Alkalni bipolarni elektrolizator

Uslijed stalnog povećanja cijena goriva, koje je potaknuto smanjenjem naftnih rezervi, smanjenjem proizvodnje i opskrbe gorivom, strahom od globalnog zatopljenja i promjene klime uslijed izgaranja fosilnih goriva, vodik je u posljednjih nekoliko godina postao vrlo zanimljiv. Zahvaljujući svojim mnogobrojnim prednostima vodik odnosno "gospodarstvo zasnovano na vodiku" bi u budućnosti moglo postati jedno od rješenja u ostvarivanju energetske održivosti. Ovaj diplomski rad prikazuje dobivanje elementarno čistog vodika elektrolizom vode . U radu je dan detaljan pregled elektrolize s kemijskog i termodinamičkog aspekta, također je sklopu kinetike elektroda i otpora u procesu elektrolize dan uvid u osnove elektrokemije. Svu navedenu teoriju je bilo važno usvojiti kako bi se mogao razumjeti princip rada elektrolizatora. Osim teoretskog dijela ovaj rad daje pregled povijesnog razvoja elektrolize odnosno elektrolizatora, kao i opise poznatih tehničkih koncepata njihove izvedbe . Tema ovog rada je proračun i konstrukcija elektrolizatora, konkretno alkalnog bipolarnog tipa. U petom poglavlju ( 5. Konstrukcija ) prikazana je izvedba bipolarnog elektrolizatora s tri elektrolitička članka u serijskoj vezi s obzirom na električnu struju i paralelnoj vezi s obzirom na protok elektrolita s pripadajućom tehničkom dokumentacijom. Osim konstrukcije proračunata je i potencijalna proizvodnja vodika elektrolizatora pod pretpostavkom da pojedini članak radi s padom napona od 2,3 V.

Priprema ispitivanja značajki eksperimentalnog svežnja alkalnog elektrolizatora

Radi klimatskih promjena koje su prouzročene naglim porastom koncentracije ugljikovog dioksida (CO2) u atmosferi te smanjenjem naftnih rezervi, svjetska industrija primorana je ulagati u alternativna goriva. Radi njegovih velikih potencijala napokon je data prilika vodiku i vodikovim tehnologijama (tehnologije proizvodnje, pohrane, distribucije i korištenja vodika). Ovaj završni rad prikazuje konstrukciju alkalnog elektrolizatora bipolarne izvedbe te njegovo priključivanje u sustav za proizvodnju vodika i podsustav za mjerenje. U radu je opisan osnovni princip elektrolize, odnosno procesa koji se odvija unutar elektrolizatora. Tu je teoriju bilo potrebno usvojiti kako bi razumjeli funkciju pojedinih dijelova elektrolizatora, odnosno u konačnici princip rada elektrolizatora. U trećem poglavlju (3. Konstrukcija) prikazan je detaljn opis konstrukcije i nabave dijelova alkalnog elektrolizatora bipolarne izvedbe s tri elektrolitička članka te pripadajućom tehničkom dokumentacijom. Također su predstavljene proračunate značajke elektrolizatora. U četvrtkom poglavlju (4. Spajanje u sustav za proizvodnju vodika) prikazano je spajanje elektrolizatora u postojeći sustav za proizvodnju vodika, a u petom poglavlju (5. Mjerenje) spajanje na podsustav za mjerenje

Proizvodnja vodika elektrolizom vode pomoću sunčeve energije i fotonaponskog modula

Proizvodnja električne energije direktnom pretvorbom Sunčeve energije bez popratne emisije ugljikovog dioksida (CO2) bitna je s motrišta sigurnosti opskrbe, ali i s motrišta zaštite okoliša. Osnovne tehnološke komponente u sustavu kojima se danas može riješiti takav zadatak su fotonaponski (F\N) članak, elektrolizator, spremnik vodika, vodikov gorivni članak te voda kao osnovni radni medij. Zbog svega toga u fokusu ove doktorske disertacije nalazi se konstrukcija eksperimentalnog elektrolitičkog članka s otopinom kalijevog hidroksida (KOH) u vodi (alkalna otopina, lužina) kao elektrolitom. U okviru testiranja elektrolizatora snimljena je njegova radna (UI) karakteristika i izračunata iskoristivost koja je u okvirima poznatima iz literature. Uočeno je da se na intenzitet proizvodnje vodika može utjecati promjenom brzine kruženja elektrolita kroz porozne elektrode članka. Osim originalnog dijela ove doktorske disertacije prikazan je i pregled povijesnog razvoja alkalnih elektrolizatora i opisi poznatih tehničkih koncepata njihove izvedbe. U sustavu za proizvodnju vodika elektrolizom vode pomoću Sunčeve energije i fotonaponskog članka (F\NH2 sustav) istraživanja se odnose na eksperimentalno mjerenje i modeliranje F\N članka i elektrolizatora pojedinačno i spregnutih u jedan zajednički sustav. Cilj je poboljšanje iskoristivosti i pojednostavljenje sustava. Istraživanja na F\N članku provode se u svrhu definiranja utjecaja različitih parametara na njegovu UI karakteristiku i putanju točke maksimalne snage (MPP putanja). MPP putanja je putanja točke maksimalne snage u realnim uvjetima promjenljivog globalnog osunčanja. S istim ciljem istražuje se i alkalni elektrolizator također eksperimentalno i numeričkim simulacijama. Iz istraživanih matematičkih modela sustava dobiven je uvid u osnovne parametre potrebne za konstrukciju cijelog sustava, a prvenstveno elektrolizatora. U širem smislu, rezultat istraživanja je i doprinos razvoju metode usklađivanja ova dva sustava (elektrolizator i F\N modul) u jedan sustav koji je jednostavniji, pouzdaniji, jeftiniji i učinkovitiji od sličnih postojećih sustava za proizvodnju vodika bez popratne emisije CO2

Design of solar hydrogen refuelling station for hydrogen powered bicycles

Nakon izrade prvog hrvatskog bicikla na vodik logičan slijed događaja bila je izgradnja prve hrvatske punionice vodika kako bi se pokrile potrebe bicikla. U ovom je radu predstavljen prijedlog izvedbene projektne dokumentacije samog kućišta punionice koji svojim jedinstvenim izgledom kemijsku formulu vodikove molekule.Ponuđen je i prijedlog povezivanja radnih komponenti sustava u funkcionalnu cjelinu s pozicijama u kućištu. Opisani su načini rada podsustava za proizvodnju električne energije preko fotonaponskih (FN) modula, te podsustava za proizvodnju vodika elektrolizom vode na samoj lokaciji. Punionica tako ispunjava zahtjeve za autonomnim radom. U radu je dan opis testiranja bicikla na vodik s pripadajućim rezultatima koji će se puniti na novoinstaliranoj punionici. Pomoću proračuna FN modula i podataka o potrošnji bicikla predstavljeni su podaci o potencijalu proizvodnje vodika u punionici.After making of the first Croatian hydrogen bicycle, a logical step was the construction of the first Croatian hydrogen refuelling station to meet the needs of the bicycle consumption. This work presents the proposal of the project design documentation of the hydrogen refueling station, with its unique appearance inspired by a molecular scripture of the hydrogen molecule itself. Paper also presents the functional scheme of system components to a functional unit with the positions suggestions of every part in the housing. The subsystem for the production of electricity through the photovoltaic modules and the subsystem for the production of hydrogen by electrolysis of water at the location were described. Hydrogen refueling station thus fulfills the requirements for autonomous work. Finally, there was description of the hydrogen bicycle testing with the corresponding results to be replenished in the newly installed hydrogen refuelling station. The calculation of photovoltaic module power production projections and bicycle consumption data were used to calculate full potential of hydrogen production in the HRS

The role of hydrogen in energy transition

Do 2050. godine potrebno je osigurati klimatsku neutralnost, što znači da je potrebno potpuno zaustaviti emisije CO2 i drugih stakleničkih plinova u atmosferu. Međutim, sporazumi su jedno, a realizacija drugo. Bogate i razvijene države lakše će pristupiti eliminaciji fosilnih goriva, koja su glavni uzrok emisija stakleničkih plinova. Siromašne države ne mogu se odreći fosilnih goriva jer još nemaju potrebnu razinu ni životnog standarda ni tehnologije, odnosno novca da kupe ili same stvore te potrebne nove tehnologije. Morat će se sklopiti ugovori prema kojima će bogate države pomagati siromašnima da bi smanjenje emisija profunkcioniralo na globalnoj razini. To je ono što se očekuje od COP26. Ključno je ubrzati energetsku tranziciju na obnovljive izvore energije i obnovljivi vodik te provesti sveobuhvatnu dekarbonizaciju transporta i proizvodnje svih vrsta dobara i time pridonijeti izbjegavanju katastrofičnih scenarija. S tim ciljem, ovaj rad donosi pregled trenutnoga stanja vodikovih tehnologija i moguća rješenja za ubrzanje energetske tranzicije.Climate neutrality should be ensured by 2050, which means that it is necessary to completely stop the emissions of CO2 and other GHG into the atmosphere. However, agreements are one thing and realization is another. Rich and developed countries will more easily approach the elimination of fossil fuels, which are the main cause of GHG emissions. Poor countries cannot give up fossil fuels because they do not have the necessary standard of living or technology yet, or the money to buy or create the necessary new technologies themselves. Contracts will have to be made under which rich countries will help the poor to make emissions reductions work globally. This is what is expected from COP26. It is crucial to accelerate the energy transition to renewable energy sources and renewable hydrogen and to carry out comprehensive decarbonization of transport and production of all types of goods and thus contribute to avoiding catastrophic scenarios. With that goal, this work provides an overview of the current state of hydrogen technologies and possible solutions to accelerate the energy transition

Projekt sunčane vodikove punionice za potrebe bicikala na vodik

Nakon izrade prvog hrvatskog bicikla na vodik logičan slijed događaja bila je izgradnja prve hrvatske punionice vodika kako bi se pokrile potrebe bicikla. U ovom je radu predstavljen prijedlog izvedbene projektne dokumentacije samog kućišta punionice koji svojim jedinstvenim izgledom kemijsku formulu vodikove molekule.Ponuđen je i prijedlog povezivanja radnih komponenti sustava u funkcionalnu cjelinu s pozicijama u kućištu. Opisani su načini rada podsustava za proizvodnju električne energije preko fotonaponskih (FN) modula, te podsustava za proizvodnju vodika elektrolizom vode na samoj lokaciji. Punionica tako ispunjava zahtjeve za autonomnim radom. U radu je dan opis testiranja bicikla na vodik s pripadajućim rezultatima koji će se puniti na novoinstaliranoj punionici. Pomoću proračuna FN modula i podataka o potrošnji bicikla predstavljeni su podaci o potencijalu proizvodnje vodika u punionici

Alkalni elektrolitički članak u funkciji elektrolize vode i generatora električne energije

Proizvodnja električne energije iz solarne energije bez popratne proizvodnje CO2 bitna je i s gledišta sigurnosti opskrbe i s gledišta zaštite okoliša. Osnovne tehnološke komponente u sustavu kojim se danas može riješiti takav zadatak su fotonaponski kolektori, elektrolizator, spremnik vodika i vodikov gorivni članak te voda kao osnovni radni medij. Zbog svega toga u fokusu ovog rada nalazi se kontrukcija eksperimentalnog elektrolitičkog članka s kalijevom lužinom kao elektrolitom. članak je izrađen i testiran u funkciji elektrolizatora i gorivnog članka. U okviru testiranja elektrolizatora snimljena je njegova radna U-I karakteristika i izračunata efikasnost članka (60%) koja je u okvirima poznatim iz literature. Testiranje u funkciji gorivnog članka pokazalo je da se uspjelo ostvariti električni napon praznog hoda u visini od 30 % teorijski postizivog. Uočeno je da se u obje izvedbe na intezitet proizvodnje odnosno korištenja vodika može utjecati promjenom brzine strujanja elektrolita kroz porozne elektrode članka. Osim originalnog dijela rada dan je prikaz povijensog razvoja alkalnih gorivnih članaka i opisi poznatih tehničkih koncepata njihove izvedbe

Thermal management of hydrogen refueling station housing on an annual level

Obzirom na temperature okoline zimi i ljeti, u ovom radu se na temelju dopuštenih temperaturnih raspona za siguran rad pojedinih komponenti odredilo koju rashladnu/grijaću opremu treba ugraditi u kućište prve hrvatske punionice vodika instalirane na Fakultetu strojarstva i brodogradnje Zagrebu, osmišljene kao samostalan PV-H2 sustav. Opisan je princip rada punionice i uređaja od kojih se sastoji, te sama konstrukcija. Kako bi se odabralo najbolje tehnološko rješenje projekta upravljanja toplinom, a koje će održavati optimalnu temperaturu unutar kućišta punionice po zimi i ljeti, provedena je detaljna analiza termodinamičkih parametara komponenata sustava. Odabrana je izolacija kućišta, vrsta rashladnih jedinica i grijača pomoću normi HRN EN 12831 i VDI 2078, te režim rada sustava grijanja i hlađenja temeljen na unutarnjoj temperaturi zraka u kućištu. Izračunate su godišnja potrebna toplinska energija za grijanje i hlađenje prema normi HRN EN ISO 13790. Na kraju je provedena analiza dobivenih rezultata proračuna i ukupne potrošnje energije punionice vodika.Regarding to environmental temperature during winter and summer months, and based on allowed temperature range for safe operation of components, in this work it was defined both cooling and heating equipment needed to be installed in the housing of first Croatian hydrogen refuelling station installed at the Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture in Zagreb that was designed as autonomous PV-H2 system. In order to improve the energy efficiency of the first Croatian hydrogen refuelling station installed at the Faculty of Mechanical Engineering and Naval Architecture, designed as a stand-alone PV-H2 system, an optimal thermal management strategy was proposed. First chapter, after introducing heat management basics, begins with an explanation of refuelling station operating principle and the equipment of which it consists, ending with the description of construction itself. In order to select the best technological solution for thermal management project, which will maintain optimal temperature inside of housing in winter and summer, a detailed analysis of the system components thermodynamic parameters was performed. Insulation, type of cooling units and heaters are selected according to the HRN EN 12831 and VDI 2078 standards, while regime of the heating and cooling system is selected based on the station indoor air temperature. The annual required heating and cooling energy is calculated according to HRN EN ISO 13790 standard. To conclude, an analysis of the calculation results and the total energy consumption of the hydrogen refuelling station were performed

ETILENDIAMIN SINTEZIDA ELEKTROLIZDAN FOYDALANISH

Ushbu tadqiqot ishida monoetanolaminni suvli ammiak eritmasida elektrokimyoviy aminlash orqali etilendiaminni olishning xlorsiz usuli o’rganilgan. Tajriba qurilmasining sxematik tuzulishi va xarakteristikalari keltirilgan. IQ-spektrda tahlil qilinib tebranish chastotalari mos ekanligi aniqlandi. Sintez qilingan etilendiamin massasining elektrodlar orasidagi tok zichligiga bog’liqligi o’rganilgan

Production of biomethane through biological methanation process

V nalogi smo obravnavali tehnologijo in proces biološke metanacije. Posebno pozornost smo posvetili arheji textit{Methanothermobacter thermautotrophicus} in načinom pridobivanja obnovljivega ogljikovega dioksida in vodika, potrebnega za biološko metanacijo biometana. Pridobivanje biometana z biološko metanacijo je učinkovito, še posebej v primeru, ko imamo na razpolago obnovljiv izvor ogljika iz odpadkov, ki zaradi varstva okolja potrebujejo dodatno tehnološko obdelavo, in presežek obnovljive električne energije, iz katere lahko pridobivamo obnovljivi vodik. Kot kažejo izvedeni pilotni projekti, lahko z biološko metanacijo dosežemo do 98 % čistost biometana, ki je primeren za vbrizganje v obstoječa plinovodna omrežja.In this work we discuss the technology and process of biological methanation. We especially focus on arhaea textit{Methanothermobacter thermautotrophicus} and the extraction methods of carbon dioxide and hydrogen used for biological methanation of biogas. The production of biomethane via biological methanation is effective, especially in cases, when we have waste matter as renewable carbon souce, which needs a special technological treatment for enviroment protection reasons and an exes amount of renewable electricity, which can be used for producing renewable hydrogen. Pilot projects have shown that biomethane with 98 % purity can be produced via biological methanation, and the biomethane is suitable for gas grid injection