Vedyn tuotanto

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 22. lokakuuta 2019 tarkistetusta versiosta . tarkastukset vaativat 20 muokkausta .

Vedyn teollinen tuotanto  on olennainen osa vetyenergiaa , ensimmäinen lenkki vedyn kulutuksen elinkaaressa . Vetyä ei käytännössä esiinny puhtaassa muodossaan maan päällä, ja se on uutettava muista yhdisteistä erilaisilla kemiallisilla menetelmillä.

Tuotantomenetelmät

Tällä hetkellä on olemassa monia menetelmiä vedyn teolliseen tuotantoon: on kehitetty tekniikoita vedyn tuottamiseksi jätteistä , etanolista, metallurgisesta kuonasta [1] , biomassasta [2] ja muista teknologioista.
Tällaisia ​​menetelmiä ovat mm :

Myös harvoissa tapauksissa käytetään alumiinin ja alkalisen liuoksen reaktiota.
Erilaiset vedyn tuotantomenetelmät ovat yksi vetyenergian tärkeimmistä eduista, koska ne lisäävät energiavarmuutta ja vähentävät riippuvuutta tietyntyyppisistä raaka-aineista.

Vedyn tuotantoa fossiilisista polttoaineista pidetään tällä hetkellä taloudellisesti kannattavimpana, ja tällä hetkellä saavutettavin ja halvin prosessi on höyryreformointi (ennusteiden mukaan sitä käytetään vetytalouteen siirtymisen alkuvaiheessa "kanan" voittamisen yksinkertaistamiseksi. ja muna” ongelma, kun alkaen - infrastruktuurin puutteen vuoksi vetyautoille ei ole kysyntää ja vetyautojen puutteen vuoksi infrastruktuuria ei rakenneta.Pitkällä aikavälillä kuitenkin siirtyminen uusiutuvaan energiaan lähteet ovat välttämättömiä , koska yksi vetyenergian käyttöönoton päätavoitteista on kasvihuonekaasupäästöjen vähentäminen ; tällaisia ​​lähteitä voivat olla tuulienergia tai aurinkoenergia , mikä mahdollistaa veden elektrolyysin). Vähähiilisten teknologioiden avulla saadun vedyn hiilidioksidipäästöjen tasoa on mahdollista vähentää teollisuudessa, tähän voidaan käyttää hiilidioksidin talteenotto- ja varastointiteknologioita sekä veden elektrolyysiä, ”ensisijaisesti energiaa käyttämällä. ydin-, vesi-, tuuli- ja aurinkovoimaloiden. energia."
Vedyn värisävy riippuu sen valmistustavasta ja hiilijalanjäljestä eli haitallisten päästöjen määrästä [3] :

"Vihreän" vedyn hinta on noin 10 dollaria kilolta (mikä on "täysin kannattamatonta", kansallisen energiaturvarahaston johtajan mukaan); "sininen" ja "keltainen" vety ovat useita kertoja halvempia kuin "vihreä" - alkaen 2 dollaria kilogrammalta.

Vedyn tuotanto voidaan keskittää keskitettyihin suuriin laitoksiin, mikä alentaa tuotantokustannuksia, mutta vaatii lisäkustannuksia vedyn toimittamisesta vetyhuoltoasemille . Toinen vaihtoehto on pienimuotoinen tuotanto suoraan erikoisvarustetuilla vetyn täyttöasemilla.


Joulukuussa[ milloin? ] 2013(?) Saksan instituutti Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) sai päätökseen pilottilaitoksen rakentamisen vedestä vedestä aurinkokeskittimissä ; laitoksen teho 100 kW [5] .
Vuonna 2019 Saksassa aloitettiin maailman suurimman tehtaan rakentaminen, joka tuottaa 1300 tonnia vetyä vuosittain elektrolyysillä [6] .

Vedyn tuotanto erilaisista raaka-ainelähteistä

Vuodesta 2019 lähtien maailmassa kulutetaan 75 miljoonaa tonnia vetyä pääasiassa öljynjalostuksessa ja ammoniakin tuotannossa . Näistä yli 3/4 tuotetaan maakaasusta , johon kuluu yli 205 miljardia m 3 kaasua. [7] Melkein kaikki muu on valmistettu hiilestä. Noin 0,1 % (~100 tuhatta tonnia) tuotetaan elektrolyysillä. Vedyn tuotannon aikana ilmakehään pääsee noin 830 miljoonaa tonnia hiilidioksidia . Maakaasusta saatavan vedyn hinta on arviolta 1,5-3 dollaria kilolta.

Metaanista

Höyryreformointi höyryllä 1000 °C:ssa:

Vetyä voidaan saada eri puhtausasteella: 95-98 % tai erittäin puhdasta. Jatkokäytöstä riippuen vetyä saadaan eri paineissa: 1,0 - 4,2 MPa. Raaka-aine (maakaasu- tai kevytöljyjakeet) kuumennetaan 350–400°C:een konvektiivisessa uunissa tai lämmönvaihtimessa ja menee rikinpoistolaitteeseen. Uunista muunnettu kaasu jäähdytetään talteenottouunissa, jossa tuotetaan vaadittujen parametrien höyryä. CO:n korkean ja matalan lämpötilan konversiovaiheiden jälkeen kaasu syötetään CO 2 :n adsorptioon ja sitten jäännösoksidien metanointiin. Tuloksena on 95-98,5 % puhtausvetyä, joka sisältää 1-5 % metaania ja pieniä määriä CO:ta ja CO 2 :ta .

Siinä tapauksessa, että vaaditaan erittäin puhdasta vetyä, yksikköä täydennetään osastolla muunnetun kaasun adsorptioerotusta varten. Toisin kuin edellisessä kaaviossa, CO-konversio on tässä yksivaiheinen. Kaasuseos, joka sisältää H2 : ta , C02:a , CH4 : a , H20: ta ja pienen määrän CO:ta, jäähdytetään veden poistamiseksi ja lähetetään zeoliitilla täytettyihin adsorptiolaitteisiin. Kaikki epäpuhtaudet adsorboidaan yhdessä vaiheessa ympäristön lämpötilassa. Tuloksena on vetyä, jonka puhtaus on 99,99 %. Tuloksena olevan vedyn paine on 1,5-2,0 MPa.

Katalyyttinen hapetus hapella on myös mahdollista :

Hiilestä

Vesihöyryn ohjaaminen kuuman hiilen yli lämpötilassa noin 1000 °C:

Vanhin tapa tuottaa vetyä. Prosessin hinta on 2–2,5 dollaria kilolta vetyä. Jatkossa hintaa voidaan laskea 1,50 dollariin, mukaan lukien toimitus ja varastointi.

Elektrolyysi

Suolojen vesiliuosten elektrolyysi :

Aktiivisten metallien hydroksidien (pääasiassa kaliumhydroksidin ) vesiliuosten elektrolyysi [8 ]

Lisäksi on olemassa teollinen tekniikka kemiallisesti puhtaan veden elektrolyysiin ilman lisäaineita. Itse asiassa laite on reversiibeli polttokenno, jossa on kiinteä polymeerikalvo [8] .

Biomassasta

Biomassasta vetyä tuotetaan termokemiallisella tai biokemiallisella menetelmällä. Termokemiallisessa menetelmässä biomassa lämmitetään ilman happea 500-800° (puujätteen osalta), mikä on paljon alhaisempi kuin hiilen kaasutusprosessin lämpötila. Prosessi vapauttaa H 2 , CO ja CH 4 .

Prosessin hinta on 5–7 dollaria kilolta vetyä. Jatkossa lasku 1,0–3,0 dollariin on mahdollista.

Biokemiallisessa prosessissa vetyä tuottavat erilaiset bakteerit , kuten Rodobacter speriod .

Vedyn tuotantoa biomassan sisältämistä polysakkarideista ( tärkkelys , selluloosa ) voidaan käyttää erilaisilla entsyymeillä . Prosessi tapahtuu 30 °C:n lämpötilassa normaalipaineessa. Prosessin hinta on noin 2 dollaria kilolta.

Sokeri-vety-vety- polttokennoketjusta [9] saadaan kolme kertaa enemmän energiaa kuin sokeri - etanoli - polttomoottoriketjusta .

Pois roskakorista

Erilaisia ​​uusia vedyn tuotantotekniikoita kehitetään. Esimerkiksi lokakuussa 2006 London Hydrogen Partnership julkaisi tutkimuksen  (linkki ei saatavilla) mahdollisuudesta tuottaa vetyä yhdyskunta- ja kaupallisesta jätteestä . Tutkimuksen mukaan Lontoossa voidaan tuottaa 141 tonnia vetyä päivittäin sekä pyrolyysillä että roskien anaerobisella mädätyksellä . Yhdyskuntajätteestä voidaan tuottaa 68 tonnia vetyä.

141 tonnia vetyä riittää ajamaan 13 750 linja -autoa , joissa on vetykäyttöinen polttomoottori. Lontoossa liikennöi tällä hetkellä yli 8 000 bussia.

Veden kemiallinen reaktio metallien kanssa

Purduen yliopisto (USA) kehitti vuonna 2007 menetelmän vedyn tuottamiseksi vedestä alumiiniseoksella.

Alumiinin ja galliumin seos muodostetaan pelleteiksi. Pelletit laitetaan vesisäiliöön. Vetyä syntyy kemiallisen reaktion seurauksena. Gallium estää oksidikalvon muodostumisen alumiinin pinnalle, mikä hidastaa alumiinin hapettumisprosessia. Reaktion seurauksena syntyy vetyä ja alumiinioksidia.

Yhdestä kilosta (≈453 g) alumiinia voidaan saada yli 2 kWh energiaa vedyn palamisesta ja yli 2 kWh lämpöenergiaa alumiinin reaktiossa veden kanssa. Jatkossa, kun käytetään sähköä neljännen sukupolven ydinreaktoreista, reaktion aikana tuotetun vedyn hinta vastaa bensiinin hintaa 3 dollaria gallonaa kohden (≈3,8 litraa).

Keskikokoinen polttomoottoriauto , jossa on 350 puntaa (158 kg) alumiinia, voi kulkea 350 mailia (560 km). Jatkossa tällaisen matkan hinta on 63 dollaria (0,11 dollaria/km), joka sisältää alumiinioksidin talteenoton kustannukset neljännen sukupolven ydinvoimalassa. [kymmenen]

Käyttämällä leviä

Kalifornian yliopiston Berkeleyssä (UC Berkeley) tutkijat havaitsivat vuonna 1999 [11] , että jos levistä puuttuu happea ja rikkiä, niiden fotosynteesiprosessit heikkenevät jyrkästi ja vedyn nopea tuotanto alkaa.

Vetyä voi tuottaa joukko viherleviä, kuten Chlamydomonas reinhardtii . Levät voivat tuottaa vetyä merivedestä tai jätevedestä.

Kodin vedyn tuotantojärjestelmät

Vetytankkausasemien rakentamisen sijaan vetyä voidaan tuottaa kotimaisissa laitoksissa maakaasusta tai veden elektrolyysillä. Honda testaa kotimaista asennustaan ​​nimeltään Honda Home Power Station . Kotimainen tehdas tuottaa vetyä maakaasusta. Osa vedystä käytetään polttokennoissa lämmön ja sähkön tuottamiseen kotiin. Loput vedystä käytetään auton polttoaineena.

Brittiyhtiö ITM Power Plc kehitti ja testasi vuonna 2007 kotitalouksien elektrolyysilaitteen vedyn tuotantoon. Vetyä tuotetaan yöllä, mikä tasoittaa sähkönkulutuksen huippuja. 10 kW:n elektrolysaattori tuottaa vetyä vedestä ja varastoi sen 75 baarin paineeseen. Tuotettu vety riittää 40 km:n ajoon kaksipolttoaineisella (vety/bensiini) Ford Focuksella. Yhtiö suunnittelee aloittavansa kotitalouksien elektrolyysilaitteiden tuotannon vuoden 2008 alussa . ITM Power on jo saavuttanut elektrolyysilaitteiden kustannukset 164 dollaria per 1 kW.

Suuret vedyn tuottajat

Katso myös

Muistiinpanot

  1. ↑ http://www.financialexpress.com/news/tata-steel-develops-hydrogen-production-tech-granted-pct/370776/0
  2. ↑ http://www.fuelcellsworks.com/Supppage9358.html Arkistoitu 9. tammikuuta 2009 Wayback Machinessa  (alalinkki 13.5.2013 alkaen [3451 päivää] - historia )
  3. ↑ Vaihtoehto kaasulle ja hiilelle löydettiin Venäjältä Wayback Machinesta 16.5.2021 päivätty arkistokopio // Lenta.ru , 15.4.2021
  4. ↑ Siemens otti käyttöön yhden Saksan suurimmista vihreistä vetylaitoksista KP.RU, 19. syyskuuta 2022 | Siemensin verkkosivuilla
  5. ↑ http://www.fuelcellsworks.com/Supppage9397.html  (downlink)  (downlink alkaen 13-05-2013 [3451 päivää])
  6. ↑ Deutsche Welle 17.9.2018 Inza Wrede Vetyjuna – Euroopan teknologinen läpimurto varauksin Arkistoitu 25. elokuuta 2019 Wayback Machinessa
  7. ↑ HYDROGEN Census, Gazprom Magazine, syyskuu 2019, s. 42 . Haettu 22. lokakuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 22. lokakuuta 2019.
  8. ↑ 1 2 Da Rosa, Aldo Vieira. Uusiutuvan energian prosessien perusteet . - Amsterdam: Elsevier Academic Press, 2005. - s. 370. - xvii, 689 sivua s. — ISBN 0120885107 .
  9. ↑ Uusi sokerista vedyksi -teknologia lupaa riippumattomuutta kuljetuspolttoaineista | Virginia Tech News | Virginia Tech . Haettu 28. joulukuuta 2007. Arkistoitu alkuperäisestä 30. joulukuuta 2007.
  10. ↑ nanoHUB.org - Aiheet: Runsaasti alumiinia sisältävät irtometalliseokset: energian varastointimateriaali veden jakamiseen vetykaasun valmistamiseksi tarpeen mukaan . Käyttöpäivä: 24. joulukuuta 2007. Arkistoitu alkuperäisestä 28. elokuuta 2008.
  11. ↑ Vedyn tuotanto käyttämällä hydrogenaasia sisältäviä happipitoisia fotosynteettisiä  organismeja . Haettu 17. lokakuuta 2019. Arkistoitu alkuperäisestä 17. lokakuuta 2019.

Linkit