מחולל מימן

מחוללי מימן משתמשים בניתוק אלקטרוליטי של מים כדי ליצור אספקה ​​רציפה של מימן בטוהר גבוה. טוהר המים חשוב לביצועים האופטימליים שלהם.

יש להימנע מהמזהמים הבאים:
יונים
יונים הנמצאים במים עלולים להפריע לתהליך האלקטרוליזה, ולפגוע בתאים האלקטרוכימיים. יש להימנע מהם. שרפים לחילופי יונים ו/או טכנולוגיות אוסמוזה הפוכה יכולים להסיר את רוב היונים הקיימים במי ברז, מה שהופך את המים למתאימים ליישום זה.

חלקיקים
חלקיקים עלולים להצטבר על קווים וממברנות, לפגוע בתאים האלקטרוכימיים ולהפריע לתפקוד המכשיר.

אורגניות
עומסים גבוהים של חומרים אורגניים עלולים ליצור משקעים על פני האלקטרודות או ליצור ציפוי על הממברנות, וכך להשפיע על הזרם המקומי. בנוסף, תרכובות אורגניות יכולות לשמש כחומרי הזנה על ידי חיידקים, ולכן יש לצמצם למינימום.

בַּקטֶרִיָה
יש לצמצם את רמות החיידקים למינימום, כדי למנוע היווצרות של ביופילם בתוך המכשיר. ניתן למזער את רמות החיידקים על ידי שליטה ברמות האורגניות הקיימות במים. ניתן להשתמש גם בסינון.

משתמשים במחוללי מימן צריכים לעקוב אחר המלצות היצרן לגבי איכות המים הנדרשת עבור המכשירים שלהם. איכות המים חשובה לפעולה אופטימלית של מחוללי מימן, ולחלק מהמכשירים יש מדי התנגדות או מוליכות מובנים כדי לסייע במניעת נזק למכשיר עקב איכות מים לא תקינה. מומלץ בדרך כלל מים מטוהרים טריים, עם התנגדות של 1 MΩ.cm או מעל.

ייצור מימן באמצעות מחוללי מימן מתגלה כאחת האפשרויות המרכזיות לאגירת אנרגיה ממים ומדלקים מאובנים. גז מימן נמצא כעת בשימוש בכלי רכב מעטים כדלק נטול זיהום כאשר הגז מופק ממים כאשר תוצר הלוואי של הבעירה שלו הוא מים. לפיכך, ייצור מימן עשוי לשחק תפקיד חשוב בהתמודדות עם אתגרי אנרגיה קריטיים.
כעת טכנולוגיה זו משמשת גם ביישומים שונים כמו תאי דלק, עיבוד כימי, זיקוק, שחזור נפט וכן הלאה.

מחקר ופיתוח מתמידים העניקו את החדשנות של מחוללי מימן שהם אמצעים בטוחים, ירוקים, יעילים יותר וחסכוניים יותר להפקת גז מימן לפי דרישה מאשר גלילי לחץ גבוה ליישומי שימוש קצה.

המרכיב העיקרי של מחולל מימן הוא תא האלקטרוליזר שלו הכולל שתי אלקטרודות כלומר אנודה וקתודה. שתי האלקטרודות מופרדות על ידי קרום חילופי היונים. זרז פלטינה משמש באלקטרודות לביצוע תהליך האלקטרוליזה. אמוניה נוזלית היא חומר הגלם המשמש במחוללי מימן. לאחר אידוי, מותקן זרז ניקל פעיל בדוד הפירוק. לאחר ביצוע חילופי החום, הגז המפורק מתקרר, הגז האמוניה מוחזר מהחום ונכנס לדוד הפירוק לצורך פירוק. נוצר גז מעורב אשר בדרך כלל נכנס למערכת טיהור גז כדי להיפטר מלחות וזיהומים אחרים. בדרך זו נוצר מימן.

למרות שאחסון אנרגיה במימן יקר יותר מדלקים מאובנים בשל הצפיפות הגבוהה שלו, העלייה במודעות בקרב אנשים ברחבי העולם לגבי כלי רכב ידידותיים לסביבה ואפס פליטות מגבירה את הביקוש למימן. אזור אסיה-פסיפיק מחזיק כיום בנתח השוק הגבוה ביותר, בשל הרבה גורמים כמו עלייה בביקוש לתאי דלק בתעשיית הרכב, עלייה בביקוש לדשני אמוניה שונים ועוד.

כמו כן, סגירה זמנית של מתקני ייצור הפריעה במידה מסוימת את צמיחת שוק מחוללי המימן. מצד שני, הביקוש לאנרגיה רציפה בבתי חולים, במיוחד במהלך התקופה הראשונית של המגיפה, הניע את הביקוש לתאי דלק מימן, ובכך השפיע לחיוב על שוק מחוללי המימן.

יתר על כן, הדרישה לחומרי גלם כימיים רבים במספר תעשיות מספקת הזדמנויות משתלמות לצמיחת תעשיית מחולל המימן. התפתחות מהירה בטכנולוגיות ויעילות חשמלית של מחוללי מימן הולכת לאסוף סיכויי ענק וצמיחה אקספוננציאלית לשוק בעתיד הקרוב

מחולל מימן הוא מכשיר המשמש להפקת גז מימן (H2), ועקרון העבודה שלו מבוסס על התגובה של מים אלקטרוליטיים. להלן עיקרון העבודה והתפקוד של מחולל המימן:

עקרון עבודה
עקרון העבודה של מחולל מימן כרוך בעיקר בתגובת אלקטרוליזה של מים. בדרך כלל, מים (H2O) מורכבים ממימן (H2) ומחמצן (O2), בעוד שתהליך האלקטרוליזה של המים מפרק אותם למימן ולחמצן. משוואת התגובה הספציפית היא כדלקמן:

2H2O (liquid) ->2H2 (גז)+O2 (גז)
במחולל מימן משתמשים בדרך כלל בתא אלקטרוליטי הכולל שתי אלקטרודות: אנודה וקתודה. שתי האלקטרודות הללו טובלות בתמיסת אלקטרוליט, בדרך כלל בתמיסה בסיסית (כגון נתרן הידרוקסיד) או חומצית (כגון חומצה גופרתית).
כאשר מקור מתח חיצוני (בדרך כלל מקור מתח DC) מחובר לאלקטרודות של התא האלקטרוליטי, מתרחשות שתי התגובות הבאות:

על הקתודה, מולקולות מים (H2O) קולטות אלקטרונים ומופחתות לגז מימן (H2)
2H2O (liquid)+2 electrons ->H2 (גז)+2 יוני הידרוקסיד (2OH -)
על האנודה, מולקולות מים מאבדות אלקטרונים ומשתחרר חמצן (O2):
2H2O (liquid) ->O2 (גז)+4 יוני מימן (4H+)+4 אלקטרונים
תגובות אלו מפרקות מים למימן ולחמצן, הנפלטים מיציאת הגז בתא האלקטרוליזה, בעוד חמצן נפרק ממוצא הגז בתא האלקטרוליזה.

פוּנקצִיָה
תפקידו העיקרי של מחולל מימן הוא לייצר גז מימן בטוהר גבוה. יש לו מגוון רחב של יישומים במעבדות שונות ויישומים תעשייתיים, כולל אך לא רק:
יישומי מעבדה: משמש לניסויים כימיים במעבדה, הכנת דגימות וכחומר מפחית בתא התגובה.

יישומים תעשייתיים: משמש בתהליכים תעשייתיים כגון ריתוך מתכת, ייצור מוליכים למחצה, ייצור כימי וכו'. מימן משמש גם כדלק לתאי דלק ולרכבי מימן.

אגירת אנרגיה: מימן נחשב לאחת מצורות האחסון של אנרגיה מתחדשת, ומחוללי מימן משמשים להמרת אנרגיה חשמלית למימן להפקת חשמל בעת הצורך.

מעבדה ומחקר: בתחום המעבדה והמחקר ניתן להשתמש במימן לחקר התכונות הכימיות של המימן, טכנולוגיית אנרגית מימן ותחומי מחקר קשורים.

לחות
מחוללי מימן מסתמכים על מים וחשמל לייצור מימן. מחולל המימן משתמש בחשמל כדי להפריד בין חמצן למימן ואז פולט חמצן בצד אחד ומימן בצד השני.
מכיוון שהוא משתמש במים, יש הרבה לחות בתוך הגנרטור שיכולה להוות מקור רעש במהלך מו"פ שהוא אחד המכשולים שהיינו צריכים להתגבר עליהם.
למחולל המימן שני עמודים של חומר סופג שמטרתם להפחית את הלחות. הלחות נמוכה מאוד אבל מכיוון שהחיישנים שלנו רגישים מאוד לרמות הלחות, היינו צריכים דרך להוריד את הרמה הזו אפילו יותר.
העלינו את הנושא הזה במהלך הכנס ואחת התובנות שאספנו הייתה שאפשר להשתמש יותר ממלכודות הלחות האלו. מעניין שניתן לייבש את העמודים הללו ולעשות בהם שימוש חוזר, אם אתם בטוחים שתוכלו לאטום אותם מספיק טוב כדי שלא תהיה דליפה.

לַחַץ
בעת הטיפול במחולל המימן, חשוב היה לנו גם ללמוד שמחולל המימן הספציפי בו השתמשנו יכול להתמודד עם לחץ של עד 5 בר. אחד הצרכים שלנו הוא למלא צילינדרים קטנים ב-H2 בלחץ גבוה מהרמה האטמוספרית. על מנת למלא את הצילינדרים הללו, אנו צריכים שמקור H2 יהיה בלחץ גבוה יותר מלחץ המטרה.

זְרִימָה
למדנו שעבור מודל מחולל המימן הספציפי שאנו משתמשים בו, מקרה השימוש המיועד שלו הוא להיות חלק מ-GC שבו מימן משמש כמוביל גז. מכיוון ש- GC דורש זרימות נמוכות יותר, הגנרטור לא יכול היה להתמודד עם קצב הזרימה שהזנו וזו הסיבה שהוא הציג בעיות.
רמת זרימה קטנה יותר בטוחה יותר לשימוש. למחולל H2 יש גם פרוטוקולי הגנה שבודקים אוטומטית אם יש צריכה של מימן (על סמך התנגדות כלשהי של הזרימה) כדי שהמימן לא יתפזר במעבדה.

המוצרים נמכרים בכל אזורי סין ומיוצאים למדינות ברחבי העולם. הם נמכרו ביותר מ-20 מדינות ואזורים כולל ארצות הברית, גרמניה, מרוקו, קניה, ערב הסעודית, וייטנאם, אלג'יריה, הודו, טנזניה וטייוואן. סיפק בהצלחה ארגונים ידועים כמו China Aerospace, PetroChina, China Nuclear Group, BYD, Jiuli Specialty, Tony Electronics, Zheng Energy Group ומפעלים ידועים אחרים. ישנן תחנות הידרוגנציית מימן ירוקות רבות כגון Wulanchabu, Haikou, Hainan, Hainan Haikou, Yunnan Kunming וכו' מספקות פרויקטים ירוקים ויצירת מימן.