通过逆电渗析将废热转化为氢燃料

时间:2019-11-25 10:19 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

  

通过逆电渗析将废热转化为氢燃料

 

  这是RED单元格外观的可视化。氢在阴极端产生,而氧在阳极端产生。

  使用废热有助于降低生产氢气的成本。

  氢作为能源载体可以帮助我们摆脱化石燃料,但前提是要有效地制造氢。提高效率的一种方法是使用其他工业过程中遗留的废热。

  6月,国际能源署(International Energy Agency)证实了大多数专家已经知道的事情:世界应该更加努力地促进使用纯氢作为无排放能源。

  然而,产生氢的挑战之一是它需要能量-大量能量。IEA表示,仅使用电力生产当今所有的氢气将需要3600 TWh,这比欧盟每年的发电量还多。

  

通过逆电渗析将废热转化为氢燃料

 

  研究人员Odne Stokke Burheim和Kjersti Wergeland Krakhella组装了膜电导率测量单元,用于测试其利用废热来帮助产生氢气。

  但是,如果您可以使用现有的浪费能源来帮助制氢呢?挪威科技大学研究人员开发的一种新方法正是通过使用其他工业过程中产生的余热来做到这一点的。

  “我们已经找到了一种利用热量的方法,否则这种方法就不值钱了,”发表在学术期刊MDPI Energies上有关该过程的文章的第一作者Kjersti Wergeland Krakhella说。“这是低品位的低温热量,但是它可以用来制氢。”

  挪威电力生产的七分之一

  废热听起来完全像是工业过程的副产品产生的热量。从工业锅炉到废料发电厂的任何东西都会产生废热。

  

通过逆电渗析将废热转化为氢燃料

 

  这是制作单元所需要的。图片的前面是离子交换膜,而后面是用于测量膜电导率的细胞成分。

  多余的热量必须多次释放到环境中。能源专家说,挪威工商业的废热相当于20 TWh的能源。

  从这个角度来看,挪威的整个水力发电系统每年发电140 TWh。这意味着那里有很多废热,它们有可能被利用。

  膜和盐

  研究人员使用了一种称为逆电渗析(RED)的技术,该技术依赖于盐溶液和两种离子交换膜。

  要了解研究人员的实际工作,您首先必须了解RED技术的工作原理。

  在RED中,一种称为阴离子交换膜或AEM的膜允许带负电的电子(阴离子)穿过该膜,而另一种称为阳离子交换膜或CEM的膜允许带正电的电子(阳离子)与流过膜。

  

通过逆电渗析将废热转化为氢燃料

 

  氢能热队:左起:弗罗德·塞兰德,克里斯蒂安·艾蒂安·埃纳斯鲁德,克耶斯提·韦格兰·克拉赫拉,罗伯特·博克和奥德·斯托克·布尔海姆。

  膜将稀盐溶液与浓盐溶液分离。离子从浓缩溶液迁移到稀溶液,并且由于两种不同类型的膜是交替的,它们迫使阴离子和阳离子向相反的方向迁移。

  当这些交替的列夹在两个电极之间时,电池堆可以产生足够的能量以将水分解为氢(在阴极侧)和氧(在阳极侧)。

  这种方法是在1950年代开发的,首先使用了盐水和河水。

  但是,克拉赫拉和她的同事所做的是使用另一种称为硝酸钾的盐。这种盐的使用使他们能够将余热用作过程的一部分。

  利用废热再利用盐

  如果运行上述RED堆栈,则浓缩液和稀盐溶液有时会越来越相似,因此必须对其进行刷新。

  这意味着您需要找到一种方法来提高浓溶液中盐的浓度,并从稀溶液中除去盐。那就是废热的来源。

  研究人员测试了两个系统。

  

通过逆电渗析将废热转化为氢燃料

 

  研究人员调整测量池中膜的压力。

  首先是利用废热将浓缩溶液中的水蒸发掉,使其更加浓缩。

  第二个系统利用废热使盐从稀释的溶液中沉淀出来(因此盐度会减少)。

  Krakhella说:“如果您找到一种去除水或去除盐分的方法,那么您已经完成了工作。”

  两者都有好处

  当研究人员查看他们的结果时,他们发现使用现有的膜技术和废热从其系统中蒸发水比沉淀法产生的每膜面积氢气更多。

  与它们的沉淀系统相比,在25°C下运行的蒸发系统的氢气产量高出四倍,而在40°C下运行的系统的氢气产量高出两倍。

  从成本的角度来看,这使其成为更好的候选人。

  但是,研究人员发现,就能量需求而言,降水过程更好。例如,使用沉淀过程生产一立方米氢气所需的能量仅为8.2 kWh,而蒸发过程为55 kWh。

  具有许多可能性的新系统

  尽管Krakhella的工作证明了该概念是可行的,但她主要使用的是实验室工作台模型和大量计算机计算。仍有许多工作要做,尤其是在过程中使用的盐种类方面。

  她说,研究人员选择硝酸钾作为其盐体系,但其他盐也可以起作用。

  她说:“这是一个全新的系统。” “我们需要对其他浓度的其他盐类进行更多的测试。”

  膜价格是限制因素

  继续限制制氢的另一个问题是膜本身仍然非常昂贵。

  克拉赫拉(Krakhella)希望,随着社会逐渐远离化石燃料,需求的增长将推动膜价格下降,并改善膜本身的特性。

  “膜是我们系统中最昂贵的部分,” Krakhella说。“但是每个人都知道我们需要对环境做一些事情,如果我们不开发无污染的能源,对社会来说价格可能会更高。”

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