Ο κόσμος αντιμετωπίζει μια πρόκληση ενεργειακών αναγκών—εξισορρόπηση προσφοράς και ζήτησης, κόστους και περιβαλλοντικών επιπτώσεων— και μια πιθανή λύση σε αυτό το πρόβλημα είναι το υδρογόνο.
Το υδρογόνο είναι πολλά υποσχόμενο ως πηγή καυσίμου για κινητήρες εσωτερικής καύσης, κυψέλες καυσίμου και ως εναλλακτική λύση στη θέρμανση με φυσικό αέριο. Το μόνο υπόλειμμα της καύσης του είναι το νερό και υπάρχουν διάφοροι τρόποι παραγωγής του αερίου χωρίς την απειλή των εκπομπών άνθρακα.
Ωστόσο, το καθαρό αέριο υδρογόνο είναι δαπανηρό για βιώσιμη παραγωγή και ακόμη πιο δαπανηρή για αποθήκευση και μεταφορά σε σύγκριση με τα παραδοσιακά ορυκτά καύσιμα. Οι ερευνητές ενέργειας προσπαθούν να βρουν τους καλύτερους τρόπους για την προμήθεια υδρογόνου καθώς και τις πιο πρακτικές μεθόδους μεταφοράς του ώστε να είναι πραγματικός ανταγωνιστής του φυσικού αερίου ή των πετροχημικών. Υπάρχουν μερικοί τρόποι για να προσεγγίσετε αυτό το πρόβλημα, μάθετε περισσότερα παρακάτω.
Για όλες τις χρήσεις του, το καθαρό διατομικό υδρογόνο έχει περιορισμούς που το εμποδίζουν να είναι πρακτικό σε μεγαλύτερες κλίμακες. Η παραγωγή καυσίμου υδρογόνου δεν είναι αυστηρά απαλλαγμένη από αέρια θερμοκηπίου και υπάρχουν τόσο βιώσιμα όσο και μη βιώσιμα μεθόδους παραγωγής που πρέπει να ληφθούν υπόψη. Το πιο πολλά υποσχόμενο επί του παρόντος είναι η ηλεκτρολυτική διάσπαση του νερού (με χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας), η οποία παράγει ως αποτέλεσμα υδρογόνο και αέρια οξυγόνου.
Με την επίλυση του προβλήματος της παραγωγής, το ζήτημα της απόδοσης υλοποιείται - σε πίεση και θερμοκρασία περιβάλλοντος, απλά δεν υπάρχει αρκετή ενέργεια ανά μονάδα όγκου αερίου υδρογόνου για να παρέχει ένα συγκρίσιμο μέτρο έναντι των ορυκτών καυσίμων. Η ενεργειακή πυκνότητα του αερίου υδρογόνου ανά χιλιόγραμμο είναι σχεδόν τριπλάσιο από αυτό των παραδοσιακών καυσίμων, ωστόσο η ρεαλιστική ενεργειακή ικανότητα ανά λίτρο είναι τάξεις μεγέθους μικρότερο.
Ενώ το αέριο υδρογόνο μπορεί να συμπιεστεί υπό υψηλή πίεση, αυτό απαιτεί εξειδικευμένο εξοπλισμό καθώς και ακόμη περισσότερη ενέργεια για να γίνει αυτό, και μπορεί να επιτευχθεί μόνο περίπου 5% υδρογόνο ανά μονάδα βάρους (όπου το υπόλοιπο 95% είναι το βάρος του δοχείου υπό πίεση ). Το ίδιο μπορεί να ειπωθεί για το υγροποιημένο υδρογόνο που απαιτεί θερμοκρασία -253°C ή χαμηλότερη, απαιτώντας εξοπλισμό ψύξης και πρόσθετη ισχύ.
Η καλύτερη λύση για αποτελεσματική χρήση και μεταφορά υδρογόνου που βρήκαν οι επιστήμονες δεν είναι στην πραγματικότητα καθόλου καθαρό υδρογόνο. Υπάρχουν εναλλακτικές λύσεις που έχουν πολλές δυνατότητες—δηλαδή αποθήκευση χημικών και φυσική αποθήκευση.
Η χημική αποθήκευση είναι όπου τα άτομα υδρογόνου αποθηκεύονται μέσα στα μόρια μέσω χημικών δεσμών, για να απελευθερωθούν μόνο αφού λάβει χώρα μια χημική αντίδραση. Υπάρχουν πολλές πιθανές επιλογές για χημικούς φορείς υδρογόνου, όπως υδρίδια μετάλλων ή οργανικά μόρια (π.χ. αλκοόλες, υδατάνθρακες).
Για να είναι πιο αποτελεσματικό, ένα υλικό θα πρέπει να έχει χωρητικότητα υδρογόνου τουλάχιστον 7% κατά βάρος και θερμοκρασία εργασίας μεταξύ 0 και 100°C. Πολλά υδρίδια μετάλλων απαιτούν θερμοκρασία τουλάχιστον 200°C για να απελευθερώσουν υδρογόνο. Οι οργανικοί υδρογονάνθρακες βρίσκονται σε παρόμοια θέση, με το πρόσθετο μειονέκτημα της εκπομπής CO2 ως προϊόν αντίδρασης.
Οι επιλογές φυσικής αποθήκευσης επιτρέπουν την προσρόφηση του υδρογόνου στην επιφάνεια ενός υλικού σε πολύ μεγαλύτερες ποσότητες από το να αφήνει το αέριο μόνο του. Τα πιο συνηθισμένα από αυτά είναι υλικά που μοιάζουν με σφουγγάρι υψηλής πορότητας, όπως ενεργός άνθρακας ή μεταλλικά-οργανικά πλαίσια (MOFs). Ένα MOF που αναφέρθηκε το 2020 βρέθηκε να επιτύχει εξαιρετική χωρητικότητα υδρογόνου 14% κατά βάρος. Ο περιορισμός πολλών MOF, ωστόσο, είναι ότι εκτελούν την καλύτερη προσρόφηση σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες (πολλές γύρω στους –200°C) και χάνουν την αποτελεσματικότητά τους καθώς αυξάνεται η θερμοκρασία.
Η αμμωνία έχει ήδη γίνει γνωστό ως ζωτικό συστατικό των λιπασμάτων, με την παγκόσμια ετήσια παραγωγή να ξεπερνά τους 200 εκατομμύρια τόνους το 2021. Έχει επίσης πυροδοτήσει την έμπνευση ως μέθοδος αποθήκευσης χημικού υδρογόνου.
Η τρέχουσα μέθοδος παραγωγής αμμωνίας δεν είναι πράσινη - η διαδικασία Haber συνεπάγεται την αντίδραση αερίου αζώτου και αερίου υδρογόνου μαζί σε υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις, όπου το εν λόγω υδρογόνο προέρχεται συχνότερα από ορυκτά καύσιμα. Ωστόσο, οι ενεργειακοί επιστήμονες κάνουν βήματα προόδου με εναλλακτικές μεθόδους παραγωγής, όπως κυψέλες καυσίμου και αντιδραστήρες μεμβράνης, που μπορούν να δώσουν στην αμμωνία ένα πιο πράσινο αποτύπωμα για καύσιμα, λιπάσματα και άλλα.
Η αμμωνία είναι ένα ανόργανο μόριο, που αποτελείται από ένα άτομο αζώτου και τρία άτομα υδρογόνου. Αυτή η πυκνότητα υδρογόνου το καθιστά ελκυστικό χημικό φορέα υδρογόνου για ενεργειακούς σκοπούς, ως εναλλακτική λύση στη μεταφορά καθαρού υγρού υδρογόνου γύρω. Αντί να απαιτεί θερμοκρασίες κάτω των -253°C, η αμμωνία είναι ένα υγρό μόνο στους -77°C σε ατμοσφαιρική πίεση ή έως και στους -10°C υπό ελαφρώς υψηλότερες πιέσεις. Επιπλέον, η αμμωνία δεν περιέχει άνθρακα, επομένως έχει μεγάλες δυνατότητες ως πηγή καυσίμου ουδέτερη από άνθρακα. Μπορεί να χωριστεί σε υδρογόνο και αέρια αζώτου σε μια αντίστροφη κυψέλη καυσίμου, όπου το διατομικό άζωτο μπορεί απλώς να επανενωθεί στην ατμόσφαιρα χωρίς να βλάπτει το περιβάλλον.
Εάν θέλετε να μάθετε περισσότερα για τα διάφορα είδη χημικών ή πώς να ελαχιστοποιήσετε τον κίνδυνο ενώ εργάζεστε με χημικά, είμαστε εδώ για να σας βοηθήσουμε. Έχουμε εργαλεία για να σας βοηθήσουμε με την υποχρεωτική αναφορά, καθώς και με τη δημιουργία SDS και Αξιολογήσεις Κινδύνων. Έχουμε επίσης μια βιβλιοθήκη του webinars που καλύπτουν παγκόσμιους κανονισμούς ασφάλειας, εκπαίδευση λογισμικού, διαπιστευμένα μαθήματα και απαιτήσεις επισήμανσης. Για περισσότερες πληροφορίες, επικοινωνήστε μαζί μας σήμερα στο sales @chemwatch. Καθαρά.
Πηγές:
