Wodór, magazynowanie i produkcja: ewolucja i technologie H2

[Remundo]

Należy pamiętać, że HCOOH (-) CO2 + H2 nie jest nowym pomysłem do przechowywania H2 w postaci pochodnej, którą można łatwiej obsługiwać.

Trudność polega na tym, że katalizator może kierować reakcją w jednym lub drugim kierunku.

EPFL użyłby formy rutenu, jest bardzo techniczny i przyznaję się do moich dużych niedociągnięć ...

Z drugiej strony, aspekt „absorpcji CO2” nie jest do końca uczciwy, ponieważ CO2 jest uwalniany podczas regeneracji H2. Takiego procesu nie można uznać za efektywny pochłaniacz dwutlenku węgla.

[Obamot]

Czy to ja, czy tytuł nici mówi, że katalizatorem jest żelazo? A może mówimy o czymś innym?

Badania posuwają się naprzód z wielkimi postępami w tworzeniu metanolu z Co2, tam również katalizatorem jest ruten:

http://www.futura-sciences.com/magazine ... que-55027/

Zawsze z metali szlachetnych, ale może pewnego dnia również po prostu z żelaza (jak EPFL udało się w tytule tego wątku).

I 50% wydajności, to już nie 60% z 18%, jak w przypadku paneli PV, czy to staje się szczerze interesujące?

[Obamot]

H²: po przechowywaniu EPFL zabiera się do zbierania!

Wytwarzanie wodoru z otaczającym powietrzem!

1016x572.jpg (123.74 KiB) Wyświetlono 1587 razy

Chemicy z EPFL wynaleźli sztuczny arkusz solarny, oparty na nowej przezroczystej i porowatej elektrodzie. Może zbierać wodę atmosferyczną i przekształcać ją w wodór. Ta technologia półprzewodnikowa jest prosta w produkcji i wdrażaniu na dużą skalę.

Maksymalna wydajność teoretyczna 12%: dobry początek?

Od dziesięcioleci naukowcy marzyli o urządzeniu zasilanym wyłącznie energią słoneczną, które zbierałoby wodę z atmosfery i przekształcało ją w wodór. W EPFL inżynier i chemik Kevin Sivula zrobił ważny krok w kierunku realizacji tej koncepcji. Wraz ze swoim zespołem opracował system tak prosty, jak genialny. Łączy w sobie technologie półprzewodnikowe i innowacyjne elektrody, które wykazują dwie kluczowe cechy: porowatość, aby zmaksymalizować kontakt z wodą atmosferyczną, oraz przezroczystość, aby zoptymalizować ekspozycję powłoki półprzewodnikowej na światło słoneczne. Przy naturalnym świetle urządzenie pobiera wodę z otaczającego powietrza i wytwarza wodór. Wyniki opublikowano w Advanced Materials. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10. ... .202208740

Gdzie tkwi innowacja? W gazowych elektrodach dyfuzyjnych przezroczyste, porowate i przewodzące. Dzięki nim ta technologia słoneczna przekształca wodę – obecną w powietrzu w stanie gazowym – w wodór.

„Dla zrównoważonego społeczeństwa musimy znaleźć nowe sposoby magazynowania energii odnawialnej w formie chemicznej, która może być wykorzystywana jako paliwo lub surowiec dla przemysłu” – mówi główny autor Kevin Sivula z Laboratorium Inżynierii Molekularnej Optoelektronicznych Nanomateriałów EPFL. . Światło dzienne jest najobficiej występującą formą energii odnawialnej i pracujemy nad opracowaniem ekonomicznie opłacalnych sposobów produkcji paliw słonecznych”.

Zainspirowany liśćmi roślin
W swojej pracy nad niekopalnymi paliwami odnawialnymi inżynierowie EPFL, we współpracy z Toyota Motor Europe, inspirowali się zdolnością roślin do przekształcania światła dziennego w energię chemiczną poprzez wykorzystanie dwutlenku węgla obecnego w atmosferze. Zasadniczo rośliny pobierają CO2 i wodę ze swojego środowiska, a następnie, dzięki zwiększeniu energii światła słonecznego, przekształcają te cząsteczki w cukry i skrobię. Proces znany jako fotosynteza.

Zaprojektowane przez Kevina Sivulę i jego zespół przezroczyste elektrody do dyfuzji gazu mogą być pokryte materiałem półprzewodnikowym, który zbiera światło. W ten sposób działa jak liść, zbierając światło i wodę obecną w atmosferze, aby wytworzyć wodór. Energia słoneczna magazynowana jest w postaci wiązań wodorowych.

Zamiast wytwarzać elektrody w tradycyjny sposób, z nieprzezroczystymi warstwami, ich podłożem jest trójwymiarowa siatka włókien szklanych.

„Opracowanie naszego prototypu było trudne, ponieważ przezroczyste elektrody z dyfuzją gazową nigdy nie były przedmiotem wcześniejszej demonstracji”, wyjaśnia Marina Caretti, autorka badań. Dla każdego kroku musieliśmy opracować nowe procedury. Ale ponieważ każdy krok jest stosunkowo prosty i łatwy do skalowania, wierzę, że nasze podejście otworzy nowe horyzonty dla różnych zastosowań, zaczynając od substratów dyfuzji gazu do wytwarzania energii słonecznej. wodór”.

Od cieczy do wilgoci atmosferycznej
Kevin Sivula i inne grupy badawcze wykazały już, że sztuczną fotosyntezę można osiągnąć poprzez wytwarzanie wodoru z wody i światła słonecznego za pomocą ogniwa fotoelektrochemicznego (PEC). Ogniwo to jest ogólnie znane jako urządzenie, które wykorzystuje padające światło do stymulacji materiału światłoczułego, na przykład półprzewodnika, który jest zanurzony w płynnym roztworze w celu wywołania reakcji chemicznej. Z praktycznego punktu widzenia proces ten ma wady. Na przykład skomplikowana jest produkcja wielkopowierzchniowych urządzeń PEC, które wykorzystują ciecz.

Kevin Sivula chciał pokazać, że technologię PEC można dostosować do zbierania wilgoci atmosferycznej. Doprowadziło to do opracowania ich elektrody do dyfuzji gazowej. Wykazano, że ogniwa elektrochemiczne działają z gazami, a nie z cieczami. Jednak do tej pory elektrody dyfuzyjne były nieprzezroczyste i niekompatybilne z technologią PEC wykorzystującą energię słoneczną.

Naukowcy skupiają się teraz na optymalizacji systemu. Jaki jest idealny rozmiar włókna? Idealna szerokość porów? Najlepsze materiały półprzewodnikowe i membranowe? To są pytania, nad którymi zastanawiają się w ramach europejskiego projektu „Sun-to-X”, poświęconego rozwojowi tej technologii i opracowaniu nowych sposobów przekształcania wodoru w paliwa płynne.

Wykonywanie przezroczystych elektrod dyfuzyjnych
Aby wyprodukować przezroczyste gazowe elektrody dyfuzyjne, naukowcy zaczęli od pewnego rodzaju wełny szklanej. Są to zasadniczo włókna kwarcowe (lub tlenek krzemu), przekształcone w arkusze filcu poprzez stapianie ich w wysokiej temperaturze. Następnie płytki pokrywa się przezroczystą warstwą tlenku cyny wzmocnionego fluorem. Materiał znany z doskonałej przewodności, wytrzymałości i łatwości masowej produkcji. Te pierwsze kroki skutkują przezroczystą, porowatą i przewodzącą płytką, niezbędną do maksymalizacji kontaktu z cząsteczkami wody obecnymi w powietrzu, a także do przepuszczania fotonów. Płytka pokryta jest kolejną powłoką: cienką warstwą materiałów półprzewodnikowych, które pochłaniają światło. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.0c00126
Ta druga warstwa nadal przepuszcza światło, chociaż wydaje się nieprzezroczysta ze względu na dużą powierzchnię porowatego podłoża. W tej chwili płytka może już wytwarzać wodór, gdy jest wystawiona na działanie Słońca.

Następnie naukowcy opracowali małą komorę zawierającą płytkę, a także membranę do oddzielania wytwarzanego gazu w celu wykonania pomiarów. Gdy komora jest wystawiona na działanie światła w wilgotnych warunkach, wytwarzany jest wodór. Taki był cel naukowców. Pokazują one, że możliwe jest wykonanie przezroczystej elektrody z dyfuzją gazu do produkcji wodoru z energii słonecznej.

Naukowcy nie badali formalnie wydajności konwersji w swojej demonstracji. Jednak zespół zgadza się, że ten prototyp pozostaje skromny, mniejszy niż to, do czego zdolne są ogniwa PEC na bazie cieczy. W przypadku obecnych materiałów maksymalna teoretyczna wydajność płyty do konwersji wodoru na energię słoneczną wynosi 12%, podczas gdy w przypadku ogniw płynnych wykazano wydajność 19%.

POŁĄCZYĆ: https://actu.epfl.ch/news/produire-de-l ... r-ambiant/

Autor: Sanktuarium Hillary
źródło: EPFL

Ta zawartość jest rozpowszechniana na warunkach licencji Creative Commons CC BY-SA 4.0. Możesz swobodnie korzystać z zawartych w nich tekstów, filmów i obrazów pod warunkiem podania autora pracy i nie ograniczać jej wykorzystania. W przypadku ilustracji niezawierających wzmianki CC BY-SA wymagana jest zgoda autora.

referencje
Przezroczyste porowate podłoża przewodzące do fotoelektrochemicznej produkcji wodoru w fazie gazowej
Marina Caretti, Elizaveta Mensi, Raluca-Ana Kessler, Linda Lazouni, Benjamin Goldman, Loï Carbone, Simon Nussbaum, Rebekah A. Wells, Hannah Johnson, Emeline Rideau, Jun-ho Yum, Kevin Sivula
https://doi.org/10.1002/adma.202208740

[sicetaitsimple]

Nie martw się, to wstępne badania, potrzebujesz ich.
Pytanie brzmi, czy będzie w stanie lepiej produkować wodór niż system elektrolizy PV+, na przykład w szczególnie słonecznych krajach, wiedząc, że mają one tę samą wadę, że produkują tylko wtedy, gdy jest słońce.
Ale system fotowoltaiczny + elektroliza ma tę zaletę, że działa również, na przykład, z energią wiatrową (gdy nie ma słońca) + elektrolizą...
Moim zdaniem w tym miejscu system jest prawie definitywnie zabity, niezależnie od jego wewnętrznego postępu .....

[Obamot]

Chociaż rozumiem znaczenie, jakie chcesz mu nadać ("wydawałoby się to pewną porażką"... ostatecznie według ciebie.) nie rozumiemy logiki. Nie można powiedzieć, że dobrze jest zrobić podstawowe badania, od razu sproszkować je porównując ze stuletnim postępem technologicznym (6% wydajności paneli fotowoltaicznych w firmie Bell w tamtym czasie) i powiedzieć nam "że cokolwiek zrobimy dalej, nigdy nie będziemy w stanie tego przezwyciężyć" ten model teoretyczny, który opisujesz (mimo że dodajesz wysoce dyskryminujący krok z punktu widzenia wydajności systemu: elektroliza)

To także główna zaleta odkrycia EPFL: bezpośrednie otrzymywanie wodoru (a więc energii pierwotnej bezpośrednio w stanie gazu magazynowalnego).

Nie myląc się zbytnio, przypominam, że 12% sprawności PV było przez długi czas normą (amorficzne —> koniec 1990 r.) i już do 2010 r. cieszyliśmy się, że mamy panele niezbyt drogie, nieco poniżej 18%, prawda?

art187_fig19_Evolution_historique_rendement.jpg (103.98 KiB) Wyświetlono 1541 razy

A tam od początku mamy już 12%.... Wow!

[sicetaitsimple]

Nie robiłem żadnego porównania wydajności, nie mówiąc już o napisaniu”że cokolwiek zrobimy później, nigdy nie będziemy w stanie tego przezwyciężyć" (co pan ujął w cudzysłów!), mówiłem o współczynniku obciążenia takiej technologii, która z definicji może produkować wodór tylko wtedy, gdy świeci słońce.
Podczas gdy system z elektrolizą może działać 24/24, w zależności od dostępności w danym momencie, wykorzystując energię słoneczną, wiatrową, jądrową itp.

[Christophe]

Chociaż rozumiem znaczenie, jakie chcesz mu nadać ("wydawałoby się to pewną porażką"... ostatecznie według ciebie.) nie rozumiemy logiki.

(...)

A tam od początku mamy już 12%.... Wow!

Wykres jest nieczytelny, nie masz lepszej definicji?

[Obamot]

No se por qué, perdóname...

performance-chart.png (160.48 KiB) Wyświetlono 1434 razy

[Christophe]

Dziękuję jest lepiej!

To jest piękne Nauka ... eh zizi?

SV_1974_H2.jpg (142.61 KiB) Wyświetlono 1383 razy

[Christophe]

Uh to trochę WTF, prawda?

H2, elektroliza i stres wodny we Francji: