Светът е изправен пред предизвикателство на енергийните нужди – балансиране на търсенето и предлагането, разходите и въздействието върху околната среда – и едно потенциално решение на този проблем е водородът.
Водородът е обещаващ като източник на гориво за двигатели с вътрешно горене, горивни клетки и като алтернатива на отоплението с природен газ. Единственият остатък от изгарянето му е водата и има няколко начина за производство на газ без заплаха от въглеродни емисии.
Чистият водороден газ обаче е скъп за устойчиво производство и още по-скъп за съхранение и транспортиране в сравнение с традиционните изкопаеми горива. Енергийните изследователи се опитват да намерят най-добрите начини за набавяне на водород, както и най-практичните методи за неговия транспорт, за да бъде истински конкурент на природния газ или нефтохимикалите. Има няколко начина за подход към този проблем, научете повече по-долу.
Въпреки всичките му приложения, чистият двуатомен водород наистина има ограничения, които му пречат да бъде практичен в по-големи мащаби. Производството на водородно гориво не е строго свободно от парникови газове и има както устойчиви, така и неустойчиви методи на производство които трябва да се вземат предвид. Най-обещаващото в момента е електролитното разделяне на водата (използвайки възобновяема енергия), което произвежда водород и кислород като резултат.
С разрешаването на проблема с производството се материализира въпросът за ефективността - при налягане и температура на околната среда просто няма достатъчно енергия на единица обем водороден газ, за да се осигури сравнима мярка спрямо изкопаемите горива. Енергийната плътност на водородния газ на килограм е почти три пъти повече от традиционните горива, но реалистичната енергийна способност на литър е с порядъци по-малък.
Въпреки че водородният газ може да бъде компресиран под високо налягане, това изисква специализирано оборудване, както и още повече енергия за това, и все още може да постигне само около 5% водород на единица тегло (където останалите 95% са теглото на съда под налягане ). Същото може да се каже и за втечнения водород, който изисква температура от –253°C или по-ниска, което налага охлаждащо оборудване и допълнителна мощност.
Най-доброто решение за ефективно използване и транспорт на водород, което учените са открили, всъщност изобщо не е чистият водород. Има алтернативи, които имат голям потенциал, а именно химическо съхранение и физическо съхранение.
Химическото съхранение е мястото, където водородните атоми се съхраняват в молекулите чрез химически връзки, само за да бъдат освободени след извършване на химическа реакция. Има много потенциални варианти за химически носители на водород, като метални хидриди или органични молекули (напр. алкохоли, въглехидрати).
За да бъде най-ефективен, материалът трябва да има водороден капацитет от поне 7% от теглото и да има работна температура между 0 и 100°C. Много метални хидриди изискват температура от поне 200°C, за да отделят водород. Органичните въглеводороди са в подобна позиция, с допълнителния недостатък на отделянето на CO2 като реакционен продукт.
Опциите за физическо съхранение позволяват водородът да се адсорбира върху повърхността на даден материал в много по-големи количества, отколкото оставяйки газа да се съдържа сам. Най-често срещаните от тях са силно порьозни материали, подобни на гъба, като активен въглен или металоорганични рамки (MOF). Установено е, че MOF, отчетено през 2020 г., постига изключителен водороден капацитет от 14% от теглото. Ограничението на много MOF обаче е, че те извършват адсорбция най-добре при много ниски температури (много около –200°C) и губят ефикасност с повишаване на температурата.
Амонякът вече си е направил име като жизненоважен компонент на торовете, като световното годишно производство надхвърля 200 милиона тона през 2021 г. Той също така предизвика вдъхновение като метод за химическо съхранение на водород.
Настоящият метод за производство на амоняк не е екологичен – процесът на Haber включва взаимодействие на азотен газ и водороден газ заедно при високи температури и налягания, където въпросният водород най-често се получава от изкопаеми горива. Енергийните учени обаче правят крачки с алтернативни производствени методи, като горивни клетки и мембранни реактори, които могат да дадат на амоняка по-екологичен отпечатък за горива, торове и др.
Амонякът е неорганична молекула, съставена от един азотен атом и три водородни атома. Тази плътност на водорода го прави привлекателен химически носител на водород за енергийни цели, като алтернатива на транспортирането на чист течен водород. Вместо да изисква температури под –253°C, амонякът е течност само при –77°C при атмосферно налягане или до –10°C при малко по-високо налягане. Освен това амонякът не съдържа въглерод, така че има голям потенциал като въглеродно неутрален източник на гориво. Той може да бъде разделен на водород и азотни газове в обратна горивна клетка, където двуатомен азот може просто да се присъедини отново към атмосферата без вреда за околната среда.
Ако искате да научите повече за различните видове химикали или как да минимизирате риска, докато работите с химикали, ние сме тук, за да ви помогнем. Разполагаме с инструменти, които да ви помогнат при задължителното отчитане, както и при генерирането SDS и оценки на риска. Имаме и библиотека на уебинари обхващащи глобалните разпоредби за безопасност, обучение за софтуер, акредитирани курсове и изисквания за етикетиране. За повече информация се свържете с нас днес на sa***@ch********.net.
Източници:
