Mathematical modeling of mechanical properties in the permeation of green hydrogen through membrane separation materials

Abstract

Потенційна роль водню в майбутньому енергетики викликає значний ентузіазм, незважаючи на те, що він не може повністю замінити нафту. Водень, який має тривалу історію та місце в довгострокових стратегіях і глобальних перспективах, вважається ключовим гравцем в енергетичному переході. На даний час водень знаходить головне застосування в промислових цілях, таких як виробництво аміаку, нафтопереробка та виробництво сталі, орієнтуючись на енергоємні сектори, де пріоритетними є аміак і переробка нафти. Однак залежність від викопного палива сприяє економічній вразливості та надзвичайному клімату в умовах триваючої енергетичної кризи, що стимулює глобальний перехід до більш стійких і чистіших альтернатив. Багато країн прагнуть зміцнити свою енергетичну безпеку шляхом використання відновлюваних і чистих джерел енергії, і для стимулювання цього переходу використовується класична поведінка полімерів. В останні десятиліття дослідження мембран стало потужним інструментом для розробки нових промислових процесів, які підтримують стале промислове зростання. Це дослідження зфокусоване на відділенні водню за допомогою мембрани для відновлення водню. Зокрема, мембранна технологія широко поширена для розділення газів з метою досягнення високої фільтрації. У цій статті чисельно розраховано основні фізичні параметри, що впливають на виробництво водню: концентрації, проникності та тиску. Перевірка достовірності виконаного дослідження здійснена шляхом порівняння експериментального потоку проникнення та його реакції на зміни парціального тиску водню.The potential role of hydrogen in the future of energy has generated significant enthusiasm, despite the fact that it might not completely replace oil. Hydrogen, with its lengthy history and established place in long-term strategies and global perspectives, is seen as a pivotal player in the energy transition. Currently, hydrogen finds primary use in industrial applications like ammonia production, oil refining, and steel manufacturing, targeting energy-intensive sectors where ammonia and oil refinement are prioritized. However, the reliance on fossil fuels is contributing to economic vulnerability and a climate emergency within the ongoing energy crisis, spurring a global transition towards more sustainable and cleaner alternatives. Many countries are seeking to strengthen their energy security by pursuing renewable and clean energy sources, and classical polymer behavior is being utilized to drive this transition. In recent decades, membrane science has emerged as a powerful tool for developing new industrial processes that support sustainable industrial growth. In this study, we focus on the separation of hydrogen using membrane for hydrogen recovery. In particular, membrane technology has been widely accepted for gas separation to achieve high filtration. In this paper, we performed numerical calculations of the key physical parameters influencing hydrogen production: concentration, permeability and pressure. The verification of our study’s credibility was using by comparing the experimental permeation flux and its responsiveness to alterations in hydrogen partial pressure.