محاكاة تأثير ضغط التشغيل وفرط جهد التنشيط على نقاء غاز الهيدروجين الأخضر والكفاءة الإجمالية لمحطات التحليل الكهربائي للماء القلوي
DOI:
https://doi.org/10.63359/n48a6j80الكلمات المفتاحية:
الهيدروجين الأخضر، التحليل الكهربائي للماء القلوي، ضغط التشغيل، جهد التنشيط الزائد، نقاء الغاز، محاكاة Aspen Plus ، محلول هيدروكسيد البوتاسيوم (KOH)، كفاءة الطاقةالملخص
يمكن لإنتاج الهيدروجين الأخضر من خلال التحليل الكهربائي للماء القلوي أن يُولّد مصدرًا مستدامًا للطاقة وحلًا لإزالة الكربون، وهو ما سيتحسن أكثر باستخدام مصادر الطاقة المتجددة. تهدف هذه الورقة البحثية إلى دراسة كيفية تأثير عوامل التشغيل (الضغط، ودرجة الحرارة، تركيز الإلكتروليتات (هيدروكسيد البوتاسيوم وهيدروكسيد الصوديوم))، بالإضافة إلى التيار والجهد المطبقين، على إنتاج الهيدروجين، كذلك استهلاك الطاقة، ونقاء الغازات المُنتجة. أُجريت التجارب المعملية باستخدام خلية تحليل كهربائي مصممة خصيصًا، تحتوي على أقطاب كهربائية من الفولاذ المقاوم للصدأ، بتراكيز مختلفة من هيدروكسيد البوتاسيوم KOH وهيدروكسيد الصوديوم NaOH، لإثبات أن هيدروكسيد البوتاسيوم يعطي نتائج أفضل من هيدروكسيد الصوديوم نظرًا لزيادة التيار (حتى 6 أمبير) والجهد (حتى 40 فولت)، مما يؤدي إلى كميات أكبر من الهيدروجين المنتج H2 . وجد أن الأداء الأمثل يتحقق في نظام يعمل عند درجة حرارة تغذية عالية (90 درجة مئوية) وضغط متوسط يبلغ حوالي 12 بار، حيث تحسن تراكيز هيدروكسيد البوتاسيوم التي تتراوح بين 20 و25% وزنيًا من أداء النظام. بلغت كفاءة التحليل الكهربائي القصوى للأنظمة القائمة على هيدروكسيد البوتاسيوم حوالي 65%، بينما بلغت كفاءة التحليل الكهربائي القصوى للنظام المرجعي حوالي 60%، مع استهلاك طاقة يبلغ حوالي 39.5 كيلوواط لكل كيلوغرام من الهيدروجين المنتج. تشير نتائج البحث الذي نستشهد به إلى إمكانية تبسيط تصميم محطات التحليل الكهربائي المائية (AWE) بحيث تنتج نظامًا يعمل بمستويات منخفضة من انبعاثات الكربون، وينتج الهيدروجين الذي يمكن استخدامه في أنشطة البتروكيماويات والطاقة المتجددة.المراجع
Abdel Rahman, I. A. F. (2008). General and physical chemistry. Dar Al Nahda Al Arabiya.
American Chemical Society. (2023). Hydrogen chemistry.
American Chemical Society. (n.d.). American Chemical Society.
American Society of Mechanical Engineers. (2017). Handbook of pumps and pumping: Pumping manual international.
Boyd, P. (2014, July 19). What is the chemical composition of stars? NASA.
Elsevier. (2023). Hydrogen reactions. ScienceDirect.
Encyclopaedia Britannica. (n.d.). Hydrogen. Encyclopaedia Britannica.
Gad, M. A. M. (2009). General chemistry. Dar Al Nahda Al Arabiya.
https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.11.005
Hydrogen Council. (n.d.). Hydrogen Council.
International Energy Agency. (2022). Hydrogen: A renewable energy perspective. IEA.
International Renewable Energy Agency. (n.d.). International Renewable Energy Agency.
Khan, M. Z., Nizami, A. S., Rehan, M., Ouda, O. K. M., Sultana, S., Ismail, I. M., & Shahzad, K. (2017). Microbial electrolysis cells for hydrogen production and urban wastewater treatment: A case study of Saudi Arabia. Applied Energy, 185, 410–420.
LibreTexts. (2023). Chemical properties of hydrogen. Chemistry LibreTexts.
Liu, Y., Zhang, Y., & Zhang, Z. (2022). A review of hydrogen production by methane reforming. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 172, 110889.
Mitsidi. (n.d.). O que você precisa saber sobre .
National Institute of Standards and Technology. (n.d.). National Institute of Standards and Technology.
National Renewable Energy Laboratory. (2022). Hydrogen production technologies.
Neckers, D. C. (2003). Photoinitiators: Structures, reactivity and applications in polymer chemistry.
U.S. Department of Energy. (2022). Hydrogen production. U.S. Department of Energy.
U.S. Department of Energy. (n.d.). Hydrogen production: Electrolysis. U.S. Department of Energy.
U.S. Department of Energy. (n.d.). U.S. Department of Energy.
United States Environmental Protection Agency. (2015). Low-emission boiler system proof-of-concept project: Environmental impact statement.
University of California. (n.d.). University of California.
Walter, H.-U. G. (2008). Handbook of valves and actuators: Valves manual international.
التنزيلات
منشور
إصدار
القسم
الرخصة
الحقوق الفكرية (c) 2026 المجلة الليبية لعلوم وتكنولوجيا البيئة
هذا العمل مرخص بموجب Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
