Świat stoi przed wyzwaniem związanym z potrzebami energetycznymi — zrównoważeniem podaży i popytu, kosztami i wpływem na środowisko — a jednym z potencjalnych rozwiązań tego problemu jest wodór.
Wodór jest obiecującym źródłem paliwa dla silników spalinowych, ogniw paliwowych oraz alternatywą dla ogrzewania gazem ziemnym. Jedyną pozostałością po jego spalaniu jest woda, a istnieje kilka sposobów wytworzenia gazu bez zagrożenia emisją dwutlenku węgla.
Jednak produkcja czystego wodoru w sposób zrównoważony jest kosztowna, a jego przechowywanie i transport są jeszcze bardziej kosztowne w porównaniu z tradycyjnymi paliwami kopalnymi. Badacze zajmujący się energią próbują znaleźć najlepsze sposoby pozyskiwania wodoru, a także najbardziej praktyczne metody jego transportu, aby był on prawdziwym konkurentem dla gazu ziemnego czy produktów petrochemicznych. Istnieje kilka sposobów podejścia do tego problemu, więcej informacji poniżej.
We wszystkich zastosowaniach czysty wodór dwuatomowy ma ograniczenia, które uniemożliwiają jego praktyczne zastosowanie na większą skalę. Produkcja paliwa wodorowego nie jest całkowicie wolna od gazów cieplarnianych i istnieją zarówno zrównoważone, jak i niezrównoważone metody produkcji które trzeba wziąć pod uwagę. Najbardziej obiecującym obecnie rozwiązaniem jest elektrolityczne rozszczepianie wody (z wykorzystaniem energii odnawialnej), w wyniku którego powstaje gazowy wodór i tlen.
Po rozwiązaniu problemu produkcji materializuje się kwestia wydajności - przy ciśnieniu i temperaturze otoczenia po prostu nie ma wystarczającej ilości energii na jednostkę objętości gazowego wodoru, aby zapewnić porównywalny środek z paliwami kopalnymi. Gęstość energii gazowego wodoru na kilogram jest prawie trzykrotnie większy niż w przypadku paliw tradycyjnych, jednak realistyczna zdolność energetyczna per litr jest o rzędy wielkości mniejsze.
Chociaż gazowy wodór można sprężać pod wysokim ciśnieniem, wymaga to specjalistycznego sprzętu, a także jeszcze większej energii, i nadal można uzyskać tylko około 5% wodoru na jednostkę masy (gdzie pozostałe 95% to masa zbiornika ciśnieniowego ). To samo można powiedzieć o skroplonym wodorze, który wymaga temperatury –253°C lub niższej, co wymaga urządzeń chłodzących i dodatkowej mocy.
Najlepszym rozwiązaniem efektywnego wykorzystania i transportu wodoru, jakie odkryli naukowcy, wcale nie jest czysty wodór. Istnieją alternatywy, które mają duży potencjał, a mianowicie przechowywanie chemiczne i fizyczne.
Magazynowanie chemiczne to miejsce, w którym atomy wodoru są przechowywane w cząsteczkach poprzez wiązania chemiczne, aby zostać uwolnione dopiero po zajściu reakcji chemicznej. Istnieje wiele potencjalnych opcji chemicznych nośników wodoru, takich jak wodorki metali czy cząsteczki organiczne (np. alkohole, węglowodany).
Aby był najbardziej skuteczny, materiał powinien mieć pojemność wodoru co najmniej 7% wagowych i mieć temperaturę roboczą między 0 a 100°C. Wiele wodorków metali wymaga temperatury co najmniej 200°C, aby uwolnić wodór. Węglowodory organiczne są w podobnej sytuacji, z dodatkową wadą w postaci emisji CO2 jako produkt reakcji.
Opcje fizycznego przechowywania umożliwiają adsorpcję wodoru na powierzchni materiału w znacznie większych ilościach niż pozostawienie samego gazu. Najpopularniejsze z nich to wysoce porowate materiały przypominające gąbkę, takie jak węgiel aktywny lub szkielety metaloorganiczne (MOF). Stwierdzono, że MOF zgłoszony w 2020 roku osiąga wyjątkową wydajność wodoru wynoszącą 14% wagowych. Ograniczeniem wielu MOF jest jednak to, że najlepiej wykonują adsorpcję w bardzo niskich temperaturach (wiele około –200°C) i tracą skuteczność wraz ze wzrostem temperatury.
Amoniak zasłynął już jako istotny składnik nawozów, którego światowa roczna produkcja przekroczy 200 mln ton w 2021 r. Zainspirował się również jako metoda chemicznego magazynowania wodoru.
Obecna metoda produkcji amoniaku nie jest ekologiczna – proces Habera polega na reakcji gazowego azotu i wodoru razem w wysokich temperaturach i ciśnieniach, gdzie wodór, o którym mowa, jest najczęściej pozyskiwany z paliw kopalnych. Jednak naukowcy zajmujący się energią robią postępy w zakresie alternatywnych metod produkcji, takich jak ogniwa paliwowe i reaktory membranowe, które mogą zapewnić amoniakowi bardziej ekologiczny ślad w paliwach, nawozach i nie tylko.
Amoniak jest cząsteczką nieorganiczną, składającą się z jednego atomu azotu i trzech atomów wodoru. Ta gęstość wodoru czyni go atrakcyjnym chemicznym nośnikiem wodoru do celów energetycznych, jako alternatywa dla transportu czystego ciekłego wodoru. Zamiast wymagać temperatur poniżej –253°C, amoniak jest cieczą w temperaturze zaledwie –77°C przy ciśnieniu atmosferycznym lub do –10°C przy nieco wyższym ciśnieniu. Ponadto amoniak nie zawiera węgla, więc ma ogromny potencjał jako neutralne pod względem emisji dwutlenku węgla źródło paliwa. Można go podzielić na wodór i azot w odwróconym ogniwie paliwowym, w którym dwuatomowy azot może po prostu ponownie dołączyć do atmosfery bez szkody dla środowiska.
Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej o różnych rodzajach chemikaliów lub o tym, jak zminimalizować ryzyko podczas pracy z chemikaliami, jesteśmy tutaj, aby Ci pomóc. Mamy narzędzia, które pomogą Ci w obowiązkowym raportowaniu, a także generowaniu SDS oraz oceny ryzyka. Posiadamy również bibliotekę seminaria obejmujące globalne przepisy bezpieczeństwa, szkolenia w zakresie oprogramowania, akredytowane kursy i wymagania dotyczące etykietowania. Aby uzyskać więcej informacji, skontaktuj się z nami już dziś pod adresem sa***@ch**********.net.
Źródła:
