Elektrolisis air menghasilkan H2 dan O2
Anoda titanium, bagian penting dari peralatan hidrogen dan oksigen elektrolitik, memiliki kualitas yang stabil, ramah lingkungan dan tidak memiliki polusi sekunder, potensi berlebih yang rendah, efek penghematan energi yang baik, dan dapat menghemat 15-20% energi. Ada bentuk pelat, jaring, tabung, dan bagian berbentuk khusus.
1. Kemajuan penelitian dalam produksi hidrogen melalui elektrolisis air Produksi hidrogen melalui elektrolisis air merupakan sarana penting untuk mencapai persiapan H2 industri dan berbiaya rendah, serta dapat menghasilkan produk dengan kemurnian 99% hingga 99,9%. Setiap tahun, konsumsi listrik negara saya untuk produksi hidrogen melalui elektrolisis air mencapai lebih dari (1,5×107) kWh. Ketika arus mengalir di antara elektroda, hidrogen diproduksi di katoda, oksigen diproduksi di anoda, dan air dielektrolisis [2]. Bagian inti dari peralatan produksi hidrogen elektrolisis air adalah sel elektrolitik, dan bahan elektroda adalah kunci sel elektrolitik. Kualitas kinerja elektroda sangat menentukan tegangan sel dan konsumsi energi elektrolisis air, dan secara langsung mempengaruhi biaya. Efisiensi penyediaan listrik untuk menguraikan air menghasilkan hidrogen umumnya 75% hingga 85%. Prosesnya sederhana dan bebas polusi, namun konsumsi dayanya besar, sehingga penerapannya tunduk pada batasan tertentu. Elektrolisis air dilakukan dalam sel elektrolitik, yang diisi dengan elektrolit dan dibagi menjadi ruang anoda dan ruang katoda oleh diafragma. Elektroda ditempatkan di setiap ruang. Karena air memiliki konduktivitas yang sangat rendah, larutan berair (konsentrasi sekitar 15%) dengan elektrolit digunakan. Ketika arus mengalir di antara elektroda pada tegangan tertentu, hidrogen diproduksi di katoda dan oksigen diproduksi di anoda, sehingga mencapai elektrolisis air. Secara teoritis, logam platina merupakan logam yang paling ideal untuk elektroda elektrolisis air, namun dalam praktiknya, elektroda besi berlapis nikel sering digunakan untuk mengurangi biaya peralatan dan produksi. Ketika air dielektrolisis, rumus reaksi elektrodanya adalah sebagai berikut [3]. Dalam larutan asam, reaksi katoda: 4H++4e=2H2∏=0V Reaksi anoda: 2H2O =4H++O2+4e∏ =1.23V Dalam larutan basa, reaksi katoda: 4H2O +4e=2H2+4OH∏=-0.828V Reaksi anoda: 4OH-=2 H2O+O2+4e∏=0.401V Seperti terlihat dari rumus di atas, reaksi elektrolisis air secara keseluruhan adalah sebagai berikut, baik dalam larutan asam maupun basa. 2H2O=2H2+O2 Tegangan penguraian teoritis air tidak ada hubungannya dengan nilai pH, sehingga larutan asam atau basa dapat digunakan sebagai elektrolit. Namun, dari sudut pandang struktur sel elektrolitik dan pemilihan material, penggunaan larutan asam rentan terhadap berbagai kesalahan. Oleh karena itu, larutan basa sekarang digunakan dalam industri.
(1) Teknologi elektrolisis basa tradisional Elektrolisis air alkali saat ini merupakan metode yang umum dan matang untuk menyiapkan hidrogen. Metode ini tidak memerlukan peralatan yang tinggi, dan investasi terutama terkonsentrasi pada peralatan; hidrogen yang dihasilkan memiliki kemurnian tinggi, tetapi efisiensinya tidak terlalu tinggi. Prosesnya juga relatif ramah lingkungan dan bebas polusi, namun mengkonsumsi banyak listrik sehingga tunduk pada batasan tertentu. Tekanan elektrolisis air di industri umumnya antara 1,65 dan 2,2 V. Masa pakai bahan elektroda dan konsumsi energi elektrolisis air merupakan faktor kunci dalam mengevaluasi kualitas bahan elektroda elektrolisis air alkali. Ketika rapat arus tidak besar, faktor utama yang mempengaruhi adalah potensi berlebih; ketika rapat arus meningkat, potensi berlebih dan penurunan tegangan resistansi menjadi faktor utama konsumsi energi. Dalam aplikasi praktis, elektroda industri harus memiliki ciri-ciri berikut [3]: (1) luas permukaan yang tinggi; (2) konduktivitas tinggi; (3) aktivitas elektrokatalitik yang baik; (4) stabilitas mekanik dan kimia jangka panjang; (5) presipitasi gelembung kecil; (6) selektivitas tinggi; (7) mudah diperoleh dan biaya murah; (8) keamanan. Elektrolisis air seringkali memerlukan rapat arus yang lebih besar (di atas 4000 A/m2), sehingga poin 2 dan 4 lebih penting. Karena konduktivitas yang tinggi dapat mengurangi kehilangan energi yang disebabkan oleh polarisasi ohmik, stabilitas tinggi menjamin umur panjang bahan elektroda. Angka 1 dan 3 merupakan persyaratan untuk mengurangi potensi berlebih dari evolusi hidrogen dan oksigen, dan juga merupakan indikator penting untuk mengevaluasi kinerja elektroda.
(2) Teknologi elektrolisis air SPE elektrolit polimer padat Karena elektroliser dengan cairan sebagai elektrolit memiliki efisiensi yang rendah, tidak nyaman untuk dipindahkan, dan sering kali memerlukan perawatan, masyarakat secara aktif mencari elektrolit baru, yang mendorong pengembangan dan penelitian penerapan polimer padat elektrolit (SPE), juga dikenal sebagai membran penukar proton (PEM). Saat ini, elektroliser menggunakan membran asam perfluorosulfonat Nafion padat sebagai elektrolit. Elektroda menggunakan logam mulia atau oksidanya dengan kinerja katalitik tinggi, yang dibuat menjadi bentuk bubuk dengan luas permukaan spesifik yang besar, dan diikat serta ditekan pada kedua sisi membran Nafion menggunakan Teflon untuk membentuk kombinasi membran dan elektroda yang stabil.
(3) Proses elektrolisis uap suhu tinggi Metode lain untuk menghasilkan hidrogen melalui elektrolisis air adalah elektrolisis uap suhu tinggi. Ini adalah metode yang berasal dari sel bahan bakar oksida padat. Ruang elektrolisis umumnya menggunakan Y2O3-ZrO2 yang distabilkan sebagai elektrolit. Semakin tinggi suhunya, semakin rendah resistansinya. Namun, dari sudut pandang ketahanan panas bahan, batas suhu atas sebaiknya 1000 derajat. Biasanya, campuran badan nikel dan keramik yang disinter digunakan sebagai katoda, dan oksida komposit kalsium titanium konduktif digunakan sebagai anoda.
2. Perkembangan produksi hidrogen biologis Topik penggunaan mikroorganisme untuk menghasilkan hidrogen telah dipelajari selama beberapa dekade. Pada tahun 1930-an, laporan pertama tentang fermentasi gelap bakteri yang menghasilkan hidrogen dilaporkan. Selanjutnya, pada tahun 1942, Gaffron dan Rubin melaporkan bahwa ganggang hijau menggunakan energi cahaya untuk menghasilkan hidrogen, dan pada tahun 1949, Gest dan Kamen menemukan bakteri penghasil hidrogen fototrofik. Spruit mengkonfirmasi pada tahun 1958 bahwa alga dapat menghasilkan hidrogen melalui fotolisis langsung tanpa memerlukan fiksasi karbon dioksida. Penelitian Healy (1970) menunjukkan bahwa bila intensitas cahaya terlalu tinggi, proses produksi hidrogen Chlamydomonas moewsuii akan terhambat akibat produksi oksigen. Selama krisis energi pada tahun 1970an, banyak penelitian dilakukan mengenai produksi biohidrogen di seluruh dunia. Thauer menunjukkan pada tahun 1976 bahwa fermentasi gelap sulit diterapkan dalam produksi sebenarnya karena hanya dapat menghasilkan paling banyak 4 mol hidrogen dan 2 mol asam asetat dari 1 mol glukosa. Bakteri fototrofik dapat sepenuhnya mengubah substrat seperti asam organik menjadi hidrogen, sehingga sejak itu, penelitian tentang produksi biohidrogen pada dasarnya berfokus pada fotofermentasi. Pada awal tahun 1980-an, dukungan terhadap energi terbarukan dalam program penelitian dan pengembangan (Litbang) di seluruh dunia secara bertahap menurun. Pada awal tahun 1990-an, masalah lingkungan menjadi semakin serius, dan perhatian masyarakat terfokus pada energi alternatif. Dengan dukungan penelitian dan pengembangan produksi biohidrogen di Jerman, Jepang, dan Amerika Serikat, bidang alga yang menggunakan energi cahaya untuk menghasilkan hidrogen dari air telah dipelajari secara luas. Namun efisiensi konversi energi surya secara keseluruhan dalam proses ini masih sangat rendah. Di sisi lain, fermentasi gelap dan bakteri fototrofik dapat menghasilkan hidrogen dari substrat atau sampah organik berbiaya rendah. Karena teknologi ini dapat menghasilkan energi ramah lingkungan dan mengolah sampah organik, pemerintah AS dan Jepang telah mendukung beberapa program penelitian jangka panjang. Penerapan praktis teknologi produksi biohidrogen diharapkan dapat terwujud pada pertengahan abad ke-21. Sudah lebih dari setengah abad sejak penemuan produksi hidrogen mikroba, namun produksi biohidrogen belum diterapkan dalam praktik. Banyak masalah teknis, seperti penyaringan mikroorganisme, desain reaktor, dan optimalisasi kondisi operasi, masih harus dipecahkan, dan biaya teknologi ini juga mendapat perhatian. Secara ekonomi, teknologi produksi biohidrogen tidak dapat bersaing dengan teknologi produksi hidrogen kimia tradisional dalam waktu dekat. Namun dari sudut pandang perlindungan lingkungan, prospek produksi biohidrogen akan sangat luas. Produksi biohidrogen meliputi: sistem produksi biohidrogen fotosintetik (juga dikenal sebagai sistem produksi hidrogen biofotolisis langsung); sistem produksi biohidrogen fotolisis (juga dikenal sebagai sistem produksi hidrogen biofotolisis tidak langsung); bakteri heterotrofik fotosintetik, reaksi konversi gas air, sistem produksi hidrogen; sistem produksi biohidrogen fotofermentasi; sistem produksi biohidrogen fermentasi anaerobik (juga dikenal sebagai sistem produksi biohidrogen fermentasi gelap); sistem produksi biohidrogen hibrida fotosintesis-fermentasi; sistem produksi biohidrogen hidrogenase in vitro, dll. Energi hidrogen adalah sumber energi yang bersih dan bernilai kalori tinggi. Menggunakan sumber daya air terbarukan di alam untuk menghasilkan hidrogen tidak diragukan lagi merupakan metode yang disukai umat manusia di masa depan.
Setelah lebih dari setengah abad penelitian, meskipun produksi hidrogen elektrolisis air dan teknologi produksi bio-hidrogen telah mengalami kemajuan besar, namun pada dasarnya keduanya masih dalam tahap pengembangan dan belum diterapkan secara praktis. Berbagai faktor pembatas seperti efisiensi konversi energi matahari yang rendah, konsumsi energi yang tinggi dalam produksi hidrogen elektrolisis air, penghambatan produk, kondisi pengoperasian, dll. membuat laju produksi hidrogen dari sistem produksi hidrogen yang ada tidak cukup tinggi atau tidak ekonomis, dan banyak hambatan lainnya yang diperlukan. untuk ditembus lebih lanjut. Untuk lebih mengurangi biaya produksi dan meningkatkan efisiensi produksi, kami akan mempersiapkan operasi komersial di masa depan.
Perusahaan: Baoji Dynamic Trading Co., Ltd
Negara: Tiongkok
Tambahkan: Jalan Baoti, Jintai, kota Baoji, Shaanxi, Cina
Cel:+86 18391894207(WHATSAPP)
Gmail:alisa@jmyunti.com
Situs web: www.jm-titanium.com
