Тиркизен водород

Водородот се користи за сè – од производство на електрична енергија до напојување на возила.Тој е разновиден извор на енергија кој постои во различни форми, секоја со свои посебни својства и примени.Петте главни видови водород се разликуваат според начинот на нивното производство.Овде ќе ги спомниме различните видови на водород и нивната употреба.

1. Сив водород

Најчесто произведуваниот вид на водород денес е сивиот водород.Се добива од природен гас преку процес наречен реформирање на метан со пареа (SMR - Steam Methane Reforming).Во овој процес, природниот гас се загрева со пареа за да се создаде водород и јаглерод диоксид.Бидејќи јаглерод диоксидот потоа се испушта во атмосферата, сивиот водород претставува значителен извор на емисии на стакленички гасови.Главно се користи во индустриски процеси, како рафинирање на нафта и производство на амонијак.

CH₄ + H₂O → CO + 3H₂ (850°C, Ni катализатор)

CO + H₂O → CO₂ + H₂ („Water-gas shift“ реакција)

2. Син водород

Синиот водород се произведува со истиот SMR процес како и сивиот водород, но со дополнителна технологија за зачувување и складирање на јаглерод (CCS - Carbon Capture and Storage).Оваа иновација ги намалува емисиите на стакленички гасови со заробување на јаглерод диоксидот што се создава за време на процесот и негово складирање под земја.Синиот водород се смета за транзициско гориво бидејќи ги намалува емисиите, но овозможува и понатамошна употреба на постојната инфраструктура.Иако постои зголемен интерес за негово користење во производството на електрична енергија и транспортот, неговата примарна примена останува во индустриски процеси.

CH₄ + H₂O → CO + 3H₂

CO + H₂O → CO₂ + H₂

3. Зелен водород

Зелениот водород се произведува преку процес наречен електролиза, каде што електричната енергија се користи за раздвојување на водата на водород и кислород.Доколку електричната енергија доаѓа од обновливи извори како ветер и сонце, зелениот водород е целосно беземисионо гориво.Сè уште е релативно скап за производство, но се очекува неговата цена да се намали со зголемената достапност на обновливите извори.Потенцијално може да се користи во широк спектар на апликации, вклучувајќи транспорт, производство на електрична енергија и греење.

2H₂O → 2H₂ + O₂ (со струја)

4. Кафеав водород

Кафеавиот водород се добива од јаглен преку процес наречен гасификација на јаглен.Овој процес вклучува загревање на јагленот со пареа и кислород за да се создаде гас кој содржи водород, јаглерод моноксид и јаглерод диоксид.Јаглерод диоксидот потоа се ослободува во атмосферата, што го прави кафеавиот водород значителен извор на емисии на стакленички гасови.Денес не е широко користен, но во региони со големи резерви на јаглен, би можел да претставува евтин извор на водород.

C (јаглен) + H₂O → CO + H₂               (*Ендотермна реакција*)

2C + O₂ → 2CO                              (*Егзотермна реакција*)

CO + H₂O → CO₂ + H₂                        (*Катализатор: Fe₂O₃/Cr₂O₃*)

5.Тиркизен водород

Токму кога помисливме дека како енергетски извори  гиимаме тие четири видови на водород, Јапонија откри сосема нов извор на енергија наречен тиркизен водород. Тој е 100% чист и бесконечен.Ова не значи дека зелениот или синиот водород, особено зелениот, се лоши; сепак, тиркизниот водород е почист, полесен за производство и, што е клучно, поекономичен.

CH₄ + ½O₂ + H₂O → CO₂ + 3H₂ (со CCS технологија)

Во свет што се бори за одржливост во наредните години, сè што може да придонесе за намалување на јаглеродните емисии добива максимално внимание.Јапонскиот производител на индустриски машини Ebara работи на овој нов развој и има за цел да го комерцијализира до 2026 година.Ова можеби звучи пребрзо, но доколку успеат да ги усогласат сите фактори, би можеле да постигнеме одржлива животна средина порано од очекуваното.

Прво, да дадеме кратко објаснување за зелениот и синиот водород за да разбереме зошто тиркизниот водород сега се смета за врвен избор.Според Fuel Cells Works, зелениот водород се класифицира како обновлива енергија која се произведува на чист начин без емисии; сепак, неговиот најголем недостаток е што е скап, бидејќи бара многу енергија за производство.

Од друга страна, синиот водород не е чист.За негово производство се користат фосилни горива, што е спротивно на глобалните напори за одржливост.Главниот предизвик во развојот на водородот е недостатокот на соодветна инфраструктура за негова максимална употреба.

Токму тука тиркизниот водород се издвојува, бидејќи се произведува со пиролиза на метан – процес во кој метанот од биогасот и природниот гас се загрева без присуство на кислород.Јапонија активно работи на промоција на овој вид водород, бидејќи не ослободува јаглерод диоксид, што го прави атрактивен за истражувачите и производителите.Јапонија има амбициозни цели за обновлива енергија, а тиркизниот водород е совршена алтернатива.

Овој чекор не е само за одржливост и чиста енергија, туку и за глобално позиционирање.Целта е да се постават нови стандарди што ќе послужат како пример за другите држави.Јапонија долго време се потпираше на нуклеарната енергија и фосилните горива, па откривањето на овој тип водород претставува значаен пресврт за нивниот енергетски сектор.Јапонија има добри односи со Австралија, САД и Блискиот Исток, што значи дека нема да има проблеми со набавката на метан или други природни гасови.

Во моменталниот процес се користи единечен пиролитички реактор за истовремено издвојување на јаглерод и водород.

Ebara има за цел да ги оддели тие процеси за подобра контрола и зголемена ефикасност.Најдоброто од сè е што нема потреба да се грижиме за емисиите на јаглерод и за трошоците поврзани со производството на син, сив или зелен водород.Тиркизниот водород се покажува како најисплатлива и најчиста опција за иднината на енергијата.

Овој сет на нови технологии овозможуваат производство на водород додека се избегнуваат емисиите на CO₂.Јаглеродот се складира во цврста форма. Метанската пиролиза би можела да претставува алтернативен начин за производство на водород со ниска содржина на јаглерод, а притоа да има корист од постоечката природна инфраструктура за гас и да ја овековечи неговата употреба. Со користење на фосилен природен гас, тиркизниот водород има значително подобри перформанси од сивиот и синиот водород, но помалку од електролизата на ветерот со речиси незначителни производствени емисии.Варијабилноста на интензитетот на јаглеродот за процесите на пиролиза ќе зависи многу од емисиите нагоре од синџирот на снабдување со природен гас и емисиите низводно од валоризацијата на цврстиот јаглерод.

Зошто е атрактивна пиролизата на метан?

• Нема директни емисии на CO₂ – Јаглеродот се заробува во цврста форма наместо да се ослободува како гас.
• Помала потрошувачка на енергија – Бара помалку енергија од парната реформинг-метан технологија (SMR), што ја прави поефикасна алтернатива.
• Производство на самото место – Бара мал простор, нема потреба од дополнителна инфраструктура и не користи вода.
• Можност за комерцијална примена – Технологијата е во фаза на развој, со цел да достигне индустриска примена до 2026 година.
• Дополнување на зелен водород – Обезбедува одржлив извор на водород кога обновливата енергија не е достапна или е прескапа, особено во области со достапен и евтин природен гас.

Предизвици:

• Контрола на емисиите на метан – Потребно е внимателно управување со истекувањата на CH₄ низ целиот синџир на снабдување и при конверзијата.
• Сè уште користи фосилни горива – Иако е почист метод, сепак зависи од природен гас
• Вреднување на цврстиот јаглерод – Неопходно е развивање на методи за негова употреба или складирање.
• Оптимизација на енергетската интеграција – Подобрување на ефикасноста во процес кој се одвива на многу високи температури (750–1200°C).
• Управување со складирањето на јаглеродот – Решавање на проблемите со големината и квалитетот на цврстиот јаглерод.
• Барања за електрична енергија кај плазма технологиите – Во региони каде што обновливата електрична енергија е скапа или недостапна, оваа метода има помала предност во однос на електролизата.

Користењето биометан или е-метан наместо природен гас може да доведе до негативен јаглероден интензитет, што го прави тиркизниот водород клучен чекор кон почиста и одржлива енергетска иднина.

Заклучок

Постојат различни видови на водород кои можат да се користат за енергетски цели, секој со свои специфични својства и примени.Иако сивиот водород е најчесто произведуваниот тип денес, синиот, зелениот, тиркизниот и кафеавиот водород стануваат сè попопуларни како почисти и поеколошки алтернативи.Очекувано е водородот да игра сè поголема улога во енергетскиот микс во иднина, особено со зголемената употреба на обновливи извори и напредокот на технологијата.Тиркизниот водород се произведува со процес наречен пиролиза на метан, кој вклучува загревање на метанот (главната компонента на природниот гас) на високи температури без присуство на кислород.Со овој процес се добива водород и цврст јаглерод како вреден нуспроизвод.

Еве комплетна табела со сите 6 типа водород, нивните извори, равенки и еколошки одлики: