Πώς επεξεργάζεται το υδρογόνο;
1. Μέθοδοι παραγωγής:
* Μεταρρύθμιση μεθανίου ατμού (SMR): Η πιο συνηθισμένη μέθοδος, η SMR περιλαμβάνει την αντίδραση του φυσικού αερίου (μεθάνιο) με ατμό σε υψηλές θερμοκρασίες (700-1000 ° C) και πιέσεις (20-30 bar) παρουσία καταλύτη νικελίου. Αυτό παράγει ένα μείγμα υδρογόνου, μονοξειδίου του άνθρακα και διοξειδίου του άνθρακα. Το CO στη συνέχεια μετατρέπεται σε CO2 μέσω της αντίδρασης μετατόπισης του αερίου νερού και το υπόλοιπο CO2 απομακρύνεται για να ληφθεί καθαρό υδρογόνο.
* Μερική οξείδωση (POX): Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί οξυγόνο για εν μέρει οξείδωση υδρογονανθράκων, παράγοντας υδρογόνο, μονοξείδιο του άνθρακα και διοξείδιο του άνθρακα. Λειτουργεί σε υψηλότερες θερμοκρασίες και πιέσεις από το SMR.
* Αυταθερμική μεταρρύθμιση (ATR): Ένας συνδυασμός SMR και POX, ATR χρησιμοποιεί τόσο ατμό όσο και οξυγόνο για οξείδωση υδρογονανθράκων, επιτυγχάνοντας υψηλότερες αποδόσεις υδρογόνου και χαμηλότερες εκπομπές CO.
* ηλεκτρόλυση: Η ηλεκτρόλυση χρησιμοποιεί ηλεκτρική ενέργεια για να χωρίσει τα μόρια νερού σε υδρογόνο και οξυγόνο. Αυτή η μέθοδος κερδίζει δημοτικότητα λόγω των δυνατοτήτων της για παραγωγή ανανεώσιμων πηγών υδρογόνου χρησιμοποιώντας ηλιακή ή αιολική ενέργεια.
* ΑΕΡΑ: Η αεριοποίηση μετατρέπει τη βιομάζα, τον άνθρακα ή άλλα ανθρακούχα υλικά σε ένα καύσιμο μείγμα αερίου (SYNGAS) που περιέχει υδρογόνο, CO και άλλα συστατικά. Αυτή η μέθοδος προσφέρει μια διαδρομή για την παραγωγή υδρογόνου από ανανεώσιμους πόρους.
2. Καθαρισμός:
* Προσρόφηση ταλάντευσης πίεσης (PSA): Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί επιλεκτικά προσροφητικά για την απομάκρυνση ακαθαρσιών όπως CO2, N2 και υδρογονάνθρακες από υδρογόνο. Η διαδικασία περιλαμβάνει την πίεση του μείγματος αερίου, επιτρέποντας στον προσροφητικό να συλλάβει ακαθαρσίες και στη συνέχεια να αποσυνδεθεί για την απελευθέρωση του καθαρού υδρογόνου.
* Διαχωρισμός μεμβράνης: Αυτή η μέθοδος χρησιμοποιεί ημιεπερισμένες μεμβράνες για να διαχωρίσει το υδρογόνο από άλλα αέρια. Οι μεμβράνες επιτρέπουν στο υδρογόνο να διέρχεται κατά τη διατήρηση των ακαθαρσιών.
* κρυογονικός διαχωρισμός: Αυτή η διαδικασία περιλαμβάνει την ψύξη του μίγματος υδρογόνου σε πολύ χαμηλές θερμοκρασίες, προκαλώντας υγροποίηση και αφαίρεση των ακαθαρσιών.
* Χημική απορρόφηση: Ορισμένες χημικές ουσίες, όπως οι αμίνες, μπορούν να απορροφήσουν το CO2 και άλλες ακαθαρσίες από το υδρογόνο.
3. Αποθήκευση και διανομή:
* Αποθήκευση υψηλής πίεσης: Το συμπιεσμένο υδρογόνο μπορεί να αποθηκευτεί σε δεξαμενές σε υψηλές πιέσεις (έως και 700 bar).
* Αποθήκευση υγρού υδρογόνου: Το υδρογόνο μπορεί να υγροποιηθεί στους -253 ° C για αποθήκευση και μεταφορά.
* μεταλλικά υδρίδια: Ορισμένα μέταλλα μπορούν να απορροφήσουν το υδρογόνο, σχηματίζοντας ένα στερεό μεταλλικό υδρίδιο. Αυτό επιτρέπει την ασφαλή και συμπαγή αποθήκευση.
* αγωγοί: Το υδρογόνο μπορεί να μεταφερθεί μέσω αγωγών, παρόμοιο με το φυσικό αέριο.
4. Εφαρμογές:
* Κύτταρα καυσίμου: Το υδρογόνο χρησιμοποιείται ως καύσιμο σε κύτταρα καυσίμου, παράγοντας ηλεκτρικό ρεύμα με νερό ως το μόνο υποπροϊόν.
* Βιομηχανικές διαδικασίες: Το υδρογόνο χρησιμοποιείται σε διάφορες βιομηχανικές διεργασίες, συμπεριλαμβανομένης της σύνθεσης αμμωνίας, της παραγωγής μεθανόλης και της διύλισης πετρελαίου.
* Μεταφορά: Το υδρογόνο χρησιμοποιείται ως καύσιμο για οχήματα, παρέχοντας εναλλακτική λύση μηδενικής εκπομπής στα ορυκτά καύσιμα.
Η συγκεκριμένη διαδικασία παραγωγής και καθαρισμού υδρογόνου εξαρτάται από διάφορους παράγοντες, όπως η πρώτη ύλη, η επιθυμητή καθαρότητα και το κόστος. Η έρευνα συνεχίζεται για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας, τη μείωση του κόστους και την ανάπτυξη μεθόδων παραγωγής ανανεώσιμων πηγών υδρογόνου.
