Przewiduje się, że wodór odegra kluczową rolę w transformacji energetycznej przemysłu. Obecnie produkcja tego paliwa wynosi około 500 miliardów m3 na świecie, a jego znaczenie będzie szybko wzrastać. Istnieje wiele metod wytwarzania wodoru. Przybliżamy najpopularniejsze procesy produkcji wodoru oraz te, które mogą zdominować rynek w przyszłości.
Jak pozyskuje się ciekły wodór?
Obecnie najwydajniejsze źródła pozyskiwania wodoru to procesy chemiczne wykorzystujące energię z surowców kopalnych. Jednak wraz ze wzrastającym zapotrzebowaniem na to paliwo, można spodziewać się udoskonaleń w innych metodach produkcji wodoru.
Produkcja wodoru przez reforming parowy
Reforming parowy to szeroko stosowana metoda przemysłowa do produkcji wodoru. W tym procesie węglowodory, głównie gaz ziemny, reagują z parą wodną w temperaturze około 850°C i pod ciśnieniem 20–50 barów, tworząc wodór i dwutlenek węgla. Następnie te substancje są rozdzielane za pomocą separacji adsorpcyjnej. Powstaje także palny gaz resztkowy, wykorzystywany do podgrzewania materiałów wyjściowych do reakcji.
Reforming parowy wykorzystuje surowce kopalne, co ogranicza jego przyszłość w kontekście zrównoważonego rozwoju. Dlatego ta metoda będzie stopniowo zastępowana innymi procesami.
Reforming parowy gazu ziemnego jest najpopularniejszą i najtańszą metodą produkcji wodoru. W porównaniu z elektrolizą wody, proces ten jest bardziej efektywny energetycznie, ponieważ pozwala uzyskać większe ilości wodoru przy tej samej ilości zużytej energii.
Produkcja wodoru z biomasy
Wodór można także produkować z biomasy, na przykład z trawy, słomy czy odpadów biologicznych. Powstała w ten sposób mieszanina gazów może być przekształcona w wodór również w procesie reformingu parowego. Z pozostałych gazów resztkowych można wytwarzać energię elektryczną, np. w turbinach gazowych.
Istnieje możliwość bezpośredniej produkcji wodoru w sposób biologiczny, poprzez fotosyntezę i fermentację, gdzie gaz wytwarzany jest przez algi i mikroorganizmy. Jednak technologie te nie osiągnęły jeszcze poziomu przemysłowego.
Produkcja wodoru za pomocą elektrolizy
Elektroliza może zastąpić reforming parowy w produkcji wodoru. W tym procesie prąd elektryczny rozdziela wodę na wodór i tlen. Istnieją dwie główne metody: elektroliza alkaliczna i elektroliza z membraną.
Elektroliza alkaliczna wykorzystuje żrący potaż jako elektrolit, a komory anodowa i katodowa są oddzielone porowatą membraną. Wydajność sięga 70%. W przypadku elektrolizy z membraną wymiany protonów membrana przewodząca protony pełni rolę elektrolitu, z wydajnością około 50%.
Elektroliza jest procesem wykorzystywanym na skalę przemysłową do różnych celów, takich jak:
- Produkcja metali, takich jak aluminium, lit, sód i potas.
- Wytwarzanie różnych związków chemicznych, w tym kwasu trifluorooctowego, wodorotlenku sodu, wodorotlenku potasu, chloranu sodu i chloranu potasu.
- Produkcja gazów, takich jak wodór, chlor i tlen.
- Galwanizacja, czyli pokrywanie metalu cienką warstwą innego metalu.