Verden står overfor en utfordring med energibehov – å balansere tilbud og etterspørsel, kostnader og miljøpåvirkning – og en potensiell løsning på dette problemet er hydrogen.
Hydrogen er lovende som drivstoffkilde for forbrenningsmotorer, brenselceller og som et alternativ til naturgassoppvarming. Den eneste resten av forbrenningen er vann, og det er flere måter å produsere gassen på uten trussel om karbonutslipp.
Imidlertid er ren hydrogengass kostbart å produsere bærekraftig og mer kostbart fortsatt å lagre og transportere sammenlignet med tradisjonelle fossile brensler. Energiforskere har forsøkt å finne de beste måtene å skaffe hydrogen så vel som de mest praktiske metodene for transport for at det skal bli en sann konkurrent med naturgass eller petrokjemikalier. Det er noen måter å nærme seg dette problemet på, finn ut mer nedenfor.
For all bruk har rent diatomisk hydrogen begrensninger som hindrer det i å være praktisk i større skalaer. Produksjonen av hydrogendrivstoff er strengt tatt ikke fri for klimagasser, og det finnes både bærekraftige og uholdbare produksjonsmetoder som må tas hensyn til. Det mest lovende for øyeblikket er elektrolytisk spaltning av vann (ved bruk av fornybar energi), som produserer hydrogen og oksygengasser som et resultat.
Når produksjonsproblemet er løst, materialiserer problemet seg effektivitet - ved omgivelsestrykk og temperatur er det rett og slett ikke nok energi per volumenhet hydrogengass til å gi et sammenlignbart mål mot fossilt brensel. Energitettheten til hydrogengass pr kilogram er nesten tre ganger mer enn tradisjonelle drivstoff, men den realistiske energikapasiteten pr liter er størrelsesordener mindre.
Mens hydrogengassen kan komprimeres under høyt trykk, krever dette spesialisert utstyr samt enda mer energi for å gjøre det, og kan fortsatt bare oppnå omtrent 5 % hydrogen per vektenhet (hvor de resterende 95 % er vekten av trykkbeholderen ). Det samme kan sies for flytende hydrogen som krever en temperatur på –253°C eller kaldere, noe som krever kjøleutstyr og ekstra kraft.
Den beste løsningen for effektiv bruk og transport av hydrogen som forskere har funnet, er faktisk ikke rent hydrogen i det hele tatt. Det finnes alternativer som har mye potensial – nemlig kjemisk lagring og fysisk lagring.
Kjemisk lagring er der hydrogenatomene lagres i molekyler gjennom kjemiske bindinger, bare for å frigjøres etter at en kjemisk reaksjon finner sted. Det er mange potensielle alternativer for kjemiske bærere av hydrogen, slik som metallhydrider eller organiske molekyler (f.eks. alkoholer, karbohydrater).
For å være mest effektivt bør et materiale ha en hydrogenkapasitet på minst 7 vekt%, og ha en arbeidstemperatur mellom 0 og 100°C. Mange metallhydrider krever en temperatur på minst 200°C for å frigjøre hydrogen. Organiske hydrokarboner er i en lignende posisjon, med den ekstra ulempen at de slipper ut CO2 som reaksjonsprodukt.
Fysiske lagringsmuligheter gjør at hydrogen kan adsorberes på overflaten av et materiale i langt større mengder enn å forlate gassen i seg selv. De vanligste av disse er svært porøse svamplignende materialer, for eksempel aktivert karbon eller metallorganiske rammeverk (MOF). En MOF rapportert i 2020 ble funnet å oppnå en enestående hydrogenkapasitet på 14 vekt%. Begrensningen til mange MOF-er er imidlertid at de utfører adsorpsjon best ved svært lave temperaturer (mange rundt –200 °C) og mister effektivitet når temperaturen øker.
Ammoniakk har allerede gjort seg bemerket som en viktig komponent i gjødsel, med en global årlig produksjon på over 200 millioner tonn i 2021. Det har også vekket inspirasjon som en metode for kjemisk hydrogenlagring.
Dagens ammoniakkproduksjonsmetode er ikke grønn – Haber-prosessen innebærer å reagere nitrogengass og hydrogengass sammen ved høye temperaturer og trykk, der det aktuelle hydrogenet oftest kommer fra fossilt brensel. Energiforskere gjør imidlertid fremskritt med alternative produksjonsmetoder, som brenselceller og membranreaktorer, som kan gi ammoniakk et grønnere fotavtrykk for drivstoff, gjødsel og mer.
Ammoniakk er et uorganisk molekyl som består av ett nitrogenatom og tre hydrogenatomer. Denne hydrogentettheten gjør den til en attraktiv kjemisk bærer av hydrogen for energiformål, som et alternativ til å transportere rent flytende hydrogen rundt. I stedet for å kreve temperaturer under -253 °C, er ammoniakk en væske ved bare -77 °C ved atmosfærisk trykk, eller så høyt som -10 °C under litt høyere trykk. I tillegg inneholder ammoniakk ikke karbon, så det har et stort potensial som en karbonnøytral drivstoffkilde. Det kan deles inn i hydrogen- og nitrogengasser i en omvendt brenselcelle, der diatomisk nitrogen ganske enkelt kan bli med i atmosfæren igjen uten skade på miljøet.
Hvis du vil vite mer om ulike typer kjemikalier, eller hvordan du kan minimere risiko mens du arbeider med kjemikalier, er vi her for å hjelpe. Vi har verktøy for å hjelpe deg med obligatorisk rapportering, samt generering SDS og risikovurderinger. Vi har også et bibliotek av webinarer som dekker globale sikkerhetsforskrifter, programvareopplæring, akkrediterte kurs og merkekrav. For mer informasjon, kontakt oss i dag på sa***@ch*******.net.
kilder:
