Hydrogen generation from different metal powders hydrolysis in aqueous solutions

The objective of this study is to explore the feasibility of utilizing the hydrolysis reaction of water with aluminum or magnesium for the purpose of generating hydrogen, which can then be utilized in various applications. Within the realm of space technology, the most significant applications include fuel cells, where it can be combined with oxygen to produce power and water, as well as space propulsion systems, such as electrical thrusters. This method of hydrogen production possesses notable benefits compared to other meth- ods since it doesn’t release CO2 or other pollutants. Aluminum is typically the preferred metal in this process due to its longevity, low toxicity, and availability at a low cost. Magnesium is also commonly employed for hydrogen production. Before the reaction can occur, it is necessary to mechanically activate the metal powders through ball milling in order to remove the protective oxide layer that forms on the metal powder upon con- tact with air. This layer significantly reduces the reactivity of the metal with water. To achieve mechanical activation, milling agents like N aCl, Bi or C are used. Once the powder is prepared, the thesis focuses on the experimental setup to assess hydrogen pro- duction for each powder formulation. Hydrogen production is evaluated using the water displacement method, where a reactor and a glass reading column filled with water are connected. The reaction takes place inside the reactor, and the resultant hydrogen moves through the connection tube to the reading column where it displaces water due to its low density, allowing for measurement of the level. Various powder formulations are tested to determine which one has the highest efficiency.

L’obiettivo di questa tesi è di esplorare la fattibilità dell’utilizzo della reazione di idrolisi dell’acqua con alluminio o magnesio allo scopo di generare idrogeno, che può poi essere utilizzato in diverse applicazioni. Nel campo della tecnologia spaziale, le applicazioni più significative includono celle a combustibile, dove può essere combinato con ossigeno per produrre energia e acqua, nonché sistemi di propulsione spaziali, come i propulsori elettrici. Questo metodo di produzione di idrogeno possiede notevoli vantaggi rispetto ad altri metodi poiché non rilascia CO2 o altri inquinanti. L’alluminio è tipicamente il metallo preferito in questo processo a causa della sua longevità, bassa tossicità e disponi- bilità a basso costo. Il magnesio è anche comunemente impiegato per la produzione di idrogeno. Prima che la reazione possa avvenire, è necessario attivare meccanicamente le polveri metalliche attraverso la frantumazione a sfere al fine di rimuovere lo strato di ossido protettivo che si forma sulla polvere metallica a contatto con l’aria. Questo strato riduce significativamente la reattività del metallo con l’acqua. Per ottenere l’attivazione meccanica, vengono utilizzate diverse sostanze come N aCl, Bi o C. Una volta preparata la polvere, la tesi si concentra sulla configurazione sperimentale per valutare la produzione di idrogeno per ciascuna formulazione. La produzione di idrogeno viene valutata utiliz- zando lo spostamento dell’acqua, dove un reattore e un cilindro graduato in vetro riempiti d’acqua sono connessi. La reazione avviene all’interno del reattore e l’idrogeno prodotto si muove attraverso il tubo di connessione verso la colonna di lettura dove a causa della sua bassa densità, sposta l’acqua, consentendo la misurazione del livello. Vengono testate diverse formulazioni per determinare quale ha la maggiore efficienza.