Основные способы получения водорода
Несмотря на множество преимуществ использования водорода в качестве источника топлива, таких как высокая энергоэффективность, экологичность, неограниченность запасов водородная энергетика пока что находится в зачаточном состоянии развития. В первую очередь это связано с тем, что получение водорода в чистом виде довольно дорогостоящий процесс.
Поиск путей решения этой задачи — несколько, и ученые не прекращают разработки в области поиска оптимального способа получения водорода в промышленных масштабах. Если эту задачу удастся успешно решить, водородная энергетика прочно обоснуется в качестве неотъемлемой части общей энергетической системы, а многие проблемы современного человечества уйдут на задний план.
Сегодня существует несколько способов получения водорода в промышленности. Основные из них — паровая конверсия природного газа, газификация угля, электролиз воды, использование специальных ядерной реакторов, использование биосырья.
Получения водорода путем конверсии природного газа
Это способ получения водорода основан на том, что природный газ или метан в присутствии катализатора смешивается с предварительно разогретым до температуры 750-950°С водяным паром.
Больше половины водорода, получаемого промышленным путем в мире, производится способом конверсии природного газа. Стоимость водорода, полученного таким способом находится в пределах 1,8-4,5 $/кг.
В ближайшем будущем рассчитывать на значительное снижение стоимости водорода, полученного из природного газа не стоит, вряд ли цена опустится ниже 1,5 $/кг. Кроме того, запасы природного газа на нашей планете ограничены, что также является проблемой.
Получение водорода на основании способа газификации угля
Данный способ получения водорода заключается в том, что уголь нагревается с водяным паром без доступа воздуха до температуры 850-1300°С.
Преимущества данного способа заключаются в том, что установки для получения водорода таким способом имеют довольно высокую удельную производительность, однако есть и два существенных недостатка — необходимость использования в качестве сырья угля, запасы которого ограничены, и значительное количество углекислого газа, который является продуктом переработки и оказывает негативное воздействие на экологию.
Себестоимость водорода, полученного способом газификации угля находится в пределах 1,9-2,8 $/кг. Как и в случае получения водорода из природного газа, рассчитывать на значительное снижение стоимости водорода, полученного из угля не стоит.
Получение водорода способом электролиза воды
Для получения водорода из воды кроме самой воды требуется значительное количество электроэнергии. Затраты на получение одного килограмма водорода составляют от 5 до 8$.
В будущем возможно снижение стоимости полученного таким способом водорода за счет уменьшения цен на электроэнергию (при условии массового перехода энергосектора на выработку энергии с помощью альтернативных источников — ветровых, солнечных, геотермальных электростанций и т.п.).
Ядерные реакторы для получения водорода
На сегодняшний день разработаны, и уже проходят тестовую эксплуатацию первые модели ядерных реакторов, специально разработанных для получения водорода.
Стоимость водорода, полученного таким способом на данный момент составляет около 2 $/кг. Ядерные реакторы следующего поколения будут более иметь большую производительность, а цена 1 кг водорода может значительно снизится (по прогнозам — вплоть до 1,1 $/кг).
Получение водорода из биомассы
Основным сырьем для получения водорода путем термо- или биохимической переработки биомассы являются отходы лесной и деревообрабатывающей промышленности (стружка, опилки и т.п.).
При термохимическом способе водород получают благодаря нагреву биомассы до температуры 550-850°C без доступа воздуха. В качестве продуктов реакции получают водород, метан и угарный газ.
При биохимической переработке выработка водорода происходит с помощью специальных бактерий Rodobacter speriodes, которые перерабатывают отходы (в основном используются отходы пищевой промышленности).
Эти два способа получения водорода является довольно перспективным, т.к. в качестве сырья могут выступать возобновляемые источники, а то и вовсе отходы.
Стоимость 1 кг водорода, полученного из древесных отходов на данный момент составляет 4-7$. Водород, полученный из отходов пищевой промышленности несколько дороже, однако эксперты прогнозируют, что в ближайшие годы показатель стоимости удастся снизить до 1-1,5 $/кг в обеих вариантах.
Источник