃሽ መሳሪያዎች የተለመዱ እየሆኑ መጥተዋል. እንዲህ ዓይነቱን የወደፊት ጊዜ ማየት አስደሳች ይሆናል.