E pili ana i ka hydrogen ikehu hanauna e hiki mai ana

E hoʻolauna mākou i ka "hydrogen", ka hanauna hou o ka ikehu i kūlike ʻole me ke kalapona. Ua māhele ʻia ka hydrogen i ʻekolu ʻano: "hydrogen ʻōmaʻomaʻo", "hydrogen polū" a me ka "hydrogen hina", nona kēlā me kēia ʻano hana like ʻole. E wehewehe pū mākou i kēlā me kēia ʻano hana, nā waiwai kino ma ke ʻano he mau mea, nā ʻano mālama/lawe, a me nā ʻano hoʻohana. A e hoʻolauna pū wau i ke kumu he kumu ikehu koʻikoʻi ia no ka hanauna hou.

Electrolysis o ka wai e hana i ka hydrogen ʻōmaʻomaʻo

I ka hoʻohana ʻana i ka hydrogen, he mea nui e "hana i ka hydrogen". ʻO ke ala maʻalahi loa, ʻo ia ka "electrolyze wai". Ua hana paha ʻoe ma ke kula haʻahaʻa. E hoʻopiha i ke kīʻaha me ka wai a me nā electrodes i loko o ka wai. Ke hoʻopili ʻia kahi pila i nā electrodes a hoʻoikaika ʻia, hana ʻia nā hopena ma lalo nei i loko o ka wai a ma kēlā me kēia electrode.
Ma ke cathode, hui pū ʻo H+ a me nā electrons e hana i ke kinoea hydrogen, ʻoiai ʻo ka anode e hana i ka oxygen. Eia nō naʻe, maikaʻi kēia ʻano hana no nā hoʻokolohua ʻepekema kula, akā no ka hana ʻana i ka hydrogen ma ke ʻano ʻoihana, pono e hoʻomākaukau ʻia nā mīkini kūpono no ka hana nui. ʻO ia hoʻi ka "polymer electrolyte membrane (PEM) electrolysis".
Ma kēia ʻano hana, ua hoʻopaʻa ʻia kahi membrane semipermeable polymer e ʻae ana i ka hele ʻana o nā ion hydrogen ma waena o kahi anode a me kahi cathode. Ke ninini ʻia ka wai i loko o ka anode o ka hāmeʻa, neʻe nā ion hydrogen i hana ʻia e ka electrolysis ma o kahi membrane semipermeable i ka cathode, kahi e lilo ai lākou i hydrogen molecular. Ma ka ʻaoʻao ʻē aʻe, ʻaʻole hiki i nā ion oxygen ke hele ma o ka membrane semipermeable a lilo i mau mole oxygen ma ka anode.
I loko nō hoʻi o ka electrolysis wai alkaline, hana ʻoe i ka hydrogen a me ka oxygen ma ka hoʻokaʻawale ʻana i ka anode a me ka cathode ma o kahi mea hoʻokaʻawale kahi e hiki ai i nā ion hydroxide ke hele. Eia kekahi, aia nā ʻano hana ʻoihana e like me ka electrolysis mahu wela kiʻekiʻe.
Ma ka hana ʻana i kēia mau kaʻina hana ma kahi pae nui, hiki ke loaʻa nā nui he nui o ka hydrogen. I ke kaʻina hana, ua hana ʻia kahi nui o ka oxygen (hapalua o ka nui o ka hydrogen i hana ʻia), i ʻole e loaʻa kahi hopena maikaʻi ʻole i ke kaiapuni inā hoʻokuʻu ʻia i ka lewa. Eia nō naʻe, pono ka electrolysis i ka nui o ka uila, no laila hiki ke hana ʻia ka hydrogen ʻole kalapona inā hana ʻia me ka uila ʻaʻole hoʻohana i nā wahie fossil, e like me nā turbine makani a me nā panela solar.
Hiki iā ʻoe ke loaʻa ka "hauwai ʻōmaʻomaʻo" ma ka electrolyzing wai me ka hoʻohana ʻana i ka ikehu maʻemaʻe.

Aia kekahi mea hana hydrogen no ka hana nui ʻana o kēia hydrogen ʻōmaʻomaʻo. Ma ka hoʻohana ʻana i ka PEM ma ka ʻāpana electrolyzer, hiki ke hana mau ʻia ka hydrogen.

ʻO ka hydrogen polū i hana ʻia mai nā wahie fossil

No laila, he aha nā ala ʻē aʻe e hana ai i ka hydrogen? Loaʻa ka hydrogen i loko o nā wahie fossil e like me ke kinoea kūlohelohe a me ka lanahu ma ke ʻano he mau mea ʻē aʻe ma mua o ka wai. No ka laʻana, e noʻonoʻo i ka methane (CH4), ka ʻāpana nui o ke kinoea kūlohelohe. ʻEhā mau ʻātoma hydrogen ma aneʻi. Hiki iā ʻoe ke loaʻa ka hydrogen ma ka lawe ʻana i kēia hydrogen i waho.
ʻO kekahi o kēia he kaʻina hana i kapa ʻia ʻo "steam methane reforming" e hoʻohana ana i ka mahu. Penei ke ʻano kemika o kēia ʻano hana.
E like me kāu e ʻike ai, hiki ke hoʻopuka ʻia ke kalapona monoxide a me ka hydrogen mai kahi molekole methane hoʻokahi.
Ma kēia ʻano, hiki ke hana ʻia ka hydrogen ma o nā kaʻina hana e like me ka "steam reforming" a me ka "pyrolysis" o ke kinoea kūlohelohe a me ka lanahu. ʻO "Blue hydrogen" e pili ana i ka hydrogen i hana ʻia ma kēia ʻano.
I kēia hihia, akā naʻe, ua hana ʻia ke kalapona monoxide a me ke kalapona ʻokikene ma ke ʻano he huahana ʻaoʻao. No laila, pono ʻoe e hana hou iā lākou ma mua o ko lākou hoʻokuʻu ʻia ʻana i ka lewa. ʻO ka huahana ʻaoʻao o ke kalapona ʻokikene, inā ʻaʻole i hoʻihoʻi ʻia, lilo ia i kinoea hydrogen, i ʻike ʻia ʻo "hydrogen hina".

He aha ke ʻano o ka Hydrogen?

ʻO 1 ka helu atomika o ka hydrogen a ʻo ia ka mea mua ma ka papa periodic.
ʻO ka helu o nā ʻātoma ka mea nui loa ma ke ao holoʻokoʻa, e helu ana ma kahi o 90% o nā mea āpau ma ke ao holoʻokoʻa. ʻO ka ʻātoma liʻiliʻi loa i hana ʻia me kahi proton a me kahi electron ʻo ia ka ʻātoma hydrogen.
ʻElua isotopes o ka hydrogen me nā neutrons i hoʻopili ʻia i ka nucleus. Hoʻokahi "deuterium" i hoʻopaʻa ʻia me ka neutron a me ʻelua "tritium" i hoʻopaʻa ʻia me ka neutron. He mau mea kēia no ka hana mana fusion.
I loko o kahi hōkū e like me ka lā, ke hana ʻia nei ka hui ʻana o ka nukelea mai ka hydrogen a i ka helium, ʻo ia ke kumu ikehu no ka hōkū e ʻālohilohi.
Eia nō naʻe, ʻaʻole pinepine ka hydrogen ma ke ʻano he kinoea ma ka Honua. Hoʻokumu ka hydrogen i nā hui me nā mea ʻē aʻe e like me ka wai, ka methane, ka ammonia a me ka ethanol. ʻOiai he mea māmā ka hydrogen, i ka piʻi ʻana o ka mahana, piʻi ka wikiwiki o ka neʻe ʻana o nā molekala hydrogen, a pakele mai ka umekaumaha o ka honua i ka lewa waho.

Pehea e hoʻohana ai i ka hydrogen? E hoʻohana ma ke ahi ʻana

A laila, pehea e hoʻohana ʻia ai ka "haikokene", ka mea i huki i ka manaʻo o ka honua holoʻokoʻa ma ke ʻano he kumu ikehu hanauna e hiki mai ana? Hoʻohana ʻia ia ma ʻelua mau ʻano nui: "puhi ʻana" a me "kelepona wahie". E hoʻomaka kākou me ka hoʻohana ʻana i ka "puhi".
ʻElua ʻano nui o ke ahi i hoʻohana ʻia.
ʻO ka mua, ʻo ia ke ʻano he wahie rocket. Hoʻohana ka rocket H-IIA o Iapana i ke kinoea hydrogen "wai hydrogen" a me ka "wai oxygen" aia hoʻi i loko o ke kūlana cryogenic ma ke ʻano he wahie. Hoʻohui ʻia kēia mau mea ʻelua, a ʻo ka ikehu wela i hana ʻia i kēlā manawa e hoʻolalelale i ka hoʻokomo ʻana o nā molekala wai i hana ʻia, e lele ana i ka lewa. Eia naʻe, no ka mea he ʻenekini paʻakikī ia, koe wale nō ʻo Iapana, ʻo ʻAmelika Hui Pū ʻIa, ʻEulopa, Rusia, Kina a me India wale nō i hoʻohui pono i kēia wahie.
ʻO ka lua, ʻo ia ka hana mana. Hoʻohana pū ka hana mana turbine kinoea i ke ʻano o ka hoʻohui ʻana i ka hydrogen a me ka oxygen e hana i ka ikehu. I nā huaʻōlelo ʻē aʻe, he ʻano ia e nānā ana i ka ikehu wela i hana ʻia e ka hydrogen. I loko o nā hale hana mana wela, ʻo ka wela mai ka puhi ʻana i ka lanahu, ka ʻaila a me ke kinoea kūlohelohe e hana i ka mahu e hoʻokele i nā turbine. Inā hoʻohana ʻia ka hydrogen ma ke ʻano he kumu wela, e kūlike ʻole ke kahua mana me ke kalapona.

Pehea e hoʻohana ai i ka hydrogen? Hoʻohana ʻia ma ke ʻano he wahie cell

ʻO kekahi ala e hoʻohana ai i ka hydrogen ma ke ʻano he cell wahie, kahi e hoʻololi pololei ai i ka hydrogen i ka uila. ʻOi aku ka maikaʻi, ua huki ʻo Toyota i ka manaʻo ma Iapana ma ka hoʻolaha ʻana i nā kaʻa i hoʻohana ʻia i ka hydrogen ma kahi o nā kaʻa uila (EV) ma ke ʻano he koho ʻē aʻe i nā kaʻa gasoline ma ke ʻano he ʻāpana o kāna mau hana pale hoʻomehana honua.
ʻO ke ʻano kikoʻī, ke hana nei mākou i ke kaʻina hana ʻē aʻe ke hoʻolauna nei mākou i ke ʻano hana ʻana o ka "hydrogen ʻōmaʻomaʻo". Penei ke ʻano kemika.
Hiki i ka hydrogen ke hoʻoulu i ka wai (wai wela a mahu paha) i ka wā e hoʻoulu ai i ka uila, a hiki ke loiloi ʻia no ka mea ʻaʻole ia e kau i kahi kaumaha ma ke kaiapuni. Ma ka ʻaoʻao ʻē aʻe, he haʻahaʻa ka pono hana mana o kēia ʻano hana he 30-40%, a koi ʻia ka platinum ma ke ʻano he mea hoʻoulu, no laila e koi ana i nā kumukūʻai hoʻonui.
I kēia manawa, ke hoʻohana nei mākou i nā cell wahie polymer electrolyte (PEFC) a me nā cell wahie phosphoric acid (PAFC). Ma ke ʻano kūikawā, hoʻohana nā kaʻa cell wahie iā PEFC, no laila hiki ke manaʻo ʻia e laha aku i ka wā e hiki mai ana.

He palekana anei ka mālama ʻana a me ka lawe ʻana i ka hydrogen?

I kēia manawa, manaʻo mākou ua maopopo iā ʻoe ke ʻano o ka hana ʻana a me ka hoʻohana ʻana i ke kinoea hydrogen. No laila pehea ʻoe e mālama ai i kēia hydrogen? Pehea ʻoe e kiʻi ai i kahi āu e pono ai? Pehea e pili ana i ka palekana i kēlā manawa? E wehewehe mākou.
ʻO ka ʻoiaʻiʻo, he mea weliweli loa ka hydrogen. I ka hoʻomaka ʻana o ke kenekulia 20, ua hoʻohana mākou i ka hydrogen ma ke ʻano he kinoea e lana ai nā pōpō, nā pōpō, a me nā moku mokulele i ka lewa no ka mea ua māmā loa. Eia naʻe, ma Mei 6, 1937, ma New Jersey, USA, ua hana ʻia ka "pahū ʻana o ka moku mokulele Hindenburg".
Mai ka ulia, ua ʻike nui ʻia he mea weliweli ke kinoea hydrogen. ʻOiai ke ahi, e pahū ikaika ia me ka oxygen. No laila, he mea nui ka "e mālama aku mai ka oxygen" a i ʻole "e mālama aku mai ka wela".
Ma hope o ka lawe ʻana i kēia mau hana, ua hoʻoholo mākou i kahi ʻano hoʻouna.
He kinoea ka hydrogen i ka mahana o ka lumi, no laila ʻoiai he kinoea nō ia, he nui loa ia. ʻO ke ʻano mua, ʻo ia ke kau ʻana i ke kaomi kiʻekiʻe a me ke kaomi ʻana e like me ka cylinder i ka wā e hana ai i nā mea inu kalapona. E hoʻomākaukau i kahi pahu kaomi kiʻekiʻe kūikawā a mālama iā ia ma lalo o nā kūlana kaomi kiʻekiʻe e like me 45Mpa.
ʻO Toyota, ka mea e hoʻomohala nei i nā kaʻa cell wahie (FCV), ke hoʻomohala nei i kahi pahu hydrogen kiʻekiʻe-kaomi resin hiki ke kū i ke kaomi 70 MPa.
ʻO kekahi ʻano hana ʻē aʻe, ʻo ia ke hoʻolulu i lalo i -253°C e hana i ka hydrogen wai, a mālama a lawe iā ia i loko o nā pahu kūikawā i hoʻopaʻa ʻia i ka wela. E like me ka LNG (kinoea kūlohelohe i hoʻoheheʻe ʻia) ke lawe ʻia mai ke kinoea maoli mai nā ʻāina ʻē, hoʻoheheʻe ʻia ka hydrogen i ka wā o ka lawe ʻana, e hōʻemi ana i kona nui i 1/800 o kona kūlana kinoea. I ka makahiki 2020, ua hoʻopau mākou i ka mea lawe hydrogen wai mua o ka honua. Eia naʻe, ʻaʻole kūpono kēia ʻano hana no nā kaʻa cell wahie no ka mea he nui ka ikehu e pono ai e hoʻolulu.
Aia kekahi ʻano hana no ka mālama ʻana a me ka hoʻouna ʻana i loko o nā pahu e like me kēia, akā ke hoʻomohala nei mākou i nā ʻano hana ʻē aʻe no ka mālama ʻana i ka hydrogen.
ʻO ke ʻano mālama ʻana, ʻo ia ka hoʻohana ʻana i nā mea hoʻohuihui hydrogen. Loaʻa i ka hydrogen ka waiwai o ke komo ʻana i nā metala a me ka hoʻopōʻino ʻana iā lākou. He ʻōlelo aʻoaʻo hoʻomohala kēia i hoʻomohala ʻia ma ʻAmelika Hui Pū ʻIa i nā makahiki 1960. JJ Reilly et al. Ua hōʻike ʻia nā hoʻokolohua hiki ke mālama ʻia a hoʻokuʻu ʻia ka hydrogen me ka hoʻohana ʻana i kahi mea hoʻohuihui o ka magnesium a me ka vanadium.
Ma hope o kēlā, ua hoʻomohala pono ʻo ia i kahi mea, e like me ka palladium, hiki ke omo i ka hydrogen 935 mau manawa o kona nui ponoʻī.
ʻO ka pōmaikaʻi o ka hoʻohana ʻana i kēia mea hoʻohuihui, hiki iā ia ke pale i nā pōpilikia liki hydrogen (ʻo ia hoʻi nā pōpilikia pahū). No laila, hiki ke mālama pono ʻia a lawe ʻia. Eia nō naʻe, inā ʻaʻole ʻoe e makaʻala a waiho iā ia i kahi kūpono ʻole, hiki i nā mea hoʻohuihui mālama hydrogen ke hoʻokuʻu i ke kinoea hydrogen i ka hala ʻana o ka manawa. ʻĀ, hiki i kahi huna ahi liʻiliʻi ke hana i kahi pōpilikia pahū, no laila e makaʻala.
Loaʻa iā ia ka hemahema ʻo ka omo ʻana a me ka desorption hydrogen pinepine e alakaʻi ai i ka embrittlement a hoʻemi i ka nui o ka omo ʻana o ka hydrogen.
ʻO kekahi, ʻo ia ka hoʻohana ʻana i nā paipu. Aia kekahi kūlana e pono ai ke kaomi ʻole ʻia a me ke kaomi haʻahaʻa e pale aku ai i ka palupalu ʻana o nā paipu, akā ʻo ka pōmaikaʻi, hiki ke hoʻohana ʻia nā paipu kinoea e kū nei. Ua hana ʻo Tokyo Gas i nā hana kūkulu ma ka Harumi FLAG, me ka hoʻohana ʻana i nā paipu kinoea o ke kūlanakauhale e hoʻolako i ka hydrogen i nā cell wahie.

ʻAhahui o ka Wā e Hiki Mai Ana i Hoʻokumu ʻia e ka Hydrogen Energy

ʻO ka mea hope loa, e noʻonoʻo kākou i ke kuleana o ka hydrogen i loko o ke kaiāulu.
ʻOi aku ka mea nui, makemake mākou e hoʻolaha i kahi kaiāulu kalapona ʻole, hoʻohana mākou i ka hydrogen e hana i ka uila ma kahi o ka ikehu wela.
Ma kahi o nā hale hana mana wela nui, ua hoʻolauna kekahi mau ʻohana i nā ʻōnaehana e like me ENE-FARM, kahi e hoʻohana ai i ka hydrogen i loaʻa ma o ka hoʻoponopono hou ʻana i ke kinoea kūlohelohe e hana i ka uila e pono ai. Eia nō naʻe, ke mau nei ka nīnau no ka mea e hana ai me nā huahana ʻaoʻao o ke kaʻina hana hoʻoponopono.

I ka wā e hiki mai ana, inā e piʻi aʻe ka holo ʻana o ka hydrogen ponoʻī, e like me ka hoʻonui ʻana i ka helu o nā kikowaena hoʻopihapiha hydrogen, e hiki ke hoʻohana i ka uila me ka ʻole o ka hoʻopuka ʻana i ke kalapona ʻokikene. Hoʻopuka ka uila i ka hydrogen ʻōmaʻomaʻo, ʻoiaʻiʻo, no laila hoʻohana ia i ka uila i hana ʻia mai ka lā a i ʻole ka makani. ʻO ka mana i hoʻohana ʻia no ka electrolysis, ʻo ia ka mana e kāohi i ka nui o ka hana mana a i ʻole e hoʻopiʻi i ka pila rechargeable ke loaʻa ka mana keu mai ka ikehu kūlohelohe. I nā huaʻōlelo ʻē aʻe, aia ka hydrogen ma ke kūlana like me ka pila rechargeable. Inā hana ʻia kēia, hiki ke hōʻemi i ka hana mana thermal. Ke kokoke koke mai nei ka lā e nalowale ai ka mīkini puhi kūloko mai nā kaʻa.

Hiki ke loaʻa ka hydrogen ma o kekahi ala ʻē aʻe. ʻO ka ʻoiaʻiʻo, he huahana ʻaoʻao nō ka hydrogen o ka hana ʻana o ka soda caustic. Ma waena o nā mea ʻē aʻe, he huahana ʻaoʻao ia o ka hana ʻana o ka coke i ka hana hao. Inā ʻoe e hoʻokomo i kēia hydrogen i loko o ka hoʻolaha ʻana, hiki iā ʻoe ke loaʻa nā kumu he nui. Hoʻolako ʻia ke kinoea hydrogen i hana ʻia ma kēia ʻano e nā kikowaena hydrogen.

E nānā hou aku kākou i ka wā e hiki mai ana. ʻO ka nui o ka ikehu i nalowale he pilikia nō hoʻi ia me ke ʻano o ka hoʻoili ʻana e hoʻohana ana i nā uea e hoʻolako i ka mana. No laila, i ka wā e hiki mai ana, e hoʻohana mākou i ka hydrogen i hāʻawi ʻia e nā pipelines, e like me nā pahu waikawa carbonic i hoʻohana ʻia i ka hana ʻana i nā mea inu carbonated, a kūʻai i kahi pahu hydrogen ma ka home e hana i ka uila no kēlā me kēia ʻohana. Ke lilo nei nā polokalamu kelepona e holo ana ma nā pila hydrogen i mea maʻamau. He mea hoihoi ia e ʻike i ia wā e hiki mai ana.