Очистіть водень від електричної печі
Водень - це не тільки важливий запас енергії та паливо. Найпростіший з усіх хімічних елементів також має велике значення для хімічної промисловості. Водень необхідний для широкомасштабного виробництва аміаку і, отже, добрив, а також ряду важливих хімічних речовин та синтетичного палива, такого як метанол. Двоатомний газ в основному отримують за допомогою так званого парового риформінгу природного газу, тобто метану.
Однак процес має свою ціну: велика кількість природного газу спалюється для отримання необхідного теплоти реакції 800 градусів. При самому спалюванні та переробці утворюється велика кількість вуглекислого газу, що шкодить клімату. Наразі данська дослідницька група продемонструвала, що водень також може вироблятися у великих масштабах менш енергоємним та економічним способом. Себастьян Вісманн з Технічного університету Данії в Конґенсі Лінгбі та його колеги використовують компактний реактор з електричним нагріванням для парового риформінгу.
При класичному паровому риформінгу метан (CH₄) і пара пропускаються через реактор під високим тиском і при великій температурі. Дві вихідні речовини реагують у присутності металевого каталізатора з утворенням водню (H₂) та окису вуглецю (CO). Потім останній окислюється до діоксиду вуглецю (CO₂) або використовується разом з воднем як синтез-газ для отримання метанолу.
Три відсотки глобальних викидів CO₂
Виробництво водню відбувається в об’ємних корпусах реакторів висотою десять метрів, що працюють на газових пальниках. Через погану теплопровідність каталізатора та стінки реактора має вироблятися більше тепла, ніж це насправді необхідно для процесу риформінгу. Необхідна кількість палива та кількість CO₂, що виділяються, відповідно високі. На кілограм виробленого водню виробляється дев’ять кілограмів вуглекислого газу. Екстрапольовано, це близько трьох відсотків глобальних викидів.
Метод, розроблений дослідниками Себастьяна Вісманна, генерує менше вуглекислого газу і використовує менше природного газу, оскільки повністю відмовляється від газових пальників. Тепло генерується виключно струмом, який протікає через внутрішню стінку корпусу реактора. Це створює тепло безпосередньо там, де відбувається процес реформування. Це піде на користь врожайності та вибірковості впровадження, пишуть Вісманн та його колеги в журналі "Science". Крім того, каталізатор наносили тонким шаром на внутрішню стінку нагрітого реактора. Це означає, що потрібно менше матеріалу.
Зелений шлях до водню
Завдяки цій концепції датський реактор можна зробити набагато компактнішим, ніж порівнянний промисловий реформатор. Екстраполюючи до типових промислових масштабів, приблизно стільки ж метану перетвориться на водень у приблизно двометровому реакторі з електричним нагріванням потужністю п’ять кубічних метрів, ніж у промисловому риформері висотою тринадцять метрів об’ємом 1100 кубічних метрів, а саме 75 відсотків. Реактор висотою чотири метри об'ємом 15 кубічних метрів навіть давав би 95 відсотків водню. Якби реформування пари було перетворено у всьому світі, можна було б уникнути одного відсотка викидів вуглекислого газу, підрахували дослідники, що працюють з Wismann.
Однак датський процес та загальне електричне нагрівання промислових процесів зможуть зробити важливий внесок у зменшення глобальних викидів CO if, лише якщо електроенергія виробляється виключно з відновлюваних джерел, каже Крістіан Саттлер з Інституту сонячних досліджень Німецького центру повітря. і космічні подорожі (DLR) у Кельні робота датських дослідників. Однак електричне нагрівання промислових процесів вимагає постійного живлення. Оскільки сонце і вітер коливаються, необхідне зберігання електроенергії та інтелектуальні електромережі.