etm-123 จงหวััดขอนแก ่น - tsme gas... · 2014-10-09 ·...

8
การประชุมวิชาการเครือข่ายวิศวกรรมเครื ่องกลแห่งประเทศไทย ครั้งที 28 15-17 ตุลาคม 2557 จังหวัดขอนแก่น 1295 ETM-123 การผลิตแก๊สไฮโดรเจนโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์ Hydrogen Gas Production Energized by Solar Energy อิศกฤตา โลหพรหม , ณัฐธพงษ์ มณีทิพย์ และ บุณย์ฤทธิ ประสาทแก้ว * ห้องปฏิบัติการการเผาไหม้และพลังงานแสงอาทิตย์ (CASE Lab.) ภาควิชาวิศวกรรมเครื ่องกล คณะวิศวกรรมศาสตร์ มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีราชมงคลธัญบุรี 39 หมู 1 .คลองหก .ธัญบุรี .ปทุมธานี 12110 * ติดต่อ: [email protected] โทรศัพท์ : 02-5493547, โทรสาร: 02-5493432 บทคัดย่อ จจุบันป ญหาด้านทรัพยากรธรรมชาติและสิ่งแวดล้อมกําลังทวีความรุนแรงอย่างต่อเนื ่อง ทําให้หลาย ประเทศทั่วโลกต้องมีการกระตุ้นหรือส่งเสริมให้มีการวิจัยและพัฒนาด้านพลังงานทดแทนมากขึ ้นเพื ่อให้เพียงพอต่อ ความต้องการที ่กําลังเพิ่มขึ ้นอย่างรวดเร็ว ซึ ่งป ญหาเหล่านี ้เกี ่ยวข้องกับความไม่สมดุลระหว่างการผลิตและความ ต้องการพลังงาน ซึ ่งการเพิ่มขึ ้นและเปลี ่ยนแปลงอย่างรวดเร็วของราคาพลังงานจึงกลายเป็นป ญหาที ่ยากจะแก้ไข แนวทางการแก้ป ญหาที ่เป็นไปได้มากที ่สุดก็คือการค้นคว้าหาแหล่งพลังงานที ่จะมาทดแทนพลังงานจากการ ปิโตรเลียม และเพื ่อเป็นการแก้ป ญหาหรือการพัฒนาพลังงานทดแทนอย่างยั ่งยืน แหล่งพลังงานนั้นต้องเป็น พลังงานหมุนเวียนและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม และเนื ่องจากความจริงที ่ว่าเชื ้อเพลิงฟอสซิลมีปริมาณที ่จํากัดจึง สามารถทํานายได้ว่าพลังงานที ่ไม่เกี ่ยวข้องกับการปิโตรเลียมจะเป็นพลังงานทางเลือกที ่ดีที ่สุดสําหรับอนาคต แก๊ส ไฮโดรเจนเป็นพลังงานหมุนเวียนที ่ดีที ่สุดชนิดหนึ ่ง ไฮโดรเจนบริสุทธิ์เป็นพลังงานสะอาดที ่มีค่าความร้อนสูง ใช้ได้ ทั้งในระบบการเผาไหม้และเซลเชื ้อเพลิงโดยไม่ปล่อยมลพิษสู ่สิ่งแวดล้อม บทความนี ้ได้นําเสนอการศึกษาเชิง ทดลองเกี ่ยวกับอิทธิพลของตัวแปรต่างๆ ที ่มีผลต่อสมรรถนะของระบบผลิตแก๊สไฮโดรเจนโดยการแยกนํ ้าด้วย ไฟฟ าพลังงานแสงอาทิตย์แบบหลายเซล จากผลการศึกษาโดยใช้สแตนเลสเป็นขั ้วอิเล็กโทรดพบว่า สารละลาย โซเดียมไฮดรอกไซค์ (NaOH) เป็นอิเล็กโทรไลต์ดีกว่าสารละลายอื ่นที ่ใช้ในการศึกษานี ้อีกทั้งยังหาซื ้อได้ง่ายตาม ท้องตลาดและราคาถูก โดยสารละลายความเข้มข้น 17% (โดยมวล) เป็นความเข้มข้นที ่ผลิตแก๊สได้ดีที ่สุด ระยะห่าง ทําให้อัตราการเกิดปริมาณที ่เหมาะสมที ่สุดคือ 10 cm และจากการทดลองโดยใช้เซลล์แสงอาทิตย์กระแสตรงขนาด พื ้นที ่รับแสง 100 m 2 พบว่ากําลังไฟฟ าสูงสุดที ่เซลล์แสงอาทิตย์จ่ายให้กับระบบได้มีค่าเท่ากับ 1.7 kW คําหลัก: การผลิตแก๊สไฮโดรเจน, เซลล์แสงอาทิตย์ , การแยกนํ ้าด้วยไฟฟ . Abstract Presently, increasingly tough pollutions coupled with fast-depleting natural resources have caused a stimulation of interest in finding alternative energy for serving the rapidly increasing demand. Mismatch between demand and supply of energy, fluctuating fuel prices and associated pollution problems become more difficult for resolving. For sustainable research and development, these reasons have pushed the

Upload: others

Post on 04-Feb-2020

0 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: ETM-123 จงหวััดขอนแก ่น - TSME gas... · 2014-10-09 · การประชุมวชาการเคริ ือข่ายวิศวกรรมเคร

การประชมวชาการเครอขายวศวกรรมเครองกลแหงประเทศไทย ครงท 28 15-17 ตลาคม 2557 จงหวดขอนแกน

1295

ETM-123

การผลตแกสไฮโดรเจนโดยใชพลงงานแสงอาทตย

Hydrogen Gas Production Energized by Solar Energy

อศกฤตา โลหพรหม, ณฐธพงษ มณทพย และ บณยฤทธ ประสาทแกว*

หองปฏบตการการเผาไหมและพลงงานแสงอาทตย (CASE Lab.)

ภาควชาวศวกรรมเครองกล คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยเทคโนโลยราชมงคลธญบร 39 หม 1 ต.คลองหก อ.ธญบร จ.ปทมธาน 12110

*ตดตอ: [email protected] โทรศพท: 02-5493547, โทรสาร: 02-5493432

บทคดยอ ปจจบนปญหาดานทรพยากรธรรมชาตและสงแวดลอมกาลงทวความรนแรงอยางตอเนอง ทาใหหลาย

ประเทศทวโลกตองมการกระตนหรอสงเสรมใหมการวจยและพฒนาดานพลงงานทดแทนมากขนเพอใหเพยงพอตอความตองการทกาลงเพมขนอยางรวดเรว ซงปญหาเหลานเกยวของกบความไมสมดลระหวางการผลตและความตองการพลงงาน ซงการเพมขนและเปลยนแปลงอยางรวดเรวของราคาพลงงานจงกลายเปนปญหาทยากจะแกไข แนวทางการแกปญหาทเปนไปไดมากทสดกคอการคนควาหาแหลงพลงงานทจะมาทดแทนพลงงานจากการปโตรเลยม และเพอเปนการแกปญหาหรอการพฒนาพลงงานทดแทนอยางยงยน แหลงพลงงานนนตองเปนพลงงานหมนเวยนและเปนมตรกบสงแวดลอม และเนองจากความจรงทวาเชอเพลงฟอสซลมปรมาณทจากดจงสามารถทานายไดวาพลงงานทไมเกยวของกบการปโตรเลยมจะเปนพลงงานทางเลอกทดทสดสาหรบอนาคต แกสไฮโดรเจนเปนพลงงานหมนเวยนทดทสดชนดหนง ไฮโดรเจนบรสทธเปนพลงงานสะอาดทมคาความรอนสง ใชไดทงในระบบการเผาไหมและเซลเชอเพลงโดยไมปลอยมลพษสสงแวดลอม บทความนไดนาเสนอการศกษาเชงทดลองเกยวกบอทธพลของตวแปรตางๆ ทมผลตอสมรรถนะของระบบผลตแกสไฮโดรเจนโดยการแยกนาดวยไฟฟาพลงงานแสงอาทตยแบบหลายเซล จากผลการศกษาโดยใชสแตนเลสเปนขวอเลกโทรดพบวา สารละลายโซเดยมไฮดรอกไซค (NaOH) เปนอเลกโทรไลตดกวาสารละลายอนทใชในการศกษานอกทงยงหาซอไดงายตามทองตลาดและราคาถก โดยสารละลายความเขมขน 17% (โดยมวล) เปนความเขมขนทผลตแกสไดดทสด ระยะหางทาใหอตราการเกดปรมาณทเหมาะสมทสดคอ 10 cm และจากการทดลองโดยใชเซลลแสงอาทตยกระแสตรงขนาดพนทรบแสง 100 m2 พบวากาลงไฟฟาสงสดทเซลลแสงอาทตยจายใหกบระบบไดมคาเทากบ 1.7 kW คาหลก: การผลตแกสไฮโดรเจน, เซลลแสงอาทตย, การแยกนาดวยไฟฟา. Abstract Presently, increasingly tough pollutions coupled with fast-depleting natural resources have caused a stimulation of interest in finding alternative energy for serving the rapidly increasing demand. Mismatch between demand and supply of energy, fluctuating fuel prices and associated pollution problems become more difficult for resolving. For sustainable research and development, these reasons have pushed the

Page 2: ETM-123 จงหวััดขอนแก ่น - TSME gas... · 2014-10-09 · การประชุมวชาการเคริ ือข่ายวิศวกรรมเคร

การประชมวชาการเครอขายวศวกรรมเครองกลแหงประเทศไทย ครงท 28 15-17 ตลาคม 2557 จงหวดขอนแกน

1296

ETM-123

countries towards searching for the alternative energy sources with particular emphasis on those renewable in nature equipped with environmental friendly systems. Future projections indicate that the only feasible option is the production of alternative fuels derived from non-petroleum sources. Hydrogen is one of the best renewable energy. Pure hydrogen is clean energy and has high heating value. It can be utilized via combustion process or fuel cell. This paper presents an experimental investigation on the influences of operating parameters on the performance of an electrolysis hydrogen production system energized by solar energy. The study is conducted on a 100-m2 PV-cell field for a 5-cell electrolysis reactor. The stainless steel was used as the electrodes of this prototype reactor. The experimental results show that using Sodium Hydroxide (NaOH) solution as electrolyze outperforms the others used in this study and it is available in the market with low cost. The results also demonstrate that the solution concentration of 17% is the best for this reactor. The optimum gap between the electrodes of each cell is 10 cm. The maximum electrical power of 1.7 kW was obtained for this proposed system. Keywords: Hydrogen production, Solar energy, Electrolysis.

1. บทนา ในสภาวการณของโลกยคปจจบนจะเหนไดวา

เกอบทกประเทศกาลงประสบกบวกฤตการณดานพลง งานและสง แวดลอม เ ปนอย างรนแรง อนเนองมาจากความตองการในการใชพลงงานมากขน ในขณะทแหลงพลงงานธรรมชาตมอยอยางจากดและแหลงพลงงานบางอยาง โดยเฉพาะอยางยงเชอเพลงฟอสซล (Fossil Fuel) กาลงจะหมดไปจากโลกในอกไมกสบปขางหนาน อกทงอตราการใชพลงงานทสงขนสงผลทาใหเกดมลพษสงขนอยางตอเนอง และเมอความตองการพลงงานสงขนทาใหราคาของพลงงานสงขนดวย จงสงผลกระทบตอการเพมราคาของสนคา สงของอปโภคบรโภค การขนสงตางๆ หรอทเกยวของ ซงทงหมดนลวนแตสงผลกระทบโดยตรงตอเศรษฐกจและการดาเนนชวตประจาวนของมนษย ดงน นแนวทางการแกปญหาขางตนจาเปนตองหาแหลงพลงงานทดแทน และเพอเปนการแกปญหาหรอการพฒนาพลงงานทดแทนอยางยงยน แหลงพลงงานนนต อ ง เ ป นพลง ง านหม น เ วยนและ เ ป นมต รกบสงแวดลอม รวมทงควรกาหนดนโยบายการประหยดพลงงาน การเพมประสทธภาพการใชพลงงาน และการลดมลพษจากการใชพลงงานควบคกนไปดวย

จากปญหาดงกลาวขางตนจงไดมการศกษาคนควาและวจย เพอหาเชอเพลงทจะมาทดแทนเชอเพลงจากการปโตรเลยม แกสไฮโดรเจนเปนพลงงานหมนเวยนทดทสดชนดหนง ซงกระบวนการผลตทดทใชกนอยางกวางขวางคอการแยกนาดวยไฟฟา (Electrolysis) ซงนามไฮโดรเจนเปนองคประกอบและนาทมอยมากมายบนโลกใบน แกสไฮโดรเจนเปนพลงงานสะอาดทมคาความรอนสง [1-5] สามารถนาไปใชเปนพลงงานทดแทนในดานตางๆ เชน ใชเปนเชอเพลง และเซลเชอเพลง (Fuel Cell) เปนตน ดงนนพลงงานไฮโดรเจนจงเปนอกทางเลอกหนงทสามารถนามาใชเปนพลงงานทดแทนไดอกทงยงเปนมตรกบสงแวดลอมอกดวย

จากการศกษาทผานมาเกยวกบการผลตแกสไฮโดรเจน [6-15] จะเหนไดวาเกอบทงหมดเปนการศกษาดวยระบบขนาดเลกในหองทดลองและใชไฟฟาจากปลกไฟฟาทมกระแสไฟฟาสงมาจากโรงไฟฟา จงกลาวไดวาแกสไฮโดรเจนทผลตไดไมใชพลงงานสะอาดเนองจากยงคงมการปลอยมลพษออกสสงแวดลอมทโรงไฟฟา อกทงกระบวนการแยกนาดวยไฟฟาจาเปนตองใชไฟฟากระแสตรง ทาใหระบบทใชแหลงจายไฟฟากระแสสลบจะตองมชดเรยงกระแส

Page 3: ETM-123 จงหวััดขอนแก ่น - TSME gas... · 2014-10-09 · การประชุมวชาการเคริ ือข่ายวิศวกรรมเคร

การประชมวชาการเครอขายวศวกรรมเครองกลแหงประเทศไทย ครงท 28 15-17 ตลาคม 2557 จงหวดขอนแกน

1297

ETM-123

(Rectifier) ซงจะสงผลตอประสทธภาพและตนทนของระบบโดยรวม

บทความนไดนาเสนอการศกษาเชงทดลองเกยวกบสมรรถนะของระบบผลตแกสไฮโดรเจนดวยวธแยกนาดวยไฟฟาตนแบบทสรางขน โดยไฟฟาทใชปอนใหกบระบบเปนไฟฟากระแสตรงทผลตจากเซลแสงอาทตย จงกลาวไดวาไฮโดรเจนทผลตไดนเปนพลงงานสะอาด โดยศกษาถงอทธพลของตวแปรทมตออตราการผลตแกสไฮโดรเจน เชน ชนดของสารละลายทใชเปนอเลกโทรไลต (Electrolyte) และขวอเลกโทรด (Electrode) ระยะหางของขวอเลกโทรด ความเขมขน และอณหภมของอเลกโทรไลต เปนตน

2. ไฮโดรเจนและการผลตไฮโดรเจน

ไฮโดรเจนเปนธาตทมนาหนกเบาทสดและพบไดมากทสดในจกรวาล มอย ในโมเลกลของนาและสารประกอบอนทรยทกตว และสงมชวตทกชนด ธาตไฮโดรเจนทเกดขนเองตามธรรมชาตหาไดคอนขางยากบนโลก สวนใหญจะมอยในรปสารประกอบ [2] ธาตไฮโดรเจนถกใชในการผลตแอมโมเนย ใชบรรจในบอลลนหรอเรอเหาะ ใชเปนเชอเพลงของจรวดสารวจอวกาศ ใชเปนพลงงานทดแทน และเปนพลงงานเซลลเชอเพลง แกสไฮโดรเจนถอไดวาเปนเชอเพลงอนาคตเนองจากไมสงผลกระทบตอสงแวดลอมเมอเกดการเผาไหมกบแกสออกซเจนโดยจะมเพยงไอนาเปนผลผลตจากการเผาไหมซงแตกตางจากเชอเพลงอนๆทใหแกสคารบอนไดออกไซดซงเปนแกสเรอนกระจก (Greenhouse Gas) ทาใหเกดภาวะโลกรอน (Global Warming) นอกจากนยงสามารถนาแกสไฮโดรเจนไปผลตกระแสไฟฟาโดยปอนเขาเซลลเชอเพลง (Fuel cell) ซงขณะนนกวจยทวโลกใหความสนใจเปนอยางมากในการพฒนาเซลลเชอเพลงมาประยกตใชในดานตางๆ เนองจากประสทธภาพของเซลลเชอเพลงมคาสงกวาอปกรณผลตไฟฟาแบบอนๆ มาก [6]

ปจจบนการผลตไฮโดรเจนมกระบวนการผลตทสาคญๆ ดงน [17]

1. กระบวนการความรอนเคม (Thermo-chemical Process) โดยใชวตถดบทเปนสารประกอบไฮโดรคารบอน (HC) เชน แกสธรรมชาต ถานหน และชวมวล เ ปนตน โดยผลผลตท ได เ รยกวาแ กสสงเคราะห (Synthesis Gas) ซงประกอบดวยไฮโดรเจน (H2), คารบอนมอนนอกไซด (CO) คารบอนไดออกไซด (CO2) นา (H2O) และมเทน (CH4) จากนนจะผานกระบวนการเพมเตมเพอทาใหไดไฮโดรเจนทบรสทธข น

อ เ ลก โทร ไลต เ ปนสารละลายซ ง ม น า เ ปนองคประกอบหลกและมไอออนบวก (Iron +) และไอออนลบ (Iron -) เมอปอนไฟฟาผานขวไฟฟาจะเกดการทาลายแรงยดเหนยวระหวางอะตอมในโมเลกลของนาดวยการรบอเลกตรอน (ทข วลบ) และใหอเลกตรอน (ทข วบวก ) ไดแ กสไฮโดรเจนและออกซเจน ตามลาดบ อเลกโทรไลตทดตองนาไฟฟาไดด ใชปรมาณนอย ไมกอใหเกดมลพษ หาไดงาย และราคาแพง อเลกโทรไลตเปนไดทงสารละลายกรด เบส แ ล ะ เ ก ล อ เ ช น ส า ร ล ะ ล า ย ก ร ด เ ก ล อ (HCl ประกอบดวยไอออน H+ และ Cl-) สารละลายโซเดยมไฮดรอกไซด (NaOH ประกอบดวยไอออน OH-) และสารละลายของเกลอ (KNO3 ประกอบดวยไอออน K+ และ NO3

-) เปนตน 2. กระบวนการไฟฟาเคม (Electrolytic Process)

เปนการใชไฟฟากระแสตรง (DC) แยกนาใหเปนไฮโดรเจนทข วลบ (Cathode) ดวยปฏกรยารดกชน (Reduction) และออกซเจนทข วบวก (Anode) ดวยปฏกรยาออกซเดชน (Oxidation) โดยเกดแกสไฮโดรเจนและออกซเจนในอตราสวน 2:1 ซงจะเหนไดวาไฮโดรเจนทผลตดวยกระบวนการนจะเปนพลงงานสะอาดหรอไมนน จะขนกบแหลงไฟฟาทนามาใช

3. กระบวนการแยกนาดวยแสง (Photolytic Process) เปนการใชพลงงานแสงเพอแยกนาเปนไฮโดรเจนและออกซเจน ซงกระบวนการนยงอยในระดบงานวจย อยางไรกตามเปนกระบวนการทมศกยภาพในระยะยาวสาหรบการผลตไฮโดรเจนอยางยงยนทมผลกระทบตอสงแวดลอมนอย

Page 4: ETM-123 จงหวััดขอนแก ่น - TSME gas... · 2014-10-09 · การประชุมวชาการเคริ ือข่ายวิศวกรรมเคร

การประชมวชาการเครอขายวศวกรรมเครองกลแหงประเทศไทย ครงท 28 15-17 ตลาคม 2557 จงหวดขอนแกน

1298

ETM-123

3. อปกรณและวธการทดลอง

ระบบผลตไฮโดรเจนตนแบบทใชในการศกษานใชกระบวนการแยกนาดวยไฟฟาพลงงานแสงอาทตยแบบหลายเซลแสดงดงรปท 1 การออกแบบถงปฏกรณสาหรบระบบผลตไฮโดรเจนตนแบบน นจาเปนตองสรางใหมความคงทน แขงแรง สามารถทนตอปฏกรยาเคมทจะเกดภายในถงนนได โดยผนงของถงปฏกรณทาจากแผนอะคลคหนา 10 mm ปรมาตร 100X52X40 cm3 และเนองจากชดทดลองนจะตองมการปรบระยะหางระหวางแผนอเลกโทรดทงสองแผน ดงนนจงมการตดตงรองยดแผนอเลกโทรดหลายตาแหนง (แสดงดงรปท 2) เพอใหสามารถเลอนแผนอเลกโทรดใหมระยะหางตางๆ ได การเลอกใชวสดทนามาทาขวอเลกโทรดจะมอยหลายชนดโดยจะคานงถงราคา การนาไฟฟา การทนตอการกดกรอนของสารละลายอเลกโทรไลตเปนหลก ในการออกแบบในนไดเลอกใชแผนสแตนเลส 304 หนา 2 mm ในการทาขวอเลกโทรด เพราะราคาไมแพงมาก ทนการกดกรอนไดด และหาซอไดงาย

กระแสไฟฟาทใชในการศกษาผลตจากเซลลแสงอาทตยแบบอะมอรฟสซลคอนเปนระบบททางานรวมกบแผงนารอนพลงงานแสงอาทตยแบบเรยบทถกประกอบเปนชดเดยวกน พนทรบแสงรวม 100 ตารางเมตรแสดงดงรปท 3

รปท 1 โครงสรางของถงปฏกรณตนแบบ

รปท 2 โครงสรางของถงปฏกรณตนแบบ

การทดลองทนาเสนอในบทความนมวตถประสงคเพอศกษาหาสภาวะการทางานทดทสดสาหรบระบบตนแบบทสรางขน โดยแบงการทดลองเปน 3 ขนตอน โดยทสองขนตอนแรกจะทาการศกษาเชงตวแปรเกยวกบอทธพลของตวแปรตางๆ ทมผลกระทบตอสมรรถนะของระบบ เชน ชนดของอเลกโทรไลตระยะหางของแผนอเลกโทรด และความเขมขนของอเลกโทรไลต เปนตน โดยการทดลองสองขนตอนแรกนจะใชไฟฟาจากปลกไฟฟาในหองทดลองเพอใหสามารถควบคมกระแสไฟฟาในแตละการทดลองได และเพอความประหยดในการเปลยนสารละลายอเลก-โทรไลตการทดลองสองขนตอนแรก จงทาการทดลอง

Page 5: ETM-123 จงหวััดขอนแก ่น - TSME gas... · 2014-10-09 · การประชุมวชาการเคริ ือข่ายวิศวกรรมเคร

การประชมวชาการเครอขายวศวกรรมเครองกลแหงประเทศไทย ครงท 28 15-17 ตลาคม 2557 จงหวดขอนแกน

1299

ETM-123 รปท 3 ระบบผลตไฟฟาพลงงานแสงอาทตยทใชใน

การศกษา โดยใชข วอเลกโทรดเพยงหนงคเทานน ดงการตอวงจรแสดงในรปท 4 สวนการทดลองในขนตอนทสามเปนการนาระบบทมสภาวะการทางานทดทสดทไดจากการทดลอ ง ส อ ง ข น ต อนแ รก ไป ใ ช กบ ร ะ บบผลตกระแสไฟฟาพลงงานแสงอาทตยเพอศกษาเกยวกบสมรรถนะของระบบทสมบรณตอไป

รปท 4 การตอวงจรเพอการทดลองขนตอนท 1 และ 2

4. ผลการศกษา 4.1 การทดสอบสารละลายอเลกโทรไลต

การทดลองสารละลายอเลกโทรไลต ไดเลอกนาประปามาเปนตวทาละลาย และเลอกสารอเลกโทรไลตทจะใชมา 4 ชนด ไดแก โพแตสเซยมไฮดรอกไซค, อะซโตน และโซเดยมไฮดรอกไซด มาละลายกบนาประปาในปรมาณเทากนคอ 100 กรม โดยทาการวดทแรงดน 100 Volt และปรบความระยะหางของเพลทตงแต 10, 7, และ 3 เซนตเมตร ตามลาดบ สวนปรมาณกาซไฮโดรเจนทไดจากการทดลอง วดโดยการจบเวลาใหกาซไฮโดรเจนเขาถงรอนสาหรบบรรจอาหารขนาด 2x4 นว (500 มลลลตร)

จากตารางท 1 พบวานาประปามความบรสทธ มากกวานาทมการผสมสารอเลกโทรไลต เพราะคามความตานทสงมากแตเมอมการผสมสารอเลกโทรไลตลงไปนนสามารถนาไฟฟาได สวนทนาประปานนสามารถนาไฟฟาไดแตไมคอยดนก เปนเพราะวาใน

นาประปามสารอนๆ ปะปนอย เชน คลอรนหรอสงสกปรก จงนาไฟฟาไดในระดบหนงและเหนไดวาเมอปรบระยะของแผนอเลกโทรด นาประปายงคงสถานะเดมอยคอความตานทานยงสงมากและนาประปากยงคงนาไฟฟาไดไมดเชนเดม แตนาประปาทผสมสารอเลกโทรไลตมความตานทานลดลงเมอระยะหางของแผนอเลกโทรดลดลง ยงระยะหางของแผนอเลกโทรดเลอนเขามาวางอยใกลกนมากเทาใดคาความตานทานกจะยงลดลงมาตามาก ซงถอไดวาระยะหางของแผนอเลกโทรดมผลตอการเดนทางของกระแสไฟฟา และระยะหางทเหมาะสมทสด คอ 10 cm

4.2 การทดลองความเขมขนของสารระหวางโพแตสเซยมไฮดรอกไซดกบโซเดยมไฮดรอกไซด

จากการทดลองท 2 จะเหนไดวาสารละลายโซเดยมไฮดรอกไซค (ดงรปท 6) นาไฟฟาไดดกวา ทาใหอตราการเกดกาซไฮโดรเจนเรวกวาสารละลายโพแตสเซยมไฮดรอกไซค (ดงรปท 5) ทนาไฟฟาไดนอยกวา จากผลทไดน จงเปนขอสรปในเลอกนามาใชเปนสารละลายอเลกโทรไลตในระบบผลตไฮโดรเจนโดยใชพลงงานแสงอาทตย อกทงสารโซเดยมไฮดรอกไซคสามารถหาซอไดงายตามทองตลาดและราคาถกกวาสารโพแตสเซยมไฮดรอกไซคมาก

รปท 5 การนาไฟฟาของโพแตสเซยมไฮดรอกไซค

Page 6: ETM-123 จงหวััดขอนแก ่น - TSME gas... · 2014-10-09 · การประชุมวชาการเคริ ือข่ายวิศวกรรมเคร

การประชมวชาการเครอขายวศวกรรมเครองกลแหงประเทศไทย ครงท 28 15-17 ตลาคม 2557 จงหวดขอนแกน

1300

ETM-123

รปท 6 การนาไฟฟาของโซเดยมไฮดรอกไซค

4.3 การทดสอบสมรรถนะของระบบผลตแกสไฮโดรเจนพลงงานแสงอาทตย

จากการทดลองผลตแกสไฮโดรเจนโดยใชแผงเซลลแสงอาทตยกระแสตรงขนาดพนทรบแสง 100 m2

พบวากาลงไฟฟาสงสดทเซลลแสงอาทตยจายใหกบระบบไดมกาลงไฟฟาเทากบ 1.7 kW

5. สรปผลการศกษา จากการศกษาและทดสอบพบวา ความเขมขนของสารละลายจะมผลโดยตรงตอการนาไฟฟาของสารละลายอเลกโทรไลต สารละลายโซเดยมไฮดรอกไซค (NaOH) เปนอเลกโทรไลตดกวาสารละลายอนทใชในการศกษานอกทงยงหาซอไดงายตามทองตลาดและราคาถก โดยสารละลายความเขมขน 17% (โดย มวล) เปนความเขมขนทผลตแกสไดดทสด ระยะหางทาใหอตราการเกดปรมาณทเหมาะสมทสดคอ 10 cm และจากการทดลองโดยใชเซลลแสงอาทตยกระแสตรง

ตารางท 1 ผลการทดลองเมอปรบแรงดนแหลงจายไวท 100 โวลต โดยทดลองเซลลไฟฟา 1 ค โดยใชถงพลาสตกทมปรมาตร 500ml ในการวดอตราการผลตแกสไฮโดรเจน โดยทกการทดลองใชสารตางๆ ในปรมาณ 100g ทเทากนทกการทดลอง

สารละลายทใช

10 cm 7 cm 3 cm A V T

(min) Ω A V T

(min) Ω A V T

(min) Ω

นาประปา 0.7 95.1 186 135 0.8 94.2 174 117 0.9 93.7 159 104 โพแตสเซยมไฮดรอกไซด 12.6 89.9 7 7.1 11.3 90.3 4 7.9 9.8 91.1 2 9.29 อะซโตน 0.6 101.0 158 168 0.7 101.2 136 144 0.8 101.4 123 127 โซเดยมไฮดรอกไซด 29.1 86.8 3 2.95 27.6 87.5 2 3.17 25.5 88.7 1 3.47

ตารางท 2 ผลการทดลองความเขมขนของสารระหวางโพแตสเซยมไฮดรอกไซดกบโซเดยมไฮดรอกไซด

สารละลาย โพแตสเซยมไฮดรอกไซด โซเดยมไฮดรอกไซด

ปรมาณสาร (g)

โวลต (V)

กระแส (A)

เวลา (min)

ความตานทาน (Ω)

โวลต (V)

กระแส (A)

เวลา (min)

ความตานทาน (Ω)

10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

95.6 94.5 93.7 93.2 92.3 91.3 91.0 90.7 90.5 90.1

1.6 2.6 3.8 4.7 5.5 6.8 8.3 9.4 10.2 11.3

58 45 31 26 22 18 14 6 5 4

59.7 36.3 24.6 19.8 16.7 13.4 10.9 9.6 8.8 7.9

94.5 92.3 91.6 91.4 91.0 90.4 89.7 89.2 88.1 87.5

2.9 5.2 8.4 12.2 14.8 17.4 19.2 21.5 24.3 27.6

28 20 12 10 7 5 4 3 3 2

32.5 17.7 10.9 7.4 6.1 5.1 4.6 4.1 3.6 3.1

Page 7: ETM-123 จงหวััดขอนแก ่น - TSME gas... · 2014-10-09 · การประชุมวชาการเคริ ือข่ายวิศวกรรมเคร

การประชมวชาการเครอขายวศวกรรมเครองกลแหงประเทศไทย ครงท 28 15-17 ตลาคม 2557 จงหวดขอนแกน

1301

ETM-123 ขนาดพนทรบแสง 100 m2 พบวาการผลตไฮโดรเจนโดยใชกระแสไฟฟาทผลตจากเซลแสงอาทตยมความเปนไปได โดยกาลงไฟฟาสงสดทเซลลแสงอาทตยจายใหกบระบบไดมคาเทากบ 1.7 kW

6. กตตกรรมประกาศ

ผเขยนบทขอความขอขอบคณสานกงานพฒนาวทยาศาสตรและเทคโนโลยแหงชาต (สวทช.) ทสนบสนนอปกรณเกยวกบระบบผลตไฟฟาพลงงานแสงอาทตยทใชในการวจยครงน

7. เอกสารอางอง [1] B.H. Liu, Z.P. Li, (2009). A review:

Hydrogen generation from borohydride hydrolysis reaction, Journal of Power Sources, 187, pp. 527–534.

[2] H.Z. Wang, D.Y.C. Leung, M.K.H. Leung, M. Ni, (2009). A review on hydrogen production using aluminum and aluminum alloys, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13, pp. 845–853.

[3] G.F. Naterer, et.al, (2010). Canada’s program on nuclear hydrogen production and the thermochemical CueCl cycle, International Journal of Hydrogen Energy, 35, pp. 10905 – 10926.

[4] Chiu-Yue Lin, et.al, (2012). Fermentative hydrogen production from wastewaters: A review and prognosis, International Journal of Hydrogen Energy, 37, pp. 15632 – 15642.

[5] G. De Gioannis, A. Muntoni, A. Polettini, R. Pomi, (2013). A review of dark fermentative hydrogen production from biodegradable municipal waste fractions, Waste Management, 33, pp. 1345–1361.

[6] Rashmi Chaubey, et.al, (2013). A review on development of industrial processes and emerging techniques for production of hydrogen from renewable and sustainable sources, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 23, pp. 443–462.

[7] A. Steinfeld, (2002). Solar hydrogen production via a two-step water-splitting thermochemical cycle based on Zn=ZnO redox reactions, International Journal of Hydrogen Energy, 27, pp. 611 – 619.

[8] Sakchai Pattra, Suksaman Sangyoka, Mallika Boonmee, Alissara Reungsang, (2008). Bio-hydrogen production from the fermentation of sugarcane bagasse hydrolysate by Clostridium butyricum, International Journal of Hydrogen Energy, 33, pp. 5256 – 5265.

[9] Arunabha Kundu, et.al, (2010). Room temperature hydrogen production from water in auto-electrolytic process, International Journal of Hydrogen Energy, 35, pp. 10827 – 10832.

[10] G.F. Naterer, et.al, (2011). Clean hydrogen production with the Cu-Cl cycle-Progress of international consortium, I: Experimental unit operations, International Journal of Hydrogen Energy, 36, pp. 15472 – 15485.

[11] Irina Vishnevetsky, Alexander Berman, Michael Epstein, (2011). Features of solar thermochemical redox cycles for hydrogen production from water as a function of reactants’ main characteristics, International Journal of Hydrogen Energy, 36, pp. 2817 – 2830.

Page 8: ETM-123 จงหวััดขอนแก ่น - TSME gas... · 2014-10-09 · การประชุมวชาการเคริ ือข่ายวิศวกรรมเคร

การประชมวชาการเครอขายวศวกรรมเครองกลแหงประเทศไทย ครงท 28 15-17 ตลาคม 2557 จงหวดขอนแกน

1302

ETM-123

[12] W.L. Guo, et.al, (2011). Hydrogen production via electrolysis of aqueous formic acid solutions, International Journal of Hydrogen Energy, 36, pp. 9415 – 9419.

[13] Fikret Kargi, Sinan Uzuncar, (2012). Electro-hydrolysis of cheese whey solution for hydrogen gas production and chemical oxygen demand (COD) removal using photo-voltaic cells (PVC), International Journal of Hydrogen Energy, 37, pp. 15841 – 15849.

[14] Antonella Marone, et.al, (2012). Hydrogen production from vegetable waste by bioaugmentation of indigenous fermentative communities, International Journal of Hydrogen Energy, 37, pp. 1612 – 5622.

[15] Qiming Li, (2012). Preparation of Y-zeolite/CoCl2 doped PVDF composite nanofiber and its application in hydrogen production, Energy, 38, pp. 144-150.

[16] Fikret Kargi, Sedef Arikan, (2013). Hydrogen gas production from vinegar fermentation wastewater by electro-hydrolysis: Effects of initial COD content, International Journal of Hydrogen Energy, 38, pp. 2701 – 2708.

[17] Freedom Car and Fuel Partnership, (2009). Hydrogen Production Overview of Technology Options: Report, USA.