Вода для производства водорода | Экодар

Водород — газ, который используется в различных сферах промышленности. Одним из способов его получения является электролиз. Этот процесс подразумевает пропускание через воду электрического тока, в результате чего молекулы воды разлагаются на водород и кислород.

Для электролиза важна чистота и химический состав воды. Поэтому предприятия химической промышленности должны предварительно фильтровать воду для производства водорода и нормализовать ее химический состав в соответствии с установленными требованиями.

Особенности технологии электролиза

Получение водорода методом электролиза — наиболее экономичная и простая технология. Она требует небольших энергозатрат и позволяет получать большие объемы альтернативного газа. Водород можно добывать из любой воды, но перед этим она должна проходить очистку от посторонних примесей. Электролиз проводится в деминерализованной воде, чтобы исключить влияние растворенных и нерастворенных веществ на процесс.

При пропускании через воду электрического тока молекула воды распадается на два атома — водорода и кислорода. Причем первого получается в 2 раза больше, чем второго (из-за количества атомов). Таким образом, при обработке 0,5 литра воды можно получить около кубометра обоеих газов. Затраты электричества на разложение молекул составят 4 квт/ч.

Электролиз воды для получения водорода имеет такие преимущества:

• Сырье для производства газа всегда доступно. Воду можно получать из скважин, естественных водоемов или водопровода. Но перед этим она должна пройти фильтрацию на установках обратного осмоса или другом подобном оборудовании.
• При производстве водорода не образуется загрязняющих веществ. Под действием электрического тока вода разлагается на водород и кислород. Дополнительных компонентов в жидкости нет, так как перед этим она пропускается через молекулярную мембрану.
• Процесс электролиза полностью автоматизирован. Не нужно привлекать большое количество персонала для поддержания работы электрических установок.

Полученный методом электролиза воды водород можно использовать в таких сферах:

• Предприятия химической промышленности для получения других соединений органического происхождения;
• На фабриках по производству продуктов питания для гидрогенизации жиров;
• На производстве электронных компонентов для получения кремния в восстановительных химических реакциях;
• На нефтехимическом производстве для улучшения качества топлива и нефтепродуктов;
• На металлургических заводах для восстановления цветных металлов и получения тугоплавких сплавов;
• В качестве хладагента в охладительных установках электрогенераторов;
• Для получения горючего газа при сваривании металлов;
• Для изготовления ракетного топлива.

Преимущества использования обратного осмоса

Для комплексной очистки воды от различных примесей и дальнейшего ее применения можно использовать установки обратного осмоса. Эти фильтры отличаются тем, что позволяют удалить из жидкости до 99,9% загрязнений. Таким образом можно упростить, ускорить и удешевить процесс водоподготовки на производстве.

Технически установка обратного осмоса представляет собой мембрану, через которую под определенным давлением просачивается вода. Мембрана имеет сетчатую структуру. Но размер ячеек настолько мал, что через них могут просочиться только молекулы воды. Остальные компоненты остаются и сбрасываются в канализацию.

Для создания обратноосмотического давления используются специальные насосы, которые являются частью промышленной установки водоочистки.

Обратный осмос может удалить из воды такие загрязнения:

• Любые микроскопические вещества, которые находятся в воде в коллоидном состоянии. Более крупные частицы обычно очищаются до подачи в обратный осмос с помощью седиментных фильтров. В противном случае ресурс мембраны быстро исчерпается.
• Любые растворенные вещества. Обратный осмос может умягчить воду и удалить из нее двухвалентное железо, марганец. Таким образом никакие вещества не будут мешать протеканию электролиза и выделению водорода с кислородом из воды.

Обратный осмос может иметь высокую производительность. Специалисты компании Экодар выполняют необходимые расчеты и собирают установки водоочистки, которые позволяют получать большие объемы воды для крупных предприятий.

Установки для очистки воды от компании Экодар

Производственное предприятие Экодар предлагает установки для очистки воды различного назначения и производительности. В каталоге на сайте можно найти устройства для индивидуального применения, для использования на общественных и производственных объектах.

Компания предлагает различные виды установок обратного осмоса. Они отличаются друг от друга производительностью, наличием дополнительных аксессуаров для комфортного использования, сферой применения.

Примеры доступных для заказа устройств:

• Осмос 400 – готовое к использованию решение для водоподготовки. Состоит из фильтра обратного осмоса и дополнительных модулей, обеспечивающих его работу. Оборудование имеет компактные размеры и легко интегрируются в систему водопровода. Производительность составляет до 1500 литров в сутки (400 галлонов). Подходит для производства водорода в небольших количествах.
• Осмос 800S — это фильтр обратного осмоса, собранный на компактной раме. Для подключения достаточно врезать систему в водопровод. Картридж предварительной фильтрации и угольный уже входят в комплект. Эту установку можно использовать для очистки воды с целью получения водорода. Одна из особенностей модели с индексом S — наличие накопительного бака, в котором хранится запас очищенной воды. Производительность модели — 3000 литров или 800 галлонов в сутки.
• Промышленная установка обратного осмоса — оборудование с высокой производительностью, длительным сроком службы и надежностью. С помощью промышленной системы можно максимально очистить воду от примесей в непрерывном режиме.

Для получения консультаций и оформления заказа обратитесь к менеджерам отдела по работе с клиентами.

Перейти в каталог

Проблема зеленого водорода, о которой никто не говорит

Энергетика

Проблема зеленого водорода, о которой никто не говорит

10.12.2020, 16:00

Просмотров: 59373

Авторы и источники / Правообладателям

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.

20.06.2022 16:24

Технологии БПЛА для электросетевого комплекса

22.03.2021 10:29

Глобальная окупаемость инвестиций в возобновляемые источники энергии в 7 раз выше, чем в ископаемое топливо

17. 02.2021 17:49

Энергосистемы высокого напряжения постоянного тока в сравнении с энергосистемами высокого напряжения переменного тока

Крупномасштабное производство водорода электролизом воды: технико-экономическая и экологическая оценка

Крупномасштабное производство водорода

путем электролиза воды : технико-экономическая и экологическая оценка†

Том Терлоу, * ^аб христианин Бауэр, * ^и Рассел МакКенна ^CD и Марко Маццотти ^б

Принадлежности автора

* Соответствующие авторы

^и Группа оценки технологий, Лаборатория анализа энергетических систем, Институт Пауля Шеррера, 5232 Villigen PSI, Швейцария
Электронная почта: tom. [email protected], [email protected]

^б Институт энергетики и технологических процессов, ETH Zürich, Цюрих 8092, Швейцария

^с Кафедра анализа энергетических систем, факультет машиностроения и технологического проектирования, ETH Zürich, Цюрих 8092, Швейцария

^д Лаборатория анализа энергетических систем, 5232 Villigen PSI, Швейцария

Аннотация

rsc.org/schema/rscart38″> Низкоуглеродистый (зеленый) водород может быть получен посредством электролиза воды с использованием фотогальванической, ветровой, гидроэнергии или электричества из обезуглероженной сети. В этой работе количественно оцениваются текущие и будущие затраты, а также воздействие на окружающую среду крупномасштабных систем производства водорода на географических островах, которые демонстрируют высокий потенциал возобновляемых источников энергии и могут выступать в качестве центров экспорта водорода. Рассматриваются различные конфигурации производства водорода с учетом ежедневной производительности водорода 10 тонн, затрат на производство водорода, выбросов парниковых газов в течение жизненного цикла, использования материалов и преобразования земли. Результаты показывают, что затраты на производство электролитического водорода составляют 3,7 евро за кг H 9 .0052 ₂ доступны уже сегодня, и что вероятно снижение до 2 евро за кг H ₂ в 2040 году, что приведет к паритету затрат с водородом из риформинга природного газа даже при применении «исторических» цен на природный газ. Недавний скачок цен на природный газ показывает, что паритет стоимости между зеленым и серым водородом может быть достигнут уже сегодня. Производство водорода с помощью электролиза воды с низкими затратами и низким уровнем выбросов парниковых газов в настоящее время возможно только в очень определенных местах. Гибридные конфигурации с использованием различных вариантов электроснабжения демонстрируют наилучшие экономические показатели в сочетании с низкой нагрузкой на окружающую среду. Автономные системы производства водорода особенно эффективны для производства низкоуглеродного водорода, хотя производство компонентов системы большего размера может привести к значительным экологическим нагрузкам и инвестициям. Некоторые материалы (особенно иридий) и доступность земли могут быть ограничивающими факторами при расширении производства зеленого водорода с помощью электролизеров с мембраной из полимерного электролита (ПЭМ). Это означает, что лица, принимающие решения, должны учитывать аспекты, помимо затрат и выбросов парниковых газов, при проектировании крупномасштабных систем производства водорода, чтобы избежать рисков, связанных, например, с поставкой дефицитных материалов.

Производство и поставка водорода | Водород и топливные элементы | Водород и топливные элементы

Исследователи из NREL разрабатывают передовые процессы для экономичного производства водорода. из устойчивых ресурсов.

Узнайте, как NREL разрабатывает и продвигает ряд способов использования возобновляемого водорода производство. Текстовая версия

Биологическое расщепление воды

Некоторые фотосинтезирующие микробы используют энергию света для получения водорода из воды в виде частью их метаболических процессов. Поскольку кислород образуется вместе с водородом, фотобиологическая технология производства водорода должна преодолеть присущую ей чувствительность к кислороду. ферментативных систем, выделяющих водород. Исследователи NREL решают эту проблему путем скрининг встречающихся в природе организмов, которые более устойчивы к кислороду и путем создание новых генетических форм организмов, способных поддерживать производство водорода в наличие кислорода. Исследователи также разрабатывают новую систему, которая использует метаболический переключение (депривация серы) на цикличность клеток водорослей между фотосинтетическим ростом этап и этап производства водорода.

Контактное лицо: Мария Гирарди

Ферментация

Ученые NREL разрабатывают технологии предварительной обработки для преобразования лигноцеллюлозных биомассы в богатое сахаром сырье, которое можно напрямую ферментировать для получения водорода, этанол и дорогостоящие химикаты. Исследователи также работают над выявлением консорциума Clostridium, которые могут непосредственно ферментировать гемицеллюлозу до водорода. Другое исследование области включают биоразведку эффективных целлюлозолитических микробов, таких как Clostridium thermocellum, который может сбраживать кристаллическую целлюлозу непосредственно в водород для снижения затраты на сырье. Как только модельная целлюлозолитическая бактерия идентифицирована, ее потенциал для генетических манипуляций, включая чувствительность к антибиотикам и легкость генетического преобразования, будет определено. Будущие проекты ферментации NREL будут сосредоточены по разработке стратегий создания мутантов, которые избирательно блокируются от производства отработанные кислоты и растворители для максимального выхода водорода.

Контактное лицо: Pin-Ching Maness

Конверсия биомассы и отходов

Водород может быть получен путем пиролиза или газификации ресурсов биомассы, таких как сельскохозяйственные отходы, такие как скорлупа арахиса; потребительские отходы, включая пластик и отходы жир; или биомасса, специально выращенная для использования в качестве энергии. Пиролиз биомассы производит жидкий продукт (био-масло), содержащий широкий спектр компонентов, которые можно разделены на ценные химические вещества и топливо, включая водород. исследователи NREL в настоящее время сосредоточены на производстве водорода путем каталитического риформинга пиролиза биомассы. продукты. Конкретные области исследований включают преобразование потоков пиролиза и разработку и испытания псевдоожижаемых катализаторов.

Контактное лицо: Richard French

Фотоэлектрохимическое расщепление воды

Самый чистый способ производства водорода — это использование солнечного света для прямого расщепления воды. на водород и кислород. Технология многопереходных элементов, разработанная фотогальваническими промышленность используется для фотоэлектрохимических (PEC) светособирающих систем, которые генерируют достаточное напряжение для разделения воды и стабильны в среде вода/электролит. Система PEC, разработанная NREL, производит водород из солнечного света без затрат. и усложнение электролизеров, при эффективности преобразования солнечной энергии в водород На 12,4% ниже теплотворная способность при использовании захваченного света. Ведутся исследования, чтобы выявить больше эффективные, недорогие материалы и системы, долговечные и устойчивые к коррозии в водной среде.

Контактное лицо: Джон Тернер или Тодд Дойч

Расщепление солнечной термальной воды

Исследователи NREL используют реактор High-Flux Solar Furnace для концентрации солнечной энергии и создания температур от 1000 до 2000 градусов Цельсия. Для термохимической реакции необходимы сверхвысокие температуры. циклов для получения водорода. Такой высокотемпературный, сильнодействующий, работающий от солнечной энергии термохимический процессы предлагают новый подход к экологически безопасному производству водорода. Очень высокие скорости реакции при этих повышенных температурах приводят к очень быстрой реакции. ставки, которые значительно повышают производительность и более чем компенсируют прерывистый характер солнечного ресурса.

Контактное лицо: Джуди Неттер

Возобновляемый электролиз

Возобновляемые источники энергии, такие как фотогальваника, ветер, биомасса, гидро- и геотермальная энергия может обеспечить чистую и устойчивую электроэнергию для нашей нации. Однако возобновляемая энергия источники естественно изменчивы, требуя накопления энергии или гибридной системы для размещения суточные и сезонные изменения. Одно из решений состоит в том, чтобы производить водород путем электролиза — расщепления. электрическим током — воды и использовать этот водород в топливном элементе для производства электроэнергии в периоды низкой выработки электроэнергии или пикового спроса, или использовать водород в автомобилях на топливных элементах.

Исследователи Центра интеграции энергетических систем NREL и Центра испытаний и исследований водородной инфраструктуры изучают вопросы, связанные с использованием возобновляемых источников энергии для производства водорода путем электролиза воды. NREL тестирует интегрированные системы электролиза и исследует варианты конструкции для снижения капитальных затрат и повышения производительности.

Узнайте больше об исследованиях NREL в области возобновляемого электролиза.

Контактное лицо: Кевин Харрисон

Надежность шланга дозатора водорода

Компания NREL уделяет особое внимание снижению затрат и повышению надежности и безопасности. ускоренное тестирование и циклирование шлангов для подачи водорода на 700 бар в Центре интеграции энергетических систем с использованием автоматизированной робототехники для имитации полевых условий. Посмотрите видео робота, который имитирует повторяющееся напряжение человека, сгибающегося и скручивающегося шланг для подачи водорода в бортовой накопительный бак автомобиля на топливных элементах. Исследователи проводить механические, термические испытания и испытания под давлением на новых и бывших в употреблении дозаторах водорода шланги. Материал шланга анализируется для выявления инфильтрации водорода, охрупчивания, и возникновение/распространение трещин.

Контактное лицо: Кевин Харрисон

Анализ путей производства и доставки водорода

NREL выполняет системный анализ различных видов устойчивого производства водорода и пути доставки. Эти усилия сосредоточены на определении улучшений статуса, от технологических достижений, затрат как функции объема производства и потенциального для снижения затрат. Результаты помогают выявить препятствия на пути к успеху этих путей, драйверы основных затрат и остающиеся проблемы НИОКР. Разработанные NREL тематические исследования анализа водорода обеспечивают прозрачные прогнозы текущих и будущих затрат на производство водорода.