Generator wodoru – jak działa i dlaczego go używać?

Generator wodoru wykorzystuje membranę wymiany protonów (PEM) do wytwarzania wodoru o wysokiej czystości z wody w celu wytwarzania wodoru na żądanie. Cela PEM została pierwotnie opracowana przez NASA i jest szeroko stosowana w zastosowaniach przemysłowych i laboratoryjnych, które wymagają wytwarzania wodoru.

Jak działa generator wodoru?

Elektroliza wody jest najlepszą metodą wytwarzania wodoru o wysokiej czystości na żądanie. Najważniejszym elementem generatora jest cela PEM, w której zachodzi reakcja elektrolizy. Ogniwo składa się z dwóch elektrod (anody i katody), które są rozdzielone membraną jonowymienną. Gdy do elektrod w ogniwie elektrolizera zostanie przyłożone napięcie ciągłe, zachodzą następujące reakcje:

• Na anodzie cząsteczki wody tracą dwa elektrony, tworząc cząsteczkę tlenu i cztery jony wodoru: 2H2O - 4e = O2 + 4 H+
• Tlen, który powstaje w tej połowie reakcji, jest bezpiecznie odprowadzany do atmosfery z tyłu generatora.
• Cztery wytworzone jony wodoru przechodzą przez membranę jonowymienną (przyciąganą przez ujemnie naładowaną katodę) i zbierają cztery elektrony, redukując je do dwóch cząsteczek wodoru:  4H+ + 4e = 2H2
• Wytworzony gaz wodorowy jest oddzielany od tlenu przez membranę jonowymienną, która jest nieprzepuszczalna dla tlenu cząsteczkowego.

Dlaczego warto używać generatora wodoru?

• Generatory są bezpieczną, wygodną i zazwyczaj bardziej opłacalną alternatywą dla stosowania butli.
• Generator zmniejsza ślad węglowy, ponieważ nie ma potrzeby korzystania z ciężarówek do dostarczania butli.
• Generator wodoru zapewni wodór o stałej czystości, eliminując ryzyko wahań jakości gazu.
• Generator wytwarza gaz na żądanie przez całą dobę, co oznacza, brak przestojów pracy.
• Generator wodoru zaoszczędzi czas, ponieważ nie będziesz musiał go poświęcać na zamawianie i wymianę butli gazowych.

Wodór jako gaz nośny

Wiele laboratoriów przechodzi obecnie na wodór jako gaz nośny jako alternatywę dla helu, którego cena rośnie z roku na rok. Użycie wodoru jako gazu nośnego:

• skraca średni czas analizy, zwiększając przepustowość próbek
• zmniejsza zużycie materiałów eksploatacyjnych, takich jak kolumny
• zmniejsza temperatury pieca, a w GC-MS częstotliwość czyszczenia źródła jonów.

Wiele aplikacji może wykorzystywać wodór jako alternatywę dla helu jako gazu nośnego, takich jak analiza FAME w żywności, DHA i SIMDIST w ropie i gazie oraz metody takie jak EPA 8270 w analizie środowiskowej.

Bezpieczeństwo generatora wodoru:

• Prosta zmiana aplikacji z cylindrów na generator
• Produkcja wodoru na żądanie
• Pełne kontrole diagnostyczne podczas uruchamiania
• Ciągła kontrola szczelności oparta na ciśnieniu podczas pracy
• Automatyczne wyłączanie poprzez izolację celi
• Alarmy dźwiękowe i wizualne
• Wymuszona wentylacja w całym generatorze
• Niski poziom wodoru w całym systemie

Bezpieczeństwo generatora vs. dolny poziom wybuchowości wodoru

Wodór jest łatwopalny w powietrzu w stężeniu od 4,1% do 78%. Na przykład laboratorium o wymiarach 5 m x 4 m x 2,5 m ma objętość 50 000 L. Aby osiągnąć dolną granicę wybuchowości (LEL) 4,1% wodoru, potrzebowalibyśmy 2050 L wodoru uwolnionego do tej przestrzeni laboratoryjnej naraz.

Średniej wielkości butla z gazem H2 zawiera 9000 L gazu. W przypadku nieszczelności butli wystarczyłoby uwolnić tylko 25% jej całkowitej objętości, aby osiągnąć LEL w tym laboratorium.

Generator Peak Precision Hydrogen Trace 500cc wytwarza 0,5 L/min wodoru. Aby osiągnąć LEL za pomocą tego generatora gazu, musiałby on znajdować się w całkowicie zamkniętej przestrzeni, nie być podłączony do GC/aplikacji lub ulec poważnemu wyciekowi i całkowicie zawieść wszystkie funkcje bezpieczeństwa. Nawet w tym mało prawdopodobnym scenariuszu generator musiałby działać przez 67 godzin (~3 dni), aby osiągnąć LEL.

Generatory wodoru od Peak posiadają znaki CE i CSA i zostały poddane testom zgodnie z normami IEC dotyczącymi zastosowań laboratoryjnych i wymogami bezpieczeństwa dotyczącymi ryzyka resztkowego zagrożenia wybuchem. Ocenę przeprowadzono w najgorszym scenariuszu za pomocą testów rozcieńczania i nieuruchomionego wentylatora. Testy wykazały, że ryzyko zagrożenia wybuchem nie istnieje, ponieważ LEL 4,1% wodoru nie zostało osiągnięte w najgorszych warunkach wewnątrz lub na zewnątrz generatora.

Gdzie zainstalować generator wodoru

Generator może bezpiecznie znajdować się w laboratorium na stole, podłodze lub pod automatycznym podajnikiem GC. Konstrukcja serii Peak Precision umożliwiająca układanie generatorów jeden na drugim. Generator można umieścić w szafie, spełniając warunki odpowiedniej wentylacji wokół generatora. Ustawienie generatora poza laboratorium również jest możliwe, należy wtedy pamiętać o zastosowaniu odpowiednik rurek.

Dbanie o generator

Aby zapewnić ciągłą pracę generatora pamiętaj o:

• wymianie co tydzień wody dejonizowanej i konserwacji zapobiegawczej co rok (wymiana dejonizatora)
• stosowaniu wody dejonizowanej o czystości > 1 megaomów rezystywności / < 1 µS przewodności lub lepszej

Podsumowanie

Generatory wodoru są bezpieczniejszą i tańszą alternatywą dla butli z gazem. Zwrot z inwestycji wynosi zwyczajowo 9 do 15 miesięcy. Ponadto, generatory wodoru posiadają szereg zalet w porównaniu do cylindrów:

• Niższe ciśnienie = bezpieczniejsze (1-100 psi na wylocie)
• Kontrolowany przepływ utrzymuje bezpieczne poziomy wodoru (do 500 cm3 na wylocie)
• Wbudowane czujniki wycieków i funkcja automatycznego wyłączania.
• Produkcja na żądanie = minimalne przechowywanie.
• Po zainstalowaniu – nie ma potrzeby przenoszenia
• Wszystkie prace konserwacyjne wykonywane w laboratorium
• Praca 24/7 – nie ma potrzeby monitorowania dostaw
• Mniejsze koszty i administracja – brak powtarzających się zamówień gazu
• Mniejszy ślad węglowy – bardziej ekologiczna opcja dla Twojego laboratorium

Chcesz dowiedzieć się więcej? Zapraszamy tutaj:

https://www.peakscientific.com/discover/articles/hydrogen-gas-generator-how-gc/

Skontaktuj się z PEAK Scientific lub odwiedź naszą stronę internetową, aby dowiedzieć się więcej o generatorach gazu i jak mogą one poprawić bezpieczeństwo i wydajność Twojego laboratorium.

https://www.peakscientific.com/