Se pensarmos sobre como o hidrogénio é produzido, seremos obrigados a perguntar por que é que o hidrogénio é utilizado como combustível. Bem, quando o hidrogênio é usado como combustível em uma célula de combustível, é um combustível limpo que produz apenas água.
Numerosos recursos, incluindo gás natural, poder nuclear, biomassa e fontes de energia renováveis como solar e o vento, podem ser usados para fabricar hidrogênio.
Suas vantagens o tornam uma escolha de combustível desejável para aplicações que envolvem produção de energia e transporte. Ele tem vários usos, incluindo energia portátil, residências, automóveis e muito mais.
O uso de células a combustível de hidrogênio como um substituto limpo e eficaz para motores de combustão convencionais cresceu significativamente. O único resultado da interação química entre o hidrogênio e o oxigênio nessas células de combustível que produz eletricidade é a água.
É necessário um procedimento de produção sofisticado para utilizar plenamente o potencial das células de combustível de hidrogénio.
Conteúdo
Como o combustível de hidrogênio é produzido – 4 métodos principais de produção
Existem vários maneiras de fabricar combustível de hidrogênio. Hoje em dia, a eletrólise e a reforma do gás natural – um processo térmico – são as técnicas mais utilizadas. Os processos biológicos e movidos a energia solar são mais duas abordagens.
- Processos Térmicos
- Processos Eletrolíticos
- Processos movidos a energia solar
- Processos Biológicos
1. Processos Térmicos
O método térmico mais comum para a produção de hidrogênio é a reforma a vapor, que é uma reação de alta temperatura entre o vapor e um combustível de hidrocarboneto que produz hidrogênio.
O hidrogénio pode ser produzido através da reforma de vários combustíveis de hidrocarbonetos, tais como diesel, gás natural, carvão gaseificado, biomassa gaseificada e combustíveis líquidos renováveis. Hoje em dia, o gás natural reformado a vapor produz quase 95% de todo o hidrogénio.
2. Processos Eletrolíticos
O hidrogênio e o oxigênio podem ser extraídos da água usando uma técnica de eletrólise. Um eletrolisador é um dispositivo que realiza processos eletrolíticos. É semelhante a uma célula de combustível, pois produz hidrogênio a partir de moléculas de água, em vez de utilizar a energia de uma molécula de hidrogênio.
3. Processos movidos a energia solar
Em sistemas movidos a energia solar, a luz atua como um agente para a produção de hidrogênio. Alguns processos movidos a energia solar são termoquímicos, fotoeletroquímicos e fotobiológicos. O hidrogênio é produzido por meio de processos fotobiológicos, que dependem da atividade fotossintética natural de bactérias e algas verdes.
Utilizando semicondutores específicos, as reações fotoeletroquímicas dividem a água em hidrogênio e oxigênio. A energia solar concentrada é usada na síntese termoquímica solar de hidrogênio para alimentar reações de divisão de água, frequentemente em conjunto com espécies adicionais, como óxidos metálicos.
4. Processos Biológicos
Microrganismos como bactérias e microalgas são usados em processos biológicos e podem produzir hidrogênio por meio de reações biológicas.
Ao decompor materiais orgânicos como biomassa ou águas residuais, as bactérias podem produzir hidrogénio num processo conhecido como conversão de biomassa microbiana. Em contraste, os processos fotobiológicos utilizam a luz solar como fonte de energia para os micróbios.
Como o combustível de hidrogênio é produzido – 8 etapas de produção
Depois de discutir os vários métodos de produção, vamos examinar os procedimentos específicos envolvidos na produção de uma célula a combustível de hidrogênio, desde a localização de matérias-primas até a produção de uma fonte de energia limpa. Estaremos examinando os procedimentos que compõem o processo eletrolítico.
- Adquirir Material Bruto
- Preparação do Catalisador
- Fabricação de conjunto de eletrodo de membrana (MEA)
- Fabricação de placas bipolares
- Conjunto de pilha de células de combustível
- Equilíbrio dos Componentes da Planta
- Controle e Teste de Qualidade
- Implantação e integração
1. Adquirir Material Bruto
A aquisição de matérias-primas necessárias para a construção de células a combustível de hidrogênio é a primeira etapa do processo produtivo. Os componentes essenciais incluem materiais à base de carbono para as placas bipolares, polímeros para a membrana eletrolítica e platina ou outros catalisadores para reações de eletrodo.
Geralmente adquiridos de vários fornecedores, esses materiais passam por rigorosos procedimentos de garantia de qualidade para garantir sua adequação à fabricação de células de combustível.
2. Preparação do Catalisador
O catalisador, que geralmente é feito de platina, é essencial para a capacidade da célula de combustível de conduzir reações eletroquímicas.
Para produzir uma camada de catalisador altamente ativa e estável, o material do catalisador é tratado e fabricado usando uma variedade de métodos, incluindo deposição química e deposição física de vapor.
As superfícies dos eletrodos são então cobertas com esta camada usando técnicas como revestimento por spray ou serigrafia.
3. Fabricação de conjunto de eletrodo de membrana (MEA)
Os eletrodos revestidos com catalisador e a membrana eletrolítica polimérica constituem o conjunto do eletrodo de membrana, que é uma parte essencial da célula de combustível. A membrana eletrolítica de polímero é meticulosamente produzida e esculpida para combinar com a arquitetura da pilha de células de combustível.
É comumente composto de um polímero de ácido perfluorossulfônico. O MEA é posteriormente formado pela integração dos eletrodos revestidos com catalisador em cada lado da membrana.
4. Fabricação de placas bipolares
Em uma pilha de células a combustível, as placas bipolares são responsáveis por dispersar os gases reagentes e transferir eletricidade entre as células a combustível. Normalmente, materiais à base de carbono, resistentes à corrosão e leves, são usados para fazer essas placas.
Para atingir a forma e estrutura exigidas, processos de moldagem, usinagem ou prensagem são utilizados durante o processo de produção. Canais e campos de fluxo também estão incluídos nas placas bipolares para facilitar a passagem eficaz dos gases oxigênio e hidrogênio.
5. Conjunto de pilha de células de combustível
O componente essencial do sistema de células a combustível de hidrogênio é a pilha de células a combustível, que é composta por diversas células a combustível acopladas em arranjos paralelos e em série. A montagem é composta por placas bipolares perfeitamente empilhadas, camadas de difusão de gás e MEAs.
Vazamentos de gás são evitados e uma boa vedação é garantida pelo uso de materiais de vedação como adesivos e juntas. A montagem da pilha é feita para produzir o máximo de energia, preservando o fluxo ideal de refrigerante e gás.
6. Equilíbrio dos Componentes da Planta
Um sistema de célula de combustível completo precisa de vários componentes de equilíbrio da planta (BOP), além da pilha de células de combustível. Estes consistem em umidificadores, sistemas de resfriamento, sistemas de fornecimento de hidrogênio e oxigênio e eletrônica de potência para gerenciamento e regulação da produção elétrica.
Para garantir o fluxo adequado de combustível e líquido refrigerante, gerenciamento térmico e conectividade elétrica, os componentes do BOP são integrados ao projeto geral do sistema.
7. Controle e Teste de Qualidade
Procedimentos rigorosos de controle de qualidade são usados durante o processo de fabricação para garantir a confiabilidade e eficiência de cada célula de combustível. Em diversas fases, são realizadas verificações de qualidade, como inspeção visual, testes elétricos e avaliações de desempenho.
Testes completos são feitos nos conjuntos finais de células de combustível para confirmar sua produção elétrica, durabilidade, eficiência e segurança. Para satisfazer os padrões de qualidade exigidos, quaisquer células ou componentes defeituosos são encontrados e substituídos.
8. Implantação e integração
As células de combustível são preparadas para implantação e integração em uma variedade de aplicações após sua produção e testes bem-sucedidos. Eletrônicos portáteis, equipamentos estacionários de geração de energia e automóveis podem se enquadrar nesta categoria.
Para construir um dispositivo útil e eficaz movido a hidrogénio, o procedimento de integração implica ligar o sistema de células de combustível aos sistemas auxiliares necessários, tais como tanques de armazenamento de hidrogénio, sistemas de admissão de ar e unidades de gestão de energia.
Conclusão
A fabricação de células a combustível de hidrogênio é um processo de várias etapas que começa com a aquisição de matérias-primas e termina com a integração dos sistemas de células a combustível.
Este processo complexo garante a produção de fontes de energia limpas, confiáveis e eficientes que têm o potencial de transformar completamente a geração de energia, o transporte e outras indústrias.
O processo de produção de células a combustível de hidrogênio está sempre evoluindo devido à pesquisa e desenvolvimento contínuos, que impulsionam o desenvolvimento de soluções energéticas sustentáveis.
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Um ambientalista apaixonado de coração. Redator líder de conteúdo na EnvironmentGo.
Eu me esforço para educar o público sobre o meio ambiente e seus problemas.
Sempre foi sobre a natureza, devemos proteger, não destruir.