Obecnie prowadzone są intensywne prace badawcze nad wykorzystaniem wodoru jako surowca do produkcji energii.
Wodór otwierający układ okresowy pierwiastków ma dwa stabilne izotopy: wodór H o liczbie masowej równej 1, deuter D o liczbie masowej 2 oraz niestabilny izotop tryt T o liczbie masowej 3 i czasie połowicznego rozpadu równym 12 lat. Jądro wodoru składa się z pojedynczego protonu, jądro deuteru z protonu i neutronu, natomiast w skład jądra trytu wchodzą proton i dwa neutrony. Każdy z trzech izotopów ma po jednym elektronie. Produktem rozpadu trytu T jest 3He.
Wodór jest najlżejszym ze wszystkich gazów, jego gęstość w każdym ze stanów skupienia jest najmniejsza w porównaniu z innymi substancjami. Stąd ciepło właściwe wodoru wyrażone na jednostkę masy jest najwyższe. Prędkość molekuł gazowego wodoru jest najwyższa ze wszystkich gazów w danej temperaturze, stąd wodór charakteryzuje duża wartość współczynnika dyfuzji. W stanie gazowym wodór jest charakteryzowany najwyższą przewodnością cieplną oraz najniższą lepkością. Ciężar właściwy zestalonego wodoru jest większy od ciężaru właściwego cieczy.
Wodór jest wytwarzany na skalę przemysłową w kilku procesach, z których najbardziej ekonomicznym jest wytwarzanie wodoru z gazu ziemnego i gazów towarzyszących ropie naftowej. Wodór wytwarza się również przez wydzielenie go z gazu koksowniczego, będącego mieszaniną wodoru, metanu i tlenku węgla.
Wodór jest stosowany jako paliwo oraz jako czynnik chemiczny w np. procesach produkcji amoniaku i następnie nawozów sztucznych, hydrogenizacji, utwardzania tłuszczów, produkcji metanolu. W spawalnictwie i metalurgii proszków wodór wykorzystuje się jako atmosferę ochronną o własnościach redukcyjnych. W metalurgii wodór stosuje się do redukcji rud metali.
Przewiduje się, że przyszłe zastosowania wodoru obejmą:
− Wytwarzanie energii elektrycznej w ogniwach paliwowych, zarówno stacjonarnych jak i przewoźnych. Szczególnie obiecujące wydaje się wykorzystanie ogniw paliwowych w środkach transportu. Ogniwa paliwowe są obiecującą technologią wytwarzania energii elektrycznej w układach rozproszonych. Mają budowę modularną i ich sprawność nie zależy od mocy instalacji, co jest cechą elektrowni cieplnych.
− Wodór będzie wykorzystywany do produkcji energii elektrycznej dla celów komunalnych przy użyciu turbin gazowych. Możliwa jest modyfikacja konwencjonalnych turbin gazowych do zasilania ich wodorem lub mieszaniną wodoru z gazem ziemnym.
− Wodór może być stosowany do zasilania silników z wewnętrznym spalaniem w samochodach osobowych, autobusach i statkach. Podobnie jak w przypadku turbin gazowych możliwe jest wykorzystanie do tych celów czystego wodoru lub jego mieszaniny z metanem.
Ze względu na bardzo mały ciężar właściwy przechowywanie wodoru w postaci gazowej w warunkach normalnych prowadziłoby do niewielkiej gęstości zmagazynowanej energii.
Wodór przechowuje się w następujących postaciach:
− Wodór skroplony przechowywany w zbiornikach kriogenicznych. Wodór skroplony ma temperaturę wrzenia pod ciśnieniem normalnym 20,4 K i wymaga wysokosprawnej izolacji kriogenicznej. Gęstość energii skroplonego wodoru wynosi 120 MJ/kg lub 9 MJ/l. W obecnie budowanych zbiornikach na ciekły wodór do zamontowania w samochodach osiąga się gęstości energii rzędu 5 MJ/litr instalacji ze skroplonym wodorem.
− Wodór sprężony. Obecnie buduje się zbiorniki pozwalające na przechowywanie wodoru sprężonego do ciśnienia 700 bar. Przy takim ciśnieniu upakowanie energii wynosi około 4,7 MJ/l i jest ciągle około dwukrotnie mniejsze od upakowania energii w postaci cieczy. Zbiorniki do przechowywania wodoru pod ciśnieniem wynoszącym kilkaset atmosfer wytwarza się z włókien węglowych.
− Wodór związany z metalami w postaci wodorków. Wodorki są metalami lub stopami metali z zaadsorbowanymi molekułami wodoru na powierzchni. W ten sposób na rozwiniętej powierzchni metalu można zaadsorbować wodór w ilości nawet do 7% wagi metalu. Wodór zostaje uwolniony po podgrzaniu metalu.
- Wodór związany w postaci związków chemicznych, np. amoniaku, metanolu, metanu. Ten sposób przechowywania nie wymaga stosowania wysokich ciśnień i niskich temperatur. Konieczny jest reforming do wodoru w przypadku zasilania np. ogniw paliwowych. Przed zasileniem ogniw wodorem pochodzącym z reformingu konieczne jest jego oczyszczenie z tlenku węgla, który może uszkodzić niektóre typy ogniw.
za: Maciej Chorowski, itcmp.pwr.wroc.pl
Jestem energiczny, ekstrawertyczny, ufny swoim możliwościom, zawsze dążący do osiągnięcia konkretnego celu.
Nowości od blogera
Inne tematy w dziale Technologie
