Wenn wir darüber nachdenken, wie Wasserstoff als Kraftstoff hergestellt wird, werden wir uns fragen, warum Wasserstoff als Kraftstoff verwendet wird. Wenn Wasserstoff als Brennstoff in einer Brennstoffzelle verwendet wird, handelt es sich um einen sauberen Brennstoff, der ausschließlich Wasser produziert.
Zahlreiche Ressourcen, darunter Erdgas, Kernkraft, Biomasse und erneuerbaren Energiequellen Gefällt mir Solar- und Wind können zur Herstellung von Wasserstoff genutzt werden.
Seine Vorteile machen ihn zu einem begehrten Brennstoff für Anwendungen in der Energieerzeugung und im Transportwesen. Es gibt zahlreiche Einsatzmöglichkeiten, darunter tragbare Stromversorgung, Haushalte, Autos und mehr.
Der Einsatz von Wasserstoff-Brennstoffzellen als sauberer und effektiver Ersatz für konventionelle Verbrennungsmotoren ist deutlich gewachsen. Das einzige Ergebnis der chemischen Wechselwirkung zwischen Wasserstoff und Sauerstoff in diesen Brennstoffzellen, das Strom erzeugt, ist Wasser.
Um das Potenzial der Wasserstoff-Brennstoffzelle voll auszuschöpfen, ist ein ausgeklügeltes Produktionsverfahren erforderlich.
Inhaltsverzeichnis
Wie Wasserstoffkraftstoff hergestellt wird – 4 wichtige Produktionsmethoden
Es gibt verschiedene Möglichkeiten zur Herstellung von Wasserstoffkraftstoff. Heutzutage sind Elektrolyse und Erdgasreformierung – ein thermischer Prozess – die am häufigsten eingesetzten Techniken. Biologische und solarbetriebene Prozesse sind zwei weitere Ansätze.
- Thermische Prozesse
- Elektrolytische Prozesse
- Solarbetriebene Prozesse
- Biologische Prozesse
1. Thermische Prozesse
Die gebräuchlichste thermische Methode zur Herstellung von Wasserstoff ist die Dampfreformierung, eine Hochtemperaturreaktion zwischen Wasserdampf und einem Kohlenwasserstoff-Brennstoff, die Wasserstoff ergibt.
Wasserstoff kann durch Reformierung verschiedener Kohlenwasserstoff-Brennstoffe wie Diesel, Erdgas, vergaster Kohle, vergaster Biomasse und erneuerbarer flüssiger Brennstoffe erzeugt werden. Heutzutage erzeugt die Dampfreformierung von Erdgas fast 95 % des gesamten Wasserstoffs.
2. Elektrolytische Prozesse
Mithilfe einer Elektrolysetechnik können Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser gewonnen werden. Ein Elektrolyseur ist ein Gerät, das elektrolytische Prozesse durchführt. Sie ähnelt einer Brennstoffzelle darin, dass sie Wasserstoff aus Wassermolekülen erzeugt, anstatt die Energie eines Wasserstoffmoleküls zu nutzen.
3. Solarbetriebene Prozesse
In solarbetriebenen Systemen dient Licht als Mittel zur Erzeugung von Wasserstoff. Einige solarbetriebene Prozesse sind thermochemische, photoelektrochemische und photobiologische. Wasserstoff wird durch photobiologische Prozesse hergestellt, die auf der natürlichen photosynthetischen Aktivität von Bakterien und Grünalgen beruhen.
Photoelektrochemische Reaktionen nutzen spezielle Halbleiter und spalten Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Konzentrierte Solarenergie wird in der solarthermochemischen Wasserstoffsynthese genutzt, um wasserspaltende Reaktionen anzutreiben, häufig in Verbindung mit weiteren Spezies wie Metalloxiden.
4. Biologische Prozesse
Mikroorganismen wie Bakterien und Mikroalgen werden in biologischen Prozessen eingesetzt und können durch biologische Reaktionen Wasserstoff produzieren.
Durch den Abbau organischer Materialien wie Biomasse oder Abwasser können Bakterien in einem Prozess, der als mikrobielle Biomasseumwandlung bezeichnet wird, Wasserstoff produzieren. Im Gegensatz dazu nutzen photobiologische Prozesse das Sonnenlicht als Energiequelle für die Mikroben.
Wie Wasserstoffkraftstoff hergestellt wird – 8 Produktionsschritte
Nachdem wir die verschiedenen Produktionsmethoden besprochen haben, wollen wir die spezifischen Verfahren untersuchen, die bei der Herstellung einer Wasserstoff-Brennstoffzelle erforderlich sind, von der Suche nach Rohstoffen bis zur Erzeugung einer sauberen Energiequelle. Wir werden die Verfahren untersuchen, aus denen sich der elektrolytische Prozess zusammensetzt.
- Rohstoffbeschaffung
- Katalysatorvorbereitung
- Herstellung von Membran-Elektroden-Baugruppen (MEA).
- Herstellung von Bipolarplatten
- Zusammenbau eines Brennstoffzellenstapels
- Gleichgewicht der Pflanzenbestandteile
- Qualitätskontrolle und Prüfung
- Bereitstellung und Integration
1. Rohstoffbeschaffung
Die Beschaffung der für den Bau von Wasserstoff-Brennstoffzellen benötigten Rohstoffe ist der erste Schritt im Produktionsprozess. Zu den wesentlichen Komponenten gehören kohlenstoffbasierte Materialien für die Bipolarplatten, Polymere für die Elektrolytmembran sowie Platin oder andere Katalysatoren für Elektrodenreaktionen.
Diese Materialien werden normalerweise von vielen Anbietern erworben und durchlaufen strenge Qualitätssicherungsverfahren, um ihre Eignung für die Herstellung von Brennstoffzellen zu gewährleisten.
2. Katalysatorvorbereitung
Der Katalysator, der häufig aus Platin besteht, ist für die Fähigkeit der Brennstoffzelle, elektrochemische Reaktionen durchzuführen, von entscheidender Bedeutung.
Um eine hochaktive und stabile Katalysatorschicht zu erzeugen, wird das Katalysatormaterial mit verschiedenen Methoden behandelt und hergestellt, darunter chemische Abscheidung und physikalische Gasphasenabscheidung.
Die Elektrodenoberflächen werden anschließend mit Techniken wie Sprühbeschichtung oder Siebdruck mit dieser Schicht bedeckt.
3. Herstellung von Membran-Elektroden-Baugruppen (MEA).
Die mit dem Katalysator beschichteten Elektroden und die Polymerelektrolytmembran bilden die Membran-Elektroden-Einheit, die ein wesentlicher Bestandteil der Brennstoffzelle ist. Die Polymerelektrolytmembran wird sorgfältig hergestellt und so geformt, dass sie zur Architektur des Brennstoffzellenstapels passt.
Es besteht üblicherweise aus einem Perfluorsulfonsäure-Polymer. Anschließend wird die MEA gebildet, indem die mit Katalysator beschichteten Elektroden in jede Seite der Membran integriert werden.
4. Herstellung von Bipolarplatten
In einem Stapel von Brennstoffzellen sind Bipolarplatten für die Verteilung der Reaktionsgase und die Übertragung von Elektrizität zwischen den Brennstoffzellen verantwortlich. Für die Herstellung dieser Platten werden in der Regel korrosionsbeständige und leichte Materialien auf Kohlenstoffbasis verwendet.
Um die gewünschte Form und Struktur zu erreichen, werden im Produktionsprozess Form-, Bearbeitungs- oder Pressverfahren eingesetzt. In Bipolarplatten sind außerdem Kanäle und Strömungsfelder enthalten, um den effektiven Durchgang von Sauerstoff- und Wasserstoffgasen zu erleichtern.
5. Zusammenbau eines Brennstoffzellenstapels
Der wesentliche Bestandteil des Wasserstoff-Brennstoffzellensystems ist der Brennstoffzellenstapel, der aus mehreren parallel und in Reihe geschalteten Brennstoffzellen besteht. Die Anordnung besteht aus perfekt gestapelten Bipolarplatten, Gasdiffusionsschichten und MEAs.
Durch die Verwendung von Dichtungsmaterialien wie Klebstoffen und Dichtungen werden Gaslecks verhindert und eine gute Abdichtung gewährleistet. Die Stapelbaugruppe ist darauf ausgelegt, die größtmögliche Leistung zu erzeugen und gleichzeitig den idealen Kühlmittel- und Gasfluss aufrechtzuerhalten.
6. Gleichgewicht der Pflanzenbestandteile
Ein vollständiges Brennstoffzellensystem benötigt zusätzlich zum Brennstoffzellenstapel mehrere Balance-of-Plant-Komponenten (BOP). Diese bestehen aus Befeuchtern, Kühlsystemen, Versorgungssystemen für Wasserstoff und Sauerstoff sowie Leistungselektronik zur Steuerung und Regelung der elektrischen Leistung.
Um einen angemessenen Kraftstoff- und Kühlmittelfluss, Wärmemanagement und elektrische Konnektivität sicherzustellen, sind die BOP-Komponenten in das Gesamtsystemdesign integriert.
7. Qualitätskontrolle und Prüfung
Während des Herstellungsprozesses werden strenge Qualitätskontrollverfahren angewendet, um die Zuverlässigkeit und Effizienz jeder Brennstoffzelle zu gewährleisten. In mehreren Phasen werden Qualitätsprüfungen wie Sichtprüfungen, elektrische Prüfungen und Leistungsüberprüfungen durchgeführt.
An den fertigen Brennstoffzellenbaugruppen werden umfassende Tests durchgeführt, um deren elektrische Leistung, Haltbarkeit, Effizienz und Sicherheit zu bestätigen. Um die geforderten Qualitätsstandards zu erfüllen, werden fehlerhafte Zellen oder Komponenten gefunden und ausgetauscht.
8. Bereitstellung und Integration
Nach erfolgreicher Produktion und Erprobung werden die Brennstoffzellen für den Einsatz und die Integration in eine Reihe von Anwendungen vorbereitet. Tragbare Elektronikgeräte, stationäre Stromerzeugungsgeräte und Automobile können alle in diese Kategorie fallen.
Um ein nützliches und effektives wasserstoffbetriebenes Gerät zu konstruieren, umfasst das Integrationsverfahren die Verbindung des Brennstoffzellensystems mit den erforderlichen Hilfssystemen wie Wasserstoffspeichertanks, Luftansaugsystemen und Energiemanagementeinheiten.
Zusammenfassung
Die Herstellung von Wasserstoff-Brennstoffzellen ist ein mehrstufiger Prozess, der mit der Beschaffung der Rohstoffe beginnt und mit der Integration von Brennstoffzellensystemen endet.
Dieser komplexe Prozess garantiert die Produktion sauberer, zuverlässiger und effizienter Energiequellen, die das Potenzial haben, die Energieerzeugung, den Transport und andere Industriezweige völlig zu verändern.
Der Produktionsprozess für Wasserstoff-Brennstoffzellen entwickelt sich aufgrund kontinuierlicher Forschung und Entwicklung ständig weiter, was die Entwicklung nachhaltiger Energielösungen vorantreibt.
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Ein leidenschaftlicher Umweltschützer aus ganzem Herzen. Lead Content Writer bei EnvironmentGo.
Ich bemühe mich, die Öffentlichkeit über die Umwelt und ihre Probleme aufzuklären.
Es ging schon immer um die Natur, wir sollten sie schützen, nicht zerstören.