Verden står over for en udfordring med energibehov - balancering af udbud og efterspørgsel, omkostninger og miljøpåvirkning - og en potentiel løsning på dette problem er brint.
Brint er lovende som brændstofkilde til forbrændingsmotorer, brændselsceller og som et alternativ til naturgasopvarmning. Den eneste rest af dens forbrænding er vand, og der er flere måder at producere gassen på uden truslen om kulstofemissioner.
Men ren brintgas er dyrt at producere bæredygtigt og stadig dyrere at opbevare og transportere sammenlignet med traditionelle fossile brændstoffer. Energiforskere har forsøgt at finde de bedste måder at skaffe brint på samt de mest praktiske metoder til dets transport for at blive en sand konkurrent med naturgas eller petrokemikalier. Der er et par måder at gribe dette problem an på, find ud af mere nedenfor.
For alle dets anvendelser har rent diatomisk brint begrænsninger, der forhindrer det i at være praktisk i større skalaer. Produktionen af brintbrændstof er ikke strengt taget fri for drivhusgasser, og der er både bæredygtige og uholdbare produktionsmetoder som skal tages i betragtning. Den mest lovende i øjeblikket er den elektrolytiske spaltning af vand (ved hjælp af vedvarende energi), som producerer brint og oxygengasser som et resultat.
Når problemet med produktionen er løst, opstår spørgsmålet om effektivitet - ved omgivende tryk og temperatur er der simpelthen ikke nok energi pr. volumenhed brint til at give et sammenligneligt mål over for fossile brændstoffer. Energitætheden af brintgas pr kilogram er næsten tre gange mere end traditionelle brændsler, dog er den realistiske energikapacitet pr liter er størrelsesordener mindre.
Mens brintgassen kan komprimeres under højt tryk, kræver dette specialudstyr samt endnu mere energi til at gøre det, og det kan stadig kun opnå omkring 5 % brint pr. vægtenhed (hvor de resterende 95 % er vægten af trykbeholderen ). Det samme kan siges om flydende brint, som kræver en temperatur på –253°C eller koldere, hvilket kræver køleudstyr og ekstra strøm.
Den bedste løsning til effektiv brug og transport af brint, som forskere har fundet, er faktisk slet ikke ren brint. Der er alternativer, som har et stort potentiale - nemlig kemisk opbevaring og fysisk opbevaring.
Kemisk opbevaring er, hvor brintatomerne er lagret i molekyler gennem kemiske bindinger, kun for at blive frigivet efter en kemisk reaktion finder sted. Der er mange potentielle muligheder for kemiske bærere af brint, såsom metalhydrider eller organiske molekyler (f.eks. alkoholer, kulhydrater).
For at være mest effektivt bør et materiale have en brintkapacitet på mindst 7 vægt% og have en arbejdstemperatur mellem 0 og 100°C. Mange metalhydrider kræver en temperatur på mindst 200°C for at frigive brint. Organiske kulbrinter er i en lignende position, med den ekstra ulempe, at de udleder CO2 som reaktionsprodukt.
Fysiske opbevaringsmuligheder gør det muligt at adsorbere brint på overfladen af et materiale i langt større mængder end at efterlade gassen indeholdt af sig selv. De mest almindelige af disse er meget porøse svampelignende materialer, såsom aktivt kul eller metal-organiske rammer (MOF'er). En MOF rapporteret i 2020 viste sig at opnå en fremragende brintkapacitet på 14 vægtprocent. Begrænsningen for mange MOF'er er imidlertid, at de udfører adsorption bedst ved meget lave temperaturer (mange omkring -200°C) og mister effektivitet, når temperaturen stiger.
Ammoniak har allerede skabt sig et navn som en vital komponent i gødning, med en global årlig produktion på over 200 millioner tons i 2021. Det har også udløst inspiration som en metode til kemisk brintlagring.
Den nuværende ammoniakproduktionsmetode er ikke grøn – Haber-processen går ud på at reagere nitrogengas og brintgas sammen ved høje temperaturer og tryk, hvor den pågældende brint oftest kommer fra fossile brændstoffer. Energiforskere gør dog fremskridt med alternative produktionsmetoder, såsom brændselsceller og membranreaktorer, som kan give ammoniak et grønnere fodaftryk for brændstoffer, gødning og meget mere.
Ammoniak er et uorganisk molekyle, der består af et nitrogenatom og tre hydrogenatomer. Denne brintdensitet gør den til en attraktiv kemisk bærer af brint til energiformål, som et alternativ til at transportere rent flydende brint rundt. I stedet for at kræve temperaturer under -253°C, er ammoniak en væske ved kun -77°C ved atmosfærisk tryk, eller så højt som -10°C under lidt højere tryk. Derudover indeholder ammoniak ingen kulstof, så det har et stort potentiale som en kulstofneutral brændstofkilde. Det kan opdeles i brint- og nitrogengasser i en omvendt brændselscelle, hvor diatomisk nitrogen blot kan genindtræde i atmosfæren uden at skade miljøet.
Hvis du vil vide mere om forskellige slags kemikalier, eller hvordan du minimerer risikoen, mens du arbejder med kemikalier, er vi her for at hjælpe. Vi har værktøjer til at hjælpe dig med obligatorisk rapportering, samt generering SDS og risikovurderinger. Vi har også et bibliotek af webinars dækker globale sikkerhedsbestemmelser, softwaretræning, akkrediterede kurser og mærkningskrav. For mere information, kontakt os i dag på sa***@ch*******.net.
kilder:
