Как се произвежда водород H2?

Как се произвежда водород? Какви технологии същуствуват?

96 % от всичкия водород, произвеждан днес, идва от изкопаеми горива. Само 4 % се произвеждат чрез електролиза на вода. Очаква се обаче този дял да се промени през следващото десетилетие в полза на производството без емисии чрез гореспоменатата електролиза на водата.

Понастоящем се смята, че 96% от цялото производство на водород в света се осъществява от изкопаеми горива, главно чрез парен риформинг на природен газ. Това е най-евтината съвременна технология за производство на водород. Парният риформинг е химически процес, при който към метана се подава водна пара с температура 750-950°C. След това сместа от метан и пара реагира, като образува H₂, въглероден окис и малко количество въглероден двуокис. Впоследствие въглеродният окис реагира с повече водни пари, като образува H₂ и въглероден двуокис. Общата ефективност на този процес е около 75 %. При него обаче се отделят големи количества CO₂ – до 9-12 кг CO₂ на килограм произведен водород. Произведеният по този начин H₂ се нарича сив водород.

Един междинен начин за производство на водород може да бъде комбинирането на вече познати технологии, а именно парния риформинг на природен газ с CCS (Carbon Capture Storage). При този вариант произведените емисии на CO2 се улавят чрез технология за улавяне и съхранение на въглерода (CCS) или технология за улавяне и съхранение на въглерод (CCU), а произведеният H₂ е практически без емисии (емисиите се намаляват с до 95 %). Произведеният по този начин H₂ се нарича син водород.

Производство на водород чрез електролиза

В бъдеще най-подкрепяният начин за производство на водород в Европейския съюз е производството на водород чрез електролиза на вода, като се използва електроенергия от възобновяеми енергийни източници. За съжаление днес производството на водород с помощта на електроенергия представлява около 4 % от цялото производство в света. Освен това по-голямата част от този H₂ е страничен продукт от производството на хлор чрез електролиза на разтвор – т.е. бял водород (получен като страничен продукт от други химични реакции).

Ако водородът се произвежда чрез електролиза на вода, а използваната електроенергия е от възобновяеми източници, този H₂ се нарича зелен водород. Зеленият H₂ е без емисии и има най-голям потенциал за намаляване на емисиите на парникови газове. При електролизата на вода химичната връзка между водорода и кислорода се разкъсва в разтвора, като се образуват водороден газ и кислород. Понастоящем общата ефективност е около 50-60 % в зависимост от технологията на електролиза. За производството на 1 kg H₂ са необходими приблизително 9 l вода и 50 kWh електроенергия.

В литературата могат да се намерят и други методи за производство на H₂. Понастоящем се обсъжда потенциалът за производство на водород в новоразработените ядрени реактори от четвърто поколение чрез високотемпературна електролиза на водни пари върху твърдооксидни клетки.

Освен това водородът се класифицира в други „цветове“ в зависимост от източника, от който се произвежда. По този начин можем да открием кафяв водород (произведен при газификация на въглища) или тюркоазен водород (произведен от природен газ, но страничният продукт е въглерод в твърдо състояние).

Интересно

Енергийно съдържание на енергийните материали (носители на енергия):

• От 1 кг дърва за огрев (биомаса) се получава <1 kWh
• От 1 кг лигнитни въглища се получава 1 kWh
• От 1 кг каменни въглища се получава 3 kWh
• От 1 кг мазут се получава 4 kWh
• От 1 м³ природен газ се получава 5 kWh
• От 1 kg H₂ се получава 50 kWh
• От 1 кг уран се получава 50 000 kWh, в реактори на бавни неутрони
• От 1 кг уран се получава 2 000 000 kWh, в реактори с бърз процес та разпад