โลกกำลังเผชิญกับความท้าทายด้านความต้องการพลังงาน ความสมดุลระหว่างอุปสงค์และอุปทาน ต้นทุน และผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม และหนึ่งในทางออกที่เป็นไปได้สำหรับปัญหานี้คือไฮโดรเจน
ไฮโดรเจนมีแนวโน้มที่จะเป็นแหล่งเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์สันดาป เซลล์เชื้อเพลิง และเป็นทางเลือกแทนการให้ความร้อนด้วยก๊าซธรรมชาติ ส่วนที่เหลือจากการเผาไหม้คือน้ำ และมีหลายวิธีในการผลิตก๊าซโดยปราศจากการคุกคามของการปล่อยคาร์บอน
อย่างไรก็ตาม ก๊าซไฮโดรเจนบริสุทธิ์มีต้นทุนสูงในการผลิตอย่างยั่งยืน และยังคงมีค่าใช้จ่ายในการจัดเก็บและขนส่งสูงกว่าเชื้อเพลิงฟอสซิลแบบดั้งเดิม นักวิจัยด้านพลังงานพยายามค้นหาวิธีที่ดีที่สุดในการจัดหาไฮโดรเจนรวมถึงวิธีการขนส่งที่เป็นประโยชน์มากที่สุด เพื่อให้เป็นคู่แข่งที่แท้จริงกับก๊าซธรรมชาติหรือปิโตรเคมี มีสองสามวิธีในการแก้ไขปัญหานี้ ดูข้อมูลเพิ่มเติมด้านล่าง
สำหรับการใช้งานทั้งหมด ไดอะตอมมิกไฮโดรเจนบริสุทธิ์มีข้อจำกัดที่ทำให้ไม่สามารถใช้งานได้จริงในสเกลที่ใหญ่ขึ้น การผลิตเชื้อเพลิงไฮโดรเจนไม่ได้ปราศจากก๊าซเรือนกระจกอย่างเคร่งครัด และมีทั้งแบบยั่งยืนและไม่ยั่งยืน วิธีการผลิต ซึ่งต้องคำนึงถึง สิ่งที่มีแนวโน้มมากที่สุดในปัจจุบันคือการแยกน้ำด้วยไฟฟ้า (โดยใช้พลังงานหมุนเวียน) ซึ่งก่อให้เกิดก๊าซไฮโดรเจนและก๊าซออกซิเจน
เมื่อปัญหาของการผลิตได้รับการแก้ไข ปัญหาของประสิทธิภาพก็เกิดขึ้น—ที่ความดันและอุณหภูมิแวดล้อม มีพลังงานไม่เพียงพอต่อหน่วยปริมาตรของก๊าซไฮโดรเจนที่จะให้มาตรการที่เทียบเคียงได้กับเชื้อเพลิงฟอสซิล ความหนาแน่นพลังงานของก๊าซไฮโดรเจนต่อ กิโลกรัม เกือบสามเท่าของเชื้อเพลิงแบบดั้งเดิม อย่างไรก็ตาม ความสามารถในการใช้พลังงานจริงต่อ ลิตร มีขนาดเล็กลงเป็นลำดับ
แม้ว่าก๊าซไฮโดรเจนสามารถถูกบีบอัดภายใต้ความดันสูงได้ แต่สิ่งนี้ต้องใช้อุปกรณ์พิเศษรวมถึงพลังงานที่มากขึ้นในการทำเช่นนั้น และยังสามารถบรรลุไฮโดรเจนประมาณ 5% ต่อหน่วยน้ำหนักเท่านั้น (โดยที่ 95% ที่เหลือคือน้ำหนักของภาชนะอัดความดัน ). เช่นเดียวกันสำหรับไฮโดรเจนเหลวซึ่งต้องการอุณหภูมิ –253°C หรือเย็นกว่านั้น จำเป็นต้องมีอุปกรณ์ทำความเย็นและพลังงานเพิ่มเติม
ทางออกที่ดีที่สุดสำหรับการใช้และขนส่งไฮโดรเจนอย่างมีประสิทธิภาพที่นักวิทยาศาสตร์ค้นพบนั้นไม่ใช่ไฮโดรเจนบริสุทธิ์แต่อย่างใด มีทางเลือกอื่นที่มีศักยภาพมากมาย เช่น การจัดเก็บสารเคมีและการจัดเก็บทางกายภาพ
ที่เก็บสารเคมีเป็นที่ที่อะตอมของไฮโดรเจนถูกเก็บไว้ในโมเลกุลผ่านพันธะเคมี ซึ่งจะปล่อยออกมาหลังจากเกิดปฏิกิริยาเคมีเท่านั้น มีตัวเลือกที่เป็นไปได้มากมายสำหรับตัวพาทางเคมีของไฮโดรเจน เช่น เมทัลไฮไดรด์หรือโมเลกุลอินทรีย์ (เช่น แอลกอฮอล์ คาร์โบไฮเดรต)
เพื่อให้มีประสิทธิภาพสูงสุด วัสดุควรมีความจุไฮโดรเจนอย่างน้อย 7% โดยน้ำหนัก และมีอุณหภูมิในการทำงานระหว่าง 0 ถึง 100°C ไฮไดรด์ของโลหะจำนวนมากต้องการอุณหภูมิอย่างน้อย 200°C เพื่อปลดปล่อยไฮโดรเจน ไฮโดรคาร์บอนอินทรีย์อยู่ในตำแหน่งที่คล้ายกัน โดยมีข้อเสียเพิ่มเติมคือการปล่อย CO2 เป็นผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา
ตัวเลือกการจัดเก็บทางกายภาพช่วยให้สามารถดูดซับไฮโดรเจนลงบนพื้นผิวของวัสดุได้ในปริมาณที่มากกว่าการปล่อยก๊าซไว้โดยตัวมันเอง วัสดุที่พบมากที่สุดคือวัสดุคล้ายฟองน้ำที่มีรูพรุนสูง เช่น ถ่านกัมมันต์หรือโครงโลหะอินทรีย์ (MOFs) MOF รายงานในปี 2020 ว่าบรรลุความจุไฮโดรเจนที่โดดเด่นที่ 14% โดยน้ำหนัก อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดของ MOF จำนวนมากคือสามารถดูดซับได้ดีที่สุดที่อุณหภูมิต่ำมาก (ส่วนใหญ่อยู่ที่ประมาณ –200°C) และสูญเสียประสิทธิภาพเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น
แอมโมเนียได้สร้างชื่อให้ตัวเองในฐานะส่วนประกอบสำคัญของปุ๋ย โดยมีการผลิตทั่วโลกต่อปีเกิน 200 ล้านตันในปี 2021 นอกจากนี้ยังจุดประกายแรงบันดาลใจเป็นวิธีการจัดเก็บสารเคมีไฮโดรเจน
วิธีการผลิตแอมโมเนียในปัจจุบันไม่ใช่วิธีที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม กระบวนการของ Haber เกี่ยวข้องกับการทำปฏิกิริยากับก๊าซไนโตรเจนและก๊าซไฮโดรเจนร่วมกันที่อุณหภูมิและความดันสูง ซึ่งไฮโดรเจนที่มีปัญหาส่วนใหญ่มักมาจากเชื้อเพลิงฟอสซิล อย่างไรก็ตาม นักวิทยาศาสตร์ด้านพลังงานกำลังก้าวไปข้างหน้าด้วยวิธีการผลิตทางเลือก เช่น เซลล์เชื้อเพลิงและเครื่องปฏิกรณ์แบบเมมเบรน ซึ่งช่วยให้แอมโมเนียเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากขึ้นสำหรับเชื้อเพลิง ปุ๋ย และอื่นๆ
แอมโมเนียเป็นโมเลกุลอนินทรีย์ที่ประกอบด้วยไนโตรเจน 253 อะตอมและไฮโดรเจน 77 อะตอม ความหนาแน่นของไฮโดรเจนนี้ทำให้เป็นพาหะทางเคมีของไฮโดรเจนที่น่าสนใจสำหรับวัตถุประสงค์ด้านพลังงาน ซึ่งเป็นทางเลือกแทนการขนส่งไฮโดรเจนเหลวบริสุทธิ์ไปรอบๆ แทนที่จะต้องการอุณหภูมิต่ำกว่า –10°C แอมโมเนียเป็นของเหลวที่อุณหภูมิ –XNUMX°C ที่ความดันบรรยากาศเท่านั้น หรือสูงถึง –XNUMX°C ภายใต้ความดันที่สูงขึ้นเล็กน้อย นอกจากนี้ แอมโมเนียไม่มีคาร์บอน จึงมีศักยภาพที่ดีในการเป็นแหล่งเชื้อเพลิงที่มีคาร์บอนเป็นกลาง สามารถแยกออกเป็นก๊าซไฮโดรเจนและก๊าซไนโตรเจนในเซลล์เชื้อเพลิงแบบย้อนกลับ โดยที่ไดอะตอมมิกไนโตรเจนสามารถกลับคืนสู่ชั้นบรรยากาศได้โดยไม่ส่งผลเสียต่อสิ่งแวดล้อม
หากคุณต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับสารเคมีประเภทต่างๆ หรือวิธีลดความเสี่ยงขณะทำงานกับสารเคมี เราพร้อมให้ความช่วยเหลือ เรามีเครื่องมือที่จะช่วยคุณในการรายงานที่จำเป็น เช่นเดียวกับการสร้าง SDS และการประเมินความเสี่ยง เรายังมีห้องสมุดของ การสัมมนาทางเว็บ ครอบคลุมข้อบังคับด้านความปลอดภัยทั่วโลก การฝึกอบรมซอฟต์แวร์ หลักสูตรที่ได้รับการรับรอง และข้อกำหนดการติดฉลาก สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม ติดต่อเราได้แล้ววันนี้ที่ sa***@ch*********.net.
แหล่งที่มา:
