使用反向电渗析将废热转化为氢气

这是一个红色细胞的可视化。氢在阴极端产生，并且在阳极端产生氧气。插图

作为能量载体的氢气可以帮助我们远离化石燃料，但仅当它有效地创建。提高效率的一种方法是使用从其他工业过程中留下的废热。

6月份，国际能源机构确认了大多数专家已经知道的：世界应该努力推动纯氢作为自由能源的使用。

然而，创造氢的挑战之一是它需要很多能量。IEA说，生产所有当今的氢气只需使用电力需要3600 TWH，这不仅仅是欧洲联盟每年生成的。

研究人员Odne Stokke Burheim和Kjersti Wergeland krakhella组装膜电导率测量电池，他们用于测试它们使用废热以帮助产生氢气。

但是，如果您可以使用现有的浪费能量来源，以帮助氢生产？研究人员开发的新方法在挪威科学和技术大学进行了恰好 - 通过使用其他工业流程的废热。

“我们已经找到了一种利用诸如不值得的热量的方法，”一篇关于学术期刊MDPI能源发表的一篇文章的第一个作者Kjersti Wergeland Krakhella说。“这是低级，低温热 - 但它可用于制造氢气。”

挪威电力生产的第一七

废热正是它听起来像 - 作为工业过程的副产品产生的热量。从工业锅炉到废物到能量植物的任何东西都会产生废热。

这是制作细胞所需的目标。在图片的前部是离子交换膜，而在背面是用于测量膜导电性的电池组分。

比不是不多，这种多余的热量必须释放到环境中。能源专家表示，挪威业务和行业的废热相当于能量的20倍。

要把这个透视，挪威的整个水电系统每年生产140吨电力。这意味着那里有很多浪费，可能会有可能的工作。

膜和盐

研究人员使用了一种称为反向电渗析（红色）的技术，其依赖于盐溶液和两种离子交换膜。

要了解研究人员实际上是什么，你首先要了解红色技术如何工作。

在红色的中，一种膜，称为阴离子交换膜或AEM，允许带负电的电子（阴离子）通过膜，而称为阳离子交换膜或CEM的第二膜允许带正电的电子（阳离子）流过膜。

氢酒的热量：从左起：Frode Seland，Kristian Etienne Einarsrud，Kjersti Wergeland Krakhella，Robert Bock和Odne Stokke Burheim。

膜用浓盐溶液分离稀盐溶液。离子从浓缩至稀释溶液中迁移，因为替代两种不同类型的膜，它们迫使阴离子和阳离子沿相反方向迁移。

当这些交替柱夹在两个电极之间时，堆可以产生足够的能量以将水分成氢气（在阴极侧）和氧气（在阳极侧）。

这种方法是在20世纪50年代开发的，首次使用的盐水和河水。

然而，克拉赫拉和她的同事做了什么是使用不同种类的盐，称为硝酸钾。使用这种盐使它们能够使用废热作为过程的一部分。

使用废热再耗尽盐

如果在上面描述的红色堆叠，在某些时候，浓缩物和稀释盐溶液变得越来越多，因此它们必须刷新。

这意味着您需要找到一种方法来增加浓溶液中盐的浓度，并从稀释溶液中除去盐。这就是废热源的地方。

研究人员测试了两个系统。

研究人员在测量细胞中调整压力在膜上的压力。

首先是废物热量从浓缩溶液中蒸发水以使其更浓缩。

第二个系统使用废热使盐从稀释的溶液中沉淀出来（因此它会较少咸）。

“如果你找到一种方法来除去水或取出盐，你已经完成了这项工作，”克拉赫拉说。

两者都有福利

当研究人员看着它们的结果时，他们看到，使用现有的膜技术和废热来蒸发水从它们的系统产生更多的液体氢，而不是沉淀方法。

氢原用于在25℃下运行的蒸发系统的产生4倍，与其沉淀系统相比，在40℃下操作的系统较高两倍。

从成本角度取得了更好的候选人。

然而，研究人员发现，降水过程在能源需求方面更好。例如，使用沉淀过程产生立方米氢气所需的能量仅为8.2千瓦时，相比蒸发过程为55千瓦时。

具有许多可能性的新系统

虽然Krakhella的工作证明了这个概念的工作，但她主要使用实验室台式和大量的计算机计算。还有很多工作要做，特别是对于在过程中使用的盐。

她说，研究人员为盐系统选择了硝酸钾，但其他盐也可以工作。

“这是一个全新的系统，”她说。“我们需要在其他浓度的其他盐做更多的测试。”

膜价格是限制因素

继续限制氢生产的另一个问题是膜本身仍然非常昂贵。

Krakhella希望随着社会寻找远离化石燃料，需求的增加将推动膜的价格，以及改善膜本身的特征。

“膜是我们系统中最昂贵的部分，”克拉赫拉说。“但每个人都知道我们需要做一些关于环境的事情，如果我们没有发展无污染能量，社会的价格可能会更高。”

参考：“热到H2：通过逆转电渗机使用氢气生产的废热“由Kjersti Wergeland Krakhella，Robert Bock，Odne Stokke Burheim和Frode Seland和Kristian Etienne Einarsrud，Energies 2019,12,3428.Doi：10.3390 / EN12183428