Превращение отработанного тепла в водородное топливо

Водород как энергоноситель может помочь избавиться от ископаемого топлива, но только если он будет эффективно добыт. Одним из способов повышения эффективности является использование отработанного тепла, которое осталось от других промышленных процессов.

Международное энергетическое агентство подтвердило то, что большинству экспертов уже известно: мир должен больше работать над тем, чтобы стимулировать использование чистого водорода в качестве источника энергии без выбросов.

Водород, созданный с помощью бросового тепла

Однако одной из проблем создания водорода является то, что он требует энергии - много энергии. МЭА говорит, что для производства всего современного водорода только с использованием электричества потребуется 3600 ТВт*ч, что больше, чем ежегодно генерируется Европейским Союзом.

Но что, если бы мы смогли использовать существующий источник бросовой энергии, для производства водорода? Новый подход, разработанный исследователями из Норвежского университета науки и технологий, делает именно это - используя отходящее тепло от других промышленных процессов.

«Мы нашли способ использования тепла, которое в противном случае выбрасывается», - сказал Кьерсти Вергеланд Крахелла, автор статьи, опубликованной в академическом журнале MDPI Energies. «Это низкопотенциальное тепло, но его можно использовать для производства водорода».

Отработанное тепло - это тепло, производимое как побочный продукт промышленного процесса. Все, от промышленного котла до установки по переработке отходов, производит тепло.

Чаще всего это избыточное тепло должно выделяться в окружающую среду. Эксперты в области энергетики говорят, что отработанное тепло на предприятиях разных отраслей Норвегии эквивалентно 20 ТВт*ч энергии.

Для сравнения: вся гидроэнергетическая система Норвегии вырабатывает 140 ТВт*ч электроэнергии в год. Это означает, что есть много ненужного тепла, которое потенциально может быть использовано.

Исследователи использовали метод, названный обратным электродиализом (RED), который основывается на солевых растворах и двух разновидностях ионообменных мембран. Чтобы понять, что на самом деле сделали исследователи, вы должны сначала понять, как работает техника RED.

В RED одна мембрана, называемая анионообменной мембраной, или AEM, позволяет отрицательно заряженным электронам (анионам) перемещаться через мембрану, в то время как вторая мембрана, называемая катионообменной мембраной, или CEM, позволяет положительно заряженным электронам (катионам) течь через мембрану.

Команда Heat to Hydrogen: слева направо: Фроде Селанд, Кристиан Этьен Эйнарсруд, Кьерсти Вергеланд, Крахелла, Роберт Бок и Одне Стокке Бурхейм. 

Мембраны отделяют разбавленный солевой раствор от концентрированного солевого раствора. Ионы мигрируют из концентрированного в разбавленный раствор, и поскольку два разных типа мембран чередуются, они заставляют анионы и катионы мигрировать в противоположных направлениях.

Когда эти чередующиеся колонны расположены между двумя электродами, батарея может генерировать достаточно энергии для расщепления воды на водород (на стороне катода) и кислород (на стороне анода). Этот подход был разработан в 1950-х годах и впервые использовал морскую и речную воду.

Однако Крахелла и ее коллеги использовали другую соль, называемую нитратом калия. Использование этого вида соли позволило им использовать отработанное тепло как часть процесса.

В какой-то момент концентрат и разбавленный солевой раствор становятся все более похожими, поэтому их необходимо обновлять.

Это означает, что необходимо найти способ увеличить концентрацию соли в концентрированном растворе и удалить соль из разбавленного раствора. Вот откуда получается бросовое тепло.

Во-первых, использовалось отработанное тепло для испарения воды из концентрированного раствора, чтобы сделать ее более концентрированной.

Вторая система использовала отработанное тепло, чтобы заставить соль выпадать в осадок из разбавленного раствора (поэтому она будет менее соленой).

Когда исследователи посмотрели на результаты, они увидели, что использование существующей мембранной технологии и отработанного тепла для испарения воды из их системы производило больше водорода на площадь мембраны, чем метод осаждения.

Производство водорода было в четыре раза выше для испарительной системы, работающей при 25 ° С, и в два раза выше для системы, работающей при 40 ° С, по сравнению с их системой осаждения.

Однако, как показали исследования, процесс осаждения был лучше с точки зрения потребления энергии. Например, энергия, необходимая для производства кубического метра водорода с использованием процесса осаждения, составила всего 8,2 кВт*ч, по сравнению с 55 кВт*ч для процесса испарения.

«Это совершенно новая система», - сказала автор. «Нам нужно будет больше тестировать с другие соли в других концентрациях».

Другая проблема, которая продолжает ограничивать производство водорода, заключается в том, что сами мембраны остаются чрезвычайно дорогостоящими.

Крахелла надеется, что по мере того, как общество будет стремиться отказаться от ископаемого топлива, рост спроса приведет к снижению цен на мембраны, а также к улучшению характеристик самих мембран.

«Мембраны являются самой дорогой частью нашей системы», - сказал Крахелла. «Но все знают, что мы должны что-то делать с окружающей средой, и цена потенциально намного выше для общества, если мы не будем развивать экологически чистую энергию». опубликовано econet.ru по материалам techxplore.com

Подписывайтесь на наш youtube канал!

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet