مولد الهيدروجين

تستخدم مولدات الهيدروجين التفكك الكهربائي للمياه لتوليد إمدادات مستمرة من الهيدروجين عالي النقاء. نقاء الماء مهم لأدائها الأمثل.

يجب تجنب الملوثات التالية:
الأيونات
قد تتداخل الأيونات الموجودة في الماء مع عملية التحليل الكهربائي، وتؤدي إلى تلف الخلايا الكهروكيميائية. وينبغي تجنبها. يمكن لراتنجات التبادل الأيوني و/أو تقنيات التناضح العكسي إزالة معظم الأيونات الموجودة في ماء الصنبور، مما يجعل الماء مناسبًا لهذا التطبيق.

حبيبات
قد تترسب الجسيمات على الخطوط والأغشية، مما يؤدي إلى تلف الخلايا الكهروكيميائية ويتداخل مع عمل الجهاز.

المواد العضوية
يمكن للأحمال العالية من المواد العضوية أن تخلق رواسب على سطح الأقطاب الكهربائية أو تشكل طبقة على الأغشية، وبالتالي تؤثر على التيار المحلي. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للبكتيريا استخدام المركبات العضوية كمواد مغذية، وبالتالي يجب تقليلها إلى الحد الأدنى.

بكتيريا
يجب الحفاظ على مستويات البكتيريا عند الحد الأدنى، لمنع تكوين الأغشية الحيوية داخل الجهاز. يمكن تقليل مستويات البكتيريا عن طريق التحكم في مستويات المواد العضوية الموجودة في الماء. يمكن أيضًا استخدام الترشيح.

يجب على مستخدمي مولدات الهيدروجين اتباع توصيات الشركة المصنعة فيما يتعلق بنوعية المياه المطلوبة لأجهزتهم. تعد جودة المياه أمرًا مهمًا للتشغيل الأمثل لمولدات الهيدروجين، وتحتوي بعض الأجهزة على عدادات مقاومة أو موصلية مدمجة للمساعدة في منع تلف الجهاز بسبب جودة المياه غير المناسبة. يوصى عادة بالمياه النقية الطازجة، ذات مقاومة تبلغ أو تزيد عن 1 MΩ.cm.

يبرز إنتاج الهيدروجين من خلال مولدات الهيدروجين كأحد الخيارات الرئيسية لتخزين الطاقة من الماء والوقود الأحفوري. يتم الآن استخدام غاز الهيدروجين في عدد قليل من المركبات كوقود خالٍ من التلوث حيث يتم توليد الغاز من الماء ويكون المنتج الثانوي لاحتراقه هو الماء. وبالتالي، من المرجح أن يلعب إنتاج الهيدروجين دورًا مهمًا في معالجة تحديات الطاقة الحرجة.
الآن يتم استخدام هذه التكنولوجيا أيضًا في تطبيقات مختلفة مثل خلايا الوقود والمعالجة الكيميائية والتكرير واستخلاص البترول وما إلى ذلك.

لقد أتاح البحث والتطوير المستمر ابتكار مولدات الهيدروجين التي تعد وسائل أكثر أمانًا وخضراء وكفاءة وأكثر فعالية من حيث التكلفة لتوليد غاز الهيدروجين عند الطلب مقارنة بأسطوانات الضغط العالي لتطبيقات الاستخدام النهائي.

المكون الرئيسي لمولد الهيدروجين هو خلية التحليل الكهربائي التي تتضمن قطبين كهربائيين، أي الأنود والكاثود. يتم فصل كلا القطبين بواسطة غشاء التبادل الأيوني. يتم استخدام محفز البلاتين في الأقطاب الكهربائية لإجراء عملية التحليل الكهربائي. الأمونيا السائلة هي المادة الخام المستخدمة في مولد الهيدروجين. بعد التبخير، يتم تركيب محفز النيكل المنشط في غلاية التحلل. بمجرد الانتهاء من التبادل الحراري، يبرد الغاز المتحلل، ويتم استرداد غاز الأمونيا من الحرارة ويدخل إلى غلاية التحلل للتحلل. يتم توليد غاز مختلط يدخل عادة إلى نظام تنقية الغاز للتخلص من الرطوبة والشوائب الأخرى. وبهذه الطريقة يتم توليد الهيدروجين.

على الرغم من أن تخزين طاقة الهيدروجين أكثر تكلفة من الوقود الأحفوري بسبب كثافته العالية، إلا أن زيادة الوعي بين الناس في جميع أنحاء العالم فيما يتعلق بالمركبات الصديقة للبيئة والتي لا تصدر أي انبعاثات يزيد من الطلب على الهيدروجين. تمتلك منطقة آسيا والمحيط الهادئ حاليًا أعلى حصة في السوق، وذلك بسبب الكثير من العوامل مثل زيادة الطلب على خلايا الوقود في صناعة السيارات، وزيادة الطلب على مختلف أسمدة الأمونيا والمزيد.

كما أدى الإغلاق المؤقت لمرافق الإنتاج إلى إعاقة نمو سوق مولدات الهيدروجين إلى حد ما. من ناحية أخرى، أدى الطلب على الطاقة المستمرة في المستشفيات، خاصة خلال الفترة الأولى من الوباء، إلى دفع الطلب على خلايا وقود الهيدروجين، وبالتالي أثر على سوق مولدات الهيدروجين بشكل إيجابي.

علاوة على ذلك، توفر الحاجة إلى العديد من المواد الخام الكيميائية في العديد من الصناعات فرصًا مربحة لنمو صناعة مولدات الهيدروجين. سيؤدي التطور السريع في التقنيات والكفاءة الكهربائية لمولدات الهيدروجين إلى جمع آفاق هائلة ونمو هائل للسوق في المستقبل القريب

مولد الهيدروجين هو جهاز يستخدم لتوليد غاز الهيدروجين (H2)، ويعتمد مبدأ عمله على تفاعل الماء الكهربائي. فيما يلي مبدأ العمل ووظيفة مولد الهيدروجين:

مبدأ العمل
يتضمن مبدأ عمل مولد الهيدروجين بشكل أساسي تفاعل التحليل الكهربائي للماء. عادة، يتكون الماء (H2O) من الهيدروجين (H2) والأكسجين (O2)، بينما تؤدي عملية التحليل الكهربائي للماء إلى تحلله إلى هيدروجين وأكسجين. معادلة التفاعل المحددة هي كما يلي:

2H2O (liquid) ->2H2 (غاز)+O2 (غاز)
في مولد الهيدروجين، يتم استخدام خلية التحليل الكهربائي بشكل عام، والتي تتضمن قطبين كهربائيين: الأنود والكاثود. يتم غمر هذين القطبين في محلول إلكتروليت، عادة ما يكون قلويًا (مثل هيدروكسيد الصوديوم) أو محلولًا حمضيًا (مثل حمض الكبريتيك).
عند توصيل مصدر طاقة خارجي (عادةً مصدر طاقة مستمر) بأقطاب الخلية الإلكتروليتية، يحدث التفاعلان التاليان:

على الكاثود، تستقبل جزيئات الماء (H2O) الإلكترونات ويتم تحويلها إلى غاز الهيدروجين (H2)
2H2O (liquid)+2 electrons ->H2 (غاز)+2 أيونات هيدروكسيد (2OH -)
على الأنود، تفقد جزيئات الماء الإلكترونات ويتحرر الأكسجين (O2):
2H2O (liquid) ->O2 (غاز)+4 أيونات الهيدروجين (4H+)+4 إلكترونات
تعمل هذه التفاعلات على تحلل الماء إلى هيدروجين وأكسجين يتم تفريغهما من مخرج الغاز في خلية التحليل الكهربائي، بينما يتم تفريغ الأكسجين من مخرج الغاز في خلية التحليل الكهربائي.

وظيفة
وتتمثل المهمة الرئيسية لمولد الهيدروجين في توليد غاز الهيدروجين عالي النقاء. وله مجموعة واسعة من التطبيقات في مختلف المختبرات والتطبيقات الصناعية، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر:
التطبيقات المخبرية: يستخدم في التجارب الكيميائية في المختبر، وفي تحضير العينات، وكعامل اختزال في غرفة التفاعل.

التطبيقات الصناعية: يستخدم في العمليات الصناعية مثل لحام المعادن وتصنيع أشباه الموصلات والإنتاج الكيميائي وغيرها. كما يستخدم الهيدروجين كوقود لخلايا الوقود ومركبات الهيدروجين.

تخزين الطاقة: يعتبر الهيدروجين أحد أشكال تخزين الطاقة المتجددة، وتستخدم مولدات الهيدروجين لتحويل الطاقة الكهربائية إلى هيدروجين لتوليد الكهرباء عند الحاجة.

المختبر والبحث: في مجال المختبر والبحث، يمكن استخدام الهيدروجين لدراسة الخواص الكيميائية للهيدروجين، وتكنولوجيا الطاقة الهيدروجينية، ومجالات البحث ذات الصلة.

رطوبة
تعتمد مولدات الهيدروجين على الماء والكهرباء لإنتاج الهيدروجين. يستخدم مولد الهيدروجين الكهرباء لفصل الأكسجين والهيدروجين ثم ينبعث الأكسجين من جانب والهيدروجين من الجانب الآخر.
نظرًا لأنه يستخدم الماء، فهناك الكثير من الرطوبة داخل المولد والتي يمكن أن تكون مصدرًا للضوضاء أثناء البحث والتطوير وهي إحدى العقبات التي كان علينا التغلب عليها.
يحتوي مولد الهيدروجين على عمودين من المواد الماصة التي تهدف إلى تقليل الرطوبة. الرطوبة منخفضة جدًا ولكن نظرًا لأن أجهزة الاستشعار لدينا حساسة للغاية لمستويات الرطوبة، فقد كنا بحاجة إلى طريقة لخفض هذا المستوى بشكل أكبر.
لقد أثرنا هذه المشكلة خلال المؤتمر وكانت إحدى الأفكار التي جمعناها هي أنه من الممكن استخدام المزيد من مصائد الرطوبة هذه. ومن المثير للاهتمام أن هذه الأعمدة يمكن تجفيفها وإعادة استخدامها، إذا كنت واثقًا من أنه يمكنك إغلاقها جيدًا بما فيه الكفاية بحيث لا يكون هناك تسرب.

ضغط
عند التعامل مع مولد الهيدروجين، كان من المهم أيضًا بالنسبة لنا أن نعرف أن مولد الهيدروجين المحدد الذي كنا نستخدمه يمكنه التعامل مع ضغط يصل إلى 5 بار. أحد احتياجاتنا هو ملء أسطوانات صغيرة بغاز الهيدروجين عند ضغط أعلى من مستوى الغلاف الجوي. ومن أجل ملء هذه الأسطوانات نحتاج أن يكون مصدر الهيدروجين ذو ضغط أعلى من الضغط المستهدف.

تدفق
لقد تعلمنا أنه بالنسبة لنموذج مولد الهيدروجين المحدد الذي نستخدمه، فإن حالة الاستخدام المقصودة هي أن تكون جزءًا من GC حيث يتم استخدام الهيدروجين كحامل للغاز. نظرًا لأن GC يتطلب تدفقات أقل، لم يتمكن المولد من التعامل مع معدل التدفق الذي أدخلناه وهذا هو سبب ظهور المشكلات.
يعتبر مستوى التدفق الأصغر أكثر أمانًا للاستخدام. يحتوي مولد H2 أيضًا على بروتوكولات حماية معمول بها والتي تتحقق تلقائيًا مما إذا كان هناك استهلاك للهيدروجين (استنادًا إلى بعض مقاومة التدفق) حتى لا ينتشر الهيدروجين في المختبر.

تباع المنتجات في جميع مناطق الصين ويتم تصديرها إلى دول العالم. لقد تم بيعها في أكثر من 20 دولة ومنطقة بما في ذلك الولايات المتحدة، ألمانيا، المغرب، كينيا، المملكة العربية السعودية، فيتنام، الجزائر، الهند، تنزانيا، وتايوان. نجحت في توفير شركات معروفة مثل China Aerospace، وPetroChina، وChina Nuclear Group، وBYD، وJiuli Specialty، وTony Electronics، وZheng Energy Group وغيرها من الشركات المعروفة. هناك العديد من محطات هدرجة الهيدروجين الأخضر مثل وولانشابو، وهايكو، وهاينان، وهاينان هايكو، ويوننان كونمينغ، وما إلى ذلك توفر مشاريع خضراء وصناعية للهيدروجين.