Svět čelí výzvě energetických potřeb – vyvažování nabídky a poptávky, nákladů a dopadu na životní prostředí – a jedním z potenciálních řešení tohoto problému je vodík.
Vodík je perspektivní jako zdroj paliva pro spalovací motory, palivové články a jako alternativa k vytápění zemním plynem. Jediným pozůstatkem po jeho spalování je voda a existuje několik způsobů, jak plyn vyrobit bez hrozby uhlíkových emisí.
Výroba čistého vodíkového plynu je však nákladná na udržitelnou výrobu a stále nákladnější na skladování a přepravu ve srovnání s tradičními fosilními palivy. Výzkumníci v oblasti energetiky se pokoušeli najít nejlepší způsoby, jak získat vodík, stejně jako nejpraktičtější způsoby jeho dopravy, aby byl skutečným konkurentem zemního plynu nebo petrochemie. Existuje několik způsobů, jak k tomuto problému přistupovat, více se dozvíte níže.
Pro všechna jeho použití má čistý dvouatomový vodík omezení, která mu brání být praktický ve větších měřítcích. Výroba vodíkového paliva není striktně bez skleníkových plynů a existují udržitelné i neudržitelné způsoby výroby které je třeba vzít v úvahu. Nejslibnější je v současnosti elektrolytické štěpení vody (s využitím obnovitelné energie), při kterém vznikají plyny vodíku a kyslíku.
S vyřešením problému výroby se zhmotní otázka účinnosti – při okolním tlaku a teplotě prostě není dostatek energie na jednotku objemu plynného vodíku, aby bylo možné poskytnout srovnatelné měření proti fosilním palivům. Energetická hustota plynného vodíku na kilogram je téměř třikrát vyšší než u tradičních paliv, nicméně realistická energetická kapacita na litr je řádově menší.
Zatímco vodíkový plyn může být stlačen pod vysokým tlakem, vyžaduje to specializované vybavení a ještě více energie, aby to bylo možné, a stále lze dosáhnout pouze asi 5 % vodíku na jednotku hmotnosti (přičemž zbývajících 95 % je hmotnost tlakové nádoby ). Totéž lze říci o zkapalněném vodíku, který vyžaduje teplotu –253 °C nebo nižší, což vyžaduje chladicí zařízení a další energii.
Nejlepší řešení pro efektivní využití a přepravu vodíku, které vědci našli, není ve skutečnosti čistý vodík. Existují alternativy, které mají velký potenciál – jmenovitě chemické skladování a fyzické skladování.
Chemické skladování je místo, kde jsou atomy vodíku uloženy v molekulách prostřednictvím chemických vazeb, aby se uvolnily až po chemické reakci. Existuje mnoho potenciálních možností pro chemické nosiče vodíku, jako jsou hydridy kovů nebo organické molekuly (např. alkoholy, sacharidy).
Aby byl materiál nejúčinnější, měl by mít kapacitu vodíku alespoň 7 % hmotnosti a měl by mít pracovní teplotu mezi 0 a 100 °C. Mnoho hydridů kovů vyžaduje k uvolnění vodíku teplotu alespoň 200 °C. Organické uhlovodíky jsou v podobné pozici, s přidanou nevýhodou emisí CO2 jako reakční produkt.
Možnosti fyzického skladování umožňují, aby byl vodík adsorbován na povrch materiálu v mnohem větších množstvích, než když je ponechán samotný plyn. Nejběžnější z nich jsou vysoce porézní houbovité materiály, jako je aktivní uhlí nebo kovové organické struktury (MOF). Bylo zjištěno, že MOF hlášený v roce 2020 dosáhl vynikající kapacity vodíku 14 % hmotnosti. Omezení mnoha MOF je však v tom, že provádějí adsorpci nejlépe při velmi nízkých teplotách (mnoho kolem –200 °C) a ztrácejí účinnost, když se teplota zvyšuje.
Amoniak se již proslavil jako životně důležitá složka hnojiv s celosvětovou roční produkcí přesahující 200 milionů tun v roce 2021. Inspiroval se také jako metoda chemického skladování vodíku.
Současný způsob výroby čpavku není ekologický – Haberův proces zahrnuje reakci plynného dusíku a plynného vodíku při vysokých teplotách a tlacích, kde se vodík nejčastěji získává z fosilních paliv. Energetickí vědci však dělají pokroky s alternativními výrobními metodami, jako jsou palivové články a membránové reaktory, které mohou poskytnout čpavku zelenější stopu pro paliva, hnojiva a další.
Amoniak je anorganická molekula složená z jednoho atomu dusíku a tří atomů vodíku. Tato hustota vodíku z něj činí atraktivní chemický nosič vodíku pro energetické účely jako alternativu k přepravě čistého kapalného vodíku. Amoniak nevyžaduje teploty nižší než –253 °C, ale je to kapalina při pouze –77 °C při atmosférickém tlaku nebo až –10 °C při mírně vyšším tlaku. Amoniak navíc neobsahuje žádný uhlík, takže má velký potenciál jako uhlíkově neutrální zdroj paliva. Může být rozdělen na vodíkové a dusíkové plyny v reverzním palivovém článku, kde se dvouatomový dusík může jednoduše znovu spojit s atmosférou bez poškození životního prostředí.
Pokud se chcete dozvědět více o různých druzích chemikálií nebo jak minimalizovat riziko při práci s chemikáliemi, jsme tu, abychom vám pomohli. Máme nástroje, které vám pomohou s povinným hlášením a také generováním SDS a hodnocení rizik. Máme také knihovnu Webové semináře pokrývající globální bezpečnostní předpisy, softwarová školení, akreditované kurzy a požadavky na označování. Pro více informací nás kontaktujte ještě dnes na sa***@ch********.net.
Zdroje:
