• 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