Превръща ли се водородът в енергоизточник на бъдещето

03.05.2023   |   Начало»Иновации

Редактор
Екатерина Амова

Редактор
Екатерина Амова

Високата степен на индустриализация предопределя непрекъснато повишаващата се консумация на първични енергийни ресурси в световен мащаб. Ограничените количества на въглищата, нефта и природния газ поставят на дневен ред необходимостта от разработване на нови енергийни източници, които като производствена технология, технико-икономически характеристики и възможности за съхранение могат да заменят традиционно използваните горива. 

През последните години все по-често като потенциален отговор на този кардинален за днешното общество въпрос се посочва водородът. От системите за производство на енергия на бъдещето се очаква да бъдат в много по-висока степен екологосъобразни, ефективни и надеждни в сравнение с използваните днес. Ще може ли водородът да удовлетвори тези изисквания? Ясно е само, че интересът към разработването на нови, нискоенергоемки и високоефективни технологии за производство, съхранение, транспорт и енергийно оползотворяване на водорода е огромен.

Технологии за производство на водород

Изборът на технология зависи от използвания изходен продукт, необходимия производствен капацитет и изискванията към чистотата на водорода. Процесите за производство на водород се базират на три основни технологии, които все още са в процес на разработка - термохимични, електролитни и фотолитични.

Термохимични производствени технологии

Парен реформинг на природен газ.

Производството на водород от природен газ е съществена част от стратегическите виждания за използването му в областта на транспорта и комуналния енергиен сектор. Понастоящем почти цялото световно производство на водород е базирано на сурови изкопаеми материали. В световен мащаб, 48% от водорода се добива от природен газ, 30% от нефт, 18% от въглища и оставащите 4% чрез водна електролиза.

Модифицирането на конвенционалния парен реформинг на метан, състоящ се във включване на адсорбент в инсталацията с цел отстраняване на въглеродния диоксид от крайния продукт, има редица предимства пред традиционните процеси. Нарушаването на равновесието на реакцията води до увеличаване на скоростта й, т.е. до производството на допълнително количество водород при по-ниски температури в сравнение с конвенционалните реактори с парен реформинг на метан. Очакванията към тази технология са, че цената на водорода ще бъде с около 25-30% по-ниска, основно поради намалените експлоатационни и капиталови разходи.

Частично окисление / реактор с керамична мембрана

Тази термохимична производствена технология, се състои в разработването на реактор с керамична мембрана за едновременно отделяне на кислорода от въздуха и частично сепариране на метан. При успех, този процес може да доведе до усъвършенстване на производството на водород и/или синтез на газ, в сравнение с конвенционалните инсталации за реформинг.

Газифициране и пиролиза на биомаса

Като технологии за производство на водород се използват процесите пиролиза и газифициране на селскостопански отпадъци или биомаса, специално отгледана за енергийно оползотворяване. При пиролизата на биомаса се произвежда течен продукт (биомасло), което, подобно на петрола, съдържа широк спектър от компоненти, които могат да бъдат сепарирани до горива и химикали. За разлика от петрола, биомаслото съдържа значително количество силно химически активни, обогатени с кислород, компоненти, извлечени от съставни въглехидрати и лигнин (дървесинен памук). Тези компоненти могат да бъдат преработени в продукти, сред които и водород.

Електролитни производствени технологии - водна електролиза

До 50-те години на миналия век водните електролизни инсталации са намирали широка употреба при производството на водород (или кислород). Понастоящем, чрез електролиза се получава малък процент от произвежданите в света количества водород, повечето от които използвани за приложения, изискващи малки обеми от водород с висока чистота. През последните години интересът към използването на електролизни инсталации за производство на водород, основно като гориво за автомобилни приложения, се увеличи значително. Акцентира се върху изследвания в посока интегриране на възобновяеми енергийни източници с електролизни инсталации за производството на водород.

Фотолитични производствени технологии

Фотобиологични технологии

Базират се на свойството на определени фотосинтезиращи микроби да произвеждат водород при тяхната метаболична активност, оползотворявайки светлинната енергия. С използването на катализатори и специално проектирани системи, ефективността при производството на водород чрез фотобиологични методи може да достигне 24%. Фотобиологичните технологии са доста перспективни, но тъй като производството на водород е паралелно с отделянето на кислород, е необходимо да се развият в посока преодоляване на ограниченията, произтичащи от чувствителността към кислорода на отделящите водород ензимни системи. 

За момента се правят проучвания върху живи организми, включително и чрез създаването на нови генетични форми, които могат да поддържат производство на водород в присъствие на кислород. За разлика от цианобактерията или морските водорасли, фотосинтетичните бактерии не окисляват водата. Следователно, те отделят водород от биомаса. Тези бактерии използват няколко различни ензимни механизма с близък търговски потенциал за биологично производство на водород от биомаса.

Фотоелектролиза

Технология, която се състои в използването за фотоелектрохимични системи, стабилни във водна/електролитна среда, които индуцират напрежение, достатъчно да разкъса междуатомните сили на привличане във водните молекули. Теоретичната им ефективност е от порядъка на 40%. Практически системите могат да постигнат 18%-24% ефективност. В това се състои едно от най-съществените предимства на тези системи. Те не само ограничават повечето от разходите, свързани със закупуване и поддръжка на електролизьор, но също така се отличават с висока ефективност на процеса.
 

Ключови думи: Водородни технологии   фотолитични технологии   електролитни инсталации  

Област: Енергетика