شماره ركورد
34779
پديد آورنده
ايليا بكتاش
عنوان
مدلسازي، تحليل اقتصادي و زيست محيطي سيستم فتوالكتروكميكال براي توليد و ذخيره هيدروژن
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي مكانيك
سال تحصيل
1402
تاريخ دفاع
1404/07/19
استاد راهنما
سمانه قندهاريون
استاد مشاور
استاد مشاور ندارم
دانشكده
مهندسي مكانيك
چكيده
هيدروژن بهعنوان يك حامل انرژي پاك، نقشي حياتي در كاهش انتشار گازهاي گلخانهاي و جايگزيني سوختهاي فسيلي ايفا ميكند، زيرا در زمان مصرف تنها آب توليد كرده و امكان ذخيره و انتقال انرژي را بهصورت كارآمد فراهم ميآورد. سيستمهاي فتوالكتروكميكال با استفاده از انرژي خورشيدي و آب، روشي نوآورانه براي توليد مستقيم هيدروژن ارائه ميدهند كه با ادغام فرآيندهاي فتوسنتز مصنوعي و الكتروليز، نياز به سيستمهاي پيچيدهتر مانند فتوولتائيك-الكتروليز را كاهش ميدهد. اين فناوري با بهرهگيري از مواد نيمهرسانا، نور خورشيد را به انرژي شيميايي تبديل كرده و راهكاري پايدار و مقرونبهصرفه براي توليد هيدروژن فراهم ميكند. در اين پژوهش، سيستم فتوالكتروكميكال از جنبههاي مختلف بررسي شد. بهينهسازي پارامترهايي مانند چگالي جريان ( mA/cm² 5-10)، مساحت سيستم (m² 5-20)، و تخلخل كاتد (0.1-0.9) با الگوريتم ژنتيك، توليد هيدروژن روزانه را به m³/day 0.7 رساند و بازده خورشيدي-به-هيدروژن را تا 15% بهبود بخشيد. از منظر اقتصادي، هزينه كل سيستم (100-200 دلار) تحت تأثير اجزايي مانند ذخيرهسازي هيدروژن (70 دلار/مترمربع) و الكترودهاي فتوولتائيك (50 دلار/مترمربع) قرار دارد، اما بهينهسازي تعادل مناسبي بين هزينه و بازده ايجاد كرد. از نظر زيستمحيطي، تحليل چرخه حيات نشان داد كه فتوالكتروكميكال در مقايسه با فتوولتاييك-الكتروليز در مصرف آب و اكوتوكسيسيتي آب شيرين (15-20% تأثير كمتر) عملكرد بهتري دارد، اما استخراج مواد اوليه مانند LaNi₅ (0.423 كيلوگرم) اثرات قابلتوجهي بر گرمايش جهاني و سميت انساني دارد. اهميت هيدروژن در آينده انرژي پاك، همراه با پتانسيل فتوالكتروكميكال در بهرهگيري از منابع تجديدپذير، اين فناوري را به گزينهاي كليدي تبديل ميكند، اما چالشهايي مانند پايداري مواد (كاهش نمايي طي 100 ساعت) و مقياسپذيري نيازمند تحقيقات بيشتر است تا اين سيستم بهطور گسترده در توليد هيدروژن پايدار به كار گرفته شود و به اهداف توسعه پايدار كمك كند
تاريخ ورود اطلاعات
1405/02/20
عنوان به انگليسي
Analysis of Photoelectrochemical System for Producing and Storing Hydrogen
تاريخ بهره برداري
10/11/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
ايليا بكتاش
چكيده به لاتين
Hydrogen, as a clean energy carrier that produces only water upon use, plays a vital role in reducing greenhouse gas emissions and replacing fossil fuels, offering efficient energy storage and transportation capabilities. Photoelectrochemical systems, which convert sunlight and water into hydrogen through artificial photosynthesis and electrolysis, provide an innovative and sustainable approach, reducing the need for more complex systems like photovoltaic-electrolysis. By utilizing semiconductor materials, Photoelectrochemical technology transforms solar energy into chemical energy, offering a cost-effective and environmentally friendly solution for hydrogen production. This study comprehensively evaluated Photoelectrochemical systems from technical, economic, and environmental perspectives. Optimization of parameters such as current density (5-10 mA/cm²), system area (5-20 m²), and cathode porosity (0.1-0.9) using a genetic algorithm increased daily hydrogen production to 0.7 m³/day and boosted solar-to-hydrogen efficiency to 15%. Economically, the total system cost (100-200 USD) was heavily influenced by components like hydrogen storage (70 USD/m²) and photovoltaic electrodes (50 USD/m²), yet optimization achieved a balanced trade-off between cost and efficiency. Environmentally, life cycle assessment (LCA) revealed that Photoelectrochemical outperforms photovoltaic-electrolysis in water consumption and freshwater ecotoxicity (15-20% lower impact), but the extraction of raw materials such as LaNi₅ (0.423 kg) significantly affects global warming and human toxicity. The importance of hydrogen as a future clean energy source, coupled with Photoelectrochemical’s potential to harness renewable resources, positions this technology as a promising solution. However, challenges such as material stability (exponential decay over 100 hours) and scalability require further research to enable widespread adoption of Photoelectrochemical for sustainable hydrogen production, contributing to global sustainability goals.
كليدواژه هاي فارسي
فتوالكتروكميكال , توليد هيدروژن , ذخيره هيدروژن , انرژي تجديدپذير
كليدواژه هاي لاتين
photoelectrochemical , hydrogen production , hydrogen storage , renewable energy
Author
Iliya Baktash
SuperVisor
Samane Ghandehariun