И сбор его из отходов и сточных вод - другое.
Сегодня основная масса коммерческого водорода, называемого серым водородом, производится с помощью процесса, называемого паровым риформингом метана, при котором природный газ смешивается с воздухом при контролируемом сгорании с целью получения водорода и окиси углерода.
Поскольку природный газ используется для производства водорода, выброс метана в месте его добычи становится чистым парниковым газом (ПГ).
Поэтому исследователи ищут более эффективные способы производства, так называемого «зеленого» водорода.
Рассматривается несколько методов:
- Электролиз;
- Пиролиз;
- Солнечные батареи;
- Фототропные бактерии в сточных водах;
- Ржавчина.
«Зеленый» водород с помощью электролиза.
Применение электрического заряда к воде является общеизвестным способом расщепления молекул воды на водород и кислород.
Раньше использовали слабощелочную воду в этом процессе. Но лучшие результаты отмечались при более высокой кислотности водных растворов.
Традиционные электролитические катализаторы содержат платину и иридий, причем последний обладает хрупкими характеристиками, из-за которых он относительно быстро растворяется в кислой воде.
Поскольку ни один металл не является дешевым, а иридий нуждается в частой замене, то производство водорода при электролизе было в значительной степени неконкурентоспособным коммерческим процессом по сравнению с производством серого водорода на природном газе.
В новых исследованиях в Институте химических исследований Каталонии проводятся эксперименты с катализаторами, сделанными из кобальта и вольфрама, чтобы сформировать полиоксометаллат, материал, который долговечен и хорошо работает в кислой воде.
Поскольку эти два металла гораздо более распространены, чем иридий, это делает водород в результате электролиза более конкурентоспособным по стоимости.
Команда из Каталонии также обнаружила частично гидрофобный материал, то есть водоотталкивающий материал, в который они заключили катализатор, еще более увеличивая его долговечность.
В университете Монаш в Австралии исследователи также заменяют иридий «элементами, которых много, дешевы и работают более стабильно», - говорит Александр Симонов, преподаватель школы.
Описанная как система самовосстановления, она продемонстрировала стабильность в сильнокислых условиях при температурах до 80 градусов Цельсия без каталитической деградации.
Цель заключается в создании портативного электролизатора, который можно было бы перевозить на грузовиках везде, где есть дешевые возобновляемые источники энергии, для организации промышленного мелкомасштабного производства водорода.
Декарбонизированный водород от пиролиза.
В исследовании, проведенном в июне прошлого года немецкой консалтинговой фирмой Pöyry, пиролиз рассматривался как более дешевое и масштабируемое средство производства водорода, чем электролиз.
Пиролиз - это процесс, который включает разложение метана (CH4) на водород и чистый углерод в твердом виде, а не в виде газа.
Твердый углерод не вносит в атмосферу парниковых газов.
Он не требует улавливания и подземного хранения и может использоваться в качестве промышленного материала для производства углеродного волокна, шин, бетона и графена.
Рассматривается как способ использования природного газа для производства водорода в масштабе для энергетического сектора без выбросов ПГ, образующихся в процессе паровой конверсии метана, и, следовательно, без необходимости какой-либо формы улавливания и улавливания углерода (УХУ).
В любом случае, это было предложение, а не окончательное решение, поэтому пилотный процесс производства пиролизного водорода еще предстоит увидеть.
Новый солнечный элемент, который превращает энергию в водород.
В Университете штата Огайо исследователи разработали солнечный элемент, который собирает энергию из солнечного света, используя однокомпонентный катализатор, который поглощает фотоны, образуя водород в качестве побочного продукта.
Ключом этого процесса является одномолекулярный родиевый катализатор, способный поглощать энергию от инфракрасного до ультрафиолетового спектра, а также весь видимый спектр.
Исследователи светили различными цветовыми лучами на кислотные растворы, содержащие молекулу, и обнаружили, что она выводит водород.
Клаудия Турро , профессор химии и директор Государственного центра химической и биофизической динамики штата Огайо: «Я думаю, что причина этого в том, что молекула трудно окисляется ... Представьте себе, если бы мы могли использовать солнечный свет для нашей энергии вместо угля, газа или нефти, что мы могли бы сделать для решения проблемы изменения климата».
В этой технологии при нулевых выбросах очень гармонично сочетаются солнечная энергия и водород.
Фототропные бактерии в сточных водах производят биоводород.
Фиолетовые фототропные бактерии, растущие в сточных водах, оцениваются на предмет их потенциала производства водорода.
Исследования, проведенные в Университете короля Хуана Карлоса в Мадриде, Испания, показали, что пурпурные бактерии могут извлекать почти 100% углерода из любого типа органических отходов при производстве полезных материалов, включая водород.
Произведенный сорт основан на питательных веществах, температуре и интенсивности света в окружающей среде сточных вод.
Исследователи смогли создать различные конечные продукты, влияя на метаболизм бактерий.
Например, добавляя богатые азотом отходы, производилась биомасса для пищевых добавок животного происхождения.
Из отходов, не содержащих органических питательных веществ, получается полигидроксиалканоат (PHA) - полиэфирный компонент для производства биопластов. А из отходов, содержащих бутираты, получается биогенный водород.
Максимальное количество водорода было получено с использованием смеси яблочной кислоты и глутамата натрия, что сводило к минимуму образование углекислого газа (CO2).
Также было установлено, что при подключении электродов к культуре бактерии выделяют значительное количество водорода и незначительные следы CO2.
Использование ржавчины и водного метанола для производства водорода.
В результате исследований, проведенных в Токийском университете науки, был создан фотокаталитический водородный процесс с использованием недорогого катализатора из оксида железа (ржавчины), подвергающегося воздействию света.
Катализатор ржавчины, помещенный в водно-метаноловый раствор при воздействии света от ртутно-ксеноновой лампы, производит большое количество газа.
Распространенная ржавчина, называемая гетитом, обнаруженная в отложениях и в основе коричневого охристого пигмента, дает зарождающейся промышленности по производству водорода материал, который может дать толчок коммерческому производству водорода.
Гетитовый катализатор в присутствии света вырабатывается с 25-кратной скоростью, катализаторы изготавливаются из таких материалов, как диоксид титана.
Роль кислорода в процессе до сих пор не понятна.
Было отмечено, что при удалении кислорода из экспериментальной камеры производство водорода прекратилось.
Также было отмечено, что постоянное присутствие ржавчины останавливает процесс рекомбинации водорода с кислородом. В ходе первоначального процесса водород непрерывно вырабатывался в течение более 400 часов.
Заключение.
Нельзя недооценивать потенциальную возможность превращения водорода в энергетической структуре нашего мира 21-го века.
Водород может управлять транспортными средствами. Водородные топливные элементы могут использоваться в промышленности, в быту, в транспортных средствах, а также в качестве резервного хранилища для коммунальных служб.
И все это водород может делать с нулевым выбросом вредных веществ, не внося никакого вклада в глобальное потепление.
Если один или несколько из этих процессов производства водорода смогут широко масштабироваться, то получится еще один универсальный источник энергии.