بررسی تاثیر متغیرهای عملیاتی الکترولایزر برای افزایش کارایی در تولید گاز هیدروکسی با توجه به فرآیندهای حرارتی و الکتریکی

شهرکی شهدآبادی, رضا; بهبهانی نیا, سید علی; حسینی کهساری, سید محمدجواد

doi:10.22034/jrenew.2026.230280

بررسی تاثیر متغیرهای عملیاتی الکترولایزر برای افزایش کارایی در تولید گاز هیدروکسی با توجه به فرآیندهای حرارتی و الکتریکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

رضا شهرکی شهدآبادی ¹

سید علی بهبهانی نیا ²

سید محمدجواد حسینی کهساری ³

¹ دانشجو دکترا مهندسی سیستم‌های انرژی، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

² دانشیار، مهندسی سیستم‌های انرژی، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران

³ دانشیار، مهندسی تبدیل انرژی، دانشگاه گلستان، گرگان، ایران

https://doi.org/10.22034/jrenew.2026.230280

چکیده

الکترولیز آب یکی از روش‌های کارآمد برای تولید گاز هیدروکسی به‌عنوان سوخت پاک محسوب می‌شود. این پژوهش به بررسی اثر نوع و غلظت الکترولیت (آب مقطر، آب شهری، پتاسیم هیدروکسید، سدیم هیدروکسید)، دما و شدت جریان در یک الکترولایزر چندسلولی خشک با طراحی اختصاصی می‌پردازد. آزمایش‌ها در بازه‌های غلظت ۵ تا ۲۰ درصد وزنی و دماهای ۲۳ تا ۷۰ درجه سانتی‌گراد انجام شد. در این پژوهش از سیستم‌های اندازه‌گیری دقیق و تکرار سه‌باره آزمایش‌ها برای اطمینان از اعتبار داده‌ها، دقت و رویکرد سیستماتیک استفاده شده است. نتایج نشان دادند که ترکیب پتاسیم هیدروکسید با غلظت ۱۵ تا ۲۰ درصد وزنی، در دمای ۷۰ درجه و شدت جریان ۱۰ تا ۱۵ آمپر، بیشینه تولید گاز (تا ۱۵۶ لیتر بر ساعت) را با مصرف انرژی بهینه (۱.۳ تا ۲ وات‌ساعت بر لیتر) فراهم می‌کند. همچنین با افزایش غلظت پتاسیم هیدروکسید تا ۲۰٪، مقاومت محلول به طور مشخص کاهش و هدایت الکتریکی افزایش یافت، اما مقادیر بالاتر از این محدوده عملا با افزایش بیش از حد مصرف انرژی و ریسک خوردگی همراه شدند. همچنین، مقاومت اهمی الکترولایزر تابع نوع الکترولیت و سختی آب بوده و افزایش دما موجب بهبود بازدهی فرآیند شد.

کلیدواژه‌ها

الکترولایزر

تولید گاز هیدروکسی

الکترولیت‌های مختلف

پتاسیم هیدروکسید

سدیم هیدروکسید

موضوعات

انرژی های تجدیدپذیر ونو

- مراجع

[1] J. Paparao and S. Murugan, "Dual-fuel diesel engine run with injected pilot biodiesel-diesel fuel blend with inducted oxy-hydrogen (HHO) gas," International Journal of Hydrogen Energy, vol. 47, no. 40, pp. 17788-17807, 2022.

[2] P. K. Rejeti, S. K. Barik, and S. Balakrishna, "Novel Application of Electrolysis on Vehicle: Hydrogen Fuel Cell," in Applications of Computational Methods in Manufacturing and Product Design: Select Proceedings of IPDIMS 2020: Springer, 2022, pp. 165-178.

[3] J. Babu et al., "Production of HHO gas in the water-electrolysis unit and the influences of its introduction to CI engine along with diesel-biodiesel blends at varying injection pressures," International Journal of Hydrogen Energy, vol. 52, pp. 865-885, 2024.

[4] B. Subramanian and S. Ismail, "Production and use of HHO gas in IC engines," International Journal of Hydrogen Energy, vol. 43, no. 14, pp. 7140-7154, 2018.

[5] N. Alam and K. Pandey, "Experimental study of hydroxy gas (HHO) production with variation in current, voltage and electrolyte concentration," in IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 2017, vol. 225, no. 1: IOP Publishing, p. 012197.

[6] Y. Bow and T. Dewi, "HHO gas generation in hydrogen generator using electrolysis," in IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 2019, vol. 258, no. 1: IOP Publishing, p. 012007.

[7] B. Subramanian and V. Thangavel, "Analysis of onsite HHO gas generation system," International Journal of Hydrogen Energy, vol. 45, no. 28, pp. 14218-14231, 2020.

[8] M. Gad and S. A. Razek, "Impact of HHO produced from dry and wet cell electrolyzers on diesel engine performance, emissions and combustion characteristics," International Journal of Hydrogen Energy, vol. 46, no. 43, pp. 22277-22291, 2021.

[9] Y. A. Sharif, S. S. Jasim, R. A. Khalefa, and S. J. Taher, "Experimental Investigation of the Hydroxy Gas Generation as a Clean Energy Source for Spark Ignition Engine Operation Using Different Electrolytes," Polytechnic Journal, vol. 11, no. 1, p. 4, 2021.

[10] S. Yun, J. Lee, H. Cho, and J. Kim, "Oxy-fuel combustion-based blue hydrogen production with the integration of water electrolysis," Energy Conversion and Management, vol. 291, p. 117275, 2023.

[11] G. Cheng et al., "Analysis and prediction of green hydrogen production potential by photovoltaic-powered water electrolysis using machine learning in China," Energy, p. 129302, 2023.

[12] A. B. Vethamony and V. Thangavel, "Experiments on the effect of temperature on HHO production by Alkaline water electrolysis," Materials Today: Proceedings, 2023.

[13] S.-H. Lee et al., "A novel water electrolysis hydrogen production system powered by a renewable hydrovoltaic power generator," Chemical Engineering Journal, vol. 495, p. 153411, 2024.

[14] O. Akdağ, "The operation and applicability to hydrogen fuel technology of green hydrogen production by water electrolysis using offshore wind power," Journal of Cleaner Production, vol. 425, p. 138863, 2023.

[15] T. P. Sari, A. A. Rosidah, M. Satria, S. Chalimah, A. Sadrina, and R. B. Anggoro, "The Parameter Experimental on the Dry Cell Type of Water Electrolysis for the HHO Gas Production," Nusantara Science and Technology Proceedings, pp. 78-82, 2023.

[16] R. S. Shahdabadi, M. Zamen, and S. V. Hosseini, "Adaptive design for the connection of multicell HHO generator with solar photovoltaic panels," International Journal of Hydrogen Energy, vol. 48, no. 86, pp. 33422-33433, 2023.

[17] M. Gerwash, "The impact of pulse width modulation (PWM) on the generation of hydroxy gas (HHO)," Industrial Technology Journal, vol. 2, no. 1, pp. 31-49, 2024.

[18] B. S. Oluwadare, S. A. Adeleye, and T. O. Oni, "Performance Analysis of Hydroxyl (HHO) Gas Addition on a Gasoline Generator," European Journal of Applied Science, Engineering and Technology, vol. 2, no. 2, pp. 334-354, 2024.

[19] S. A. Mutlag, A. R. H. Jassim, O. I. Abd, and K. W. Abid, "Experimental performance of HHO gas generator," in AIP Conference Proceedings, 2024, vol. 3009, no. 1: AIP Publishing.

[20] A. K. Nayak, A. K. Rout, A. K. Dewangan, and G. S. Sinha, "Investigation of the Petition-fuel production as HHO-gas through developed electrolyser by using the mathematical model with experimental performance analysis," in Journal of Physics: Conference Series, 2024, vol. 2818, no. 1: IOP Publishing, p. 012018.

[21] A. M. Mousa, H. A. Sayed, K. A. Ali, N. S. Elkaoud, and W. A. Mahmoud, "Energy-conversion efficiency for producing oxy-hydrogen gas using a simple generator based on water electrolysis," Scientific Reports, vol. 14, no. 1, p. 25312, 2024.

[22] W. Mughal, P. Ji, U. Rauf, L. Junping, A. Waheed, and P. Kumar, "Stability and performance investigation using different electrode configurations and electrolyte compositions in an oxyhydrogen gas generator," RSC advances, vol. 14, no. 53, pp. 39131-39141, 2024.

[23] A. Asnawi, M. Muhammad, R. Putra, and N. Islami, "Effect of Hydroxy Gas Enrichment and Higher Biodiesel Concentration on Diesel Engine Performance," Automotive Experiences, vol. 8, no. 1, 2025.

[24] C. Akl, J. Dgheim, and N. El Hajj, "Design, Development, and Performance Evaluation of an Oxyhydrogen (HHO) Generator for Enhanced Fuel Efficiency," Sustainability, vol. 17, no. 9, p. 3811, 2025.