Παραγωγή υδρογόνου από νερό σε θερμοκρασίες κάτω από 300 C με χρήση μαγνητίτη και δυνάμεων Lorentz

Abstract

Το έντονο ενδιαφέρον για την παραγωγή του υδρογόνου ως ενεργειακού φορέα χαμηλών εκπομπών άνθρακα δεν είναι καινούργιο. Τις τελευταίες δεκαετίες ένα ευρύ φάσμα επιστημόνων έχει ερευνήσει τις δυνατότητες παραγωγής υδρογόνου από διάφορες πηγές, καθώς και την μεταφορά και την αποθήκευση του. Όπως και την χρήση του για την παροχή τελικών ενεργειακών υπηρεσιών χωρίς εκπομπές. Οι ερεύνα για το υδρογόνο επικεντρώθηκε σε μεγάλο βαθμό στη χρήση κυψελών καυσίμου στον τομέα των μεταφορών. Αυτό που διαφοροποιείται στις μέρες μας είναι τόσο το εύρος των δυνατοτήτων από την χρήση υδρογόνου που συζητείται όσο και το έντονο ενδιαφέρον που δείχνουν οι εκάστοτε κυβερνήσεις όλων των χώρων για καύσιμα τα οποία δεν εκπέμπουν αέριους ρύπους. Το υδρογόνο αποτελεί ολοένα και περισσότερο βασικό στοιχείο των κυρίαρχων ενεργειακών συζητήσεων σε όλες σχεδόν τις χώρες, με αποτέλεσμα να βλέπουν ότι το υδρογόνο είναι ένα δυνητικά πολύτιμο και με ευρύ ρόλο καύσιμο για το μέλλον της ενέργειας. Οι πλέον ένθερμοι υποστηρικτές του υδρογόνου είναι οι προμηθευτές ανανεώσιμων πηγών ηλεκτρικής ενέργειας, παραγωγούς βιομηχανικού αερίου, επιχειρήσεις κοινής ωφέλειας ηλεκτρικής ενέργειας και φυσικού αερίου, αυτοκινητοβιομηχανίες, εταιρείες πετρελαίου και φυσικού αερίου, μεγάλες εταιρείες μηχανικών και τις κυβερνήσεις των περισσότερων από τις μεγαλύτερες οικονομίες του κόσμου. Περιλαμβάνει επίσης εκείνους που χρησιμοποιούν ή θα μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν το υδρογόνο ως πρώτη ύλη για τη βιομηχανική παραγωγή και όχι μόνο για ενέργεια. Το 2017 δημιουργήθηκε το Συμβούλιο Υδρογόνου για να συγκεντρώσει τους σχετικούς παράγοντες του ιδιωτικού τομέα. Η διευθύνουσα ομάδα του έχει πλέον 33 μέλη σε επίπεδο Διευθύνοντος Συμβούλου και προέδρου και 21 υποστηρικτικά μέλη. Η πιθανότητα ότι αυτοί οι φορείς με επιρροή θα συνεργαστούν για να διασφαλίσουν την υλοποίηση έργων και την ανάπτυξη αγορών αποτελεί σημαντική ένδειξη ότι το υδρογόνο μπορεί τώρα να έχει το είδος της δεσμευμένης διατομεακής υποστήριξης που χρειάζεται για το μέλλον. Στην παρούσα διδακτορική διατριβή παρουσιάζεται το αναλυτικό μοντέλο της επίδρασης των δυνάμεων Lorentz στην ενίσχυση της παραγωγής υδρογόνου το οποίο παράγεται με θερμική υδρόλυση σε επιφάνεια οξειδίου του σιδήρου. Η ρίψη μορίων νερού στην επιφάνεια ενός δισκίου οξειδίου του σιδήρου, έχει ως αποτέλεσμα την απελευθέρωση ιόντων οξυγόνου, λόγω της διάσπασης των υπαρχόντων δεσμών σε σχετικά υψηλές θερμοκρασίες. Αυτά τα ιόντα μπορούν να κατευθυνθούν από την επιφάνεια προς το εσωτερικό του οξειδίου, προς το μεγαλύτερο μέρος του οξειδίου του σιδήρου, λόγω των δυνάμεων Lorentz οι οποίες είναι κάθετες στην επιφάνεια του μαγνητικού δισκίου, επιτρέποντας έτσι την απελευθέρωση νέων ιόντων οξυγόνου από τα μόρια του νερού. Οι δυνάμεις Lorentz δημιουργούνται από την αλληλεπίδραση μεταξύ μιας ενδοεπίπεδης μαγνητικής επαγωγής σωστού προσανατολισμού, κάθετης σε ένα επίσης εφαρμοζόμενο ηλεκτρικό πεδίο εντός του επιπέδου. Η κινητικότητα των ιόντων οξυγόνου είναι ενεργοποιημένη λόγω της σημαντικής ποσότητας κενών θέσεων οξυγόνου (VOs) στον κύριο όγκο του οξειδίου του σιδήρου και μοντελοποιείται αναλυτικά ως μηχανισμός διάχυσης, που κυριαρχείται από μετατόπιση την βοήθεια της δύναμης Lorentz.