Водородна Енергетика

Водородът е избран, тъй като е най-разпространеният елемент на повърхността на земята и в космоса, неговата топлина на изгаряне е най-висока, а продуктът от изгарянето му с кислород е вода (която отново влиза в кръговрата на водородната енергетика). Водородната енергетика се отнася към алтернативната енергетика.

Световната структура на производството на водород е разпределена в три основни източника: 18% се падат на преработката на въглища, 4% се осигуряват от „зелен“ водород, получаван посредством възобновяеми източници на енергия, главно чрез електролиза на водата. Накрая, преобладаващият обем – а това са 78% – идва от преработката на природен газ и нефт.

Понастоящем икономически най-изгодно се счита производството на водород от изкопаеми горива. Намаляването на въглеродните емисии в производствените отрасли може да бъде постигнато чрез използване на водород, произведен чрез нисковъглеродни технологии, като за това може да се прилагат технологии за улавяне и съхранение на въглеродния диоксид, както и електролиза на водата, предимно с енергия от ядрени, хидро-, вятърни и слънчеви енергийни съоръжения.

„Цветната“ градация на водорода зависи от начина на неговото получаване и от въглеродната следа, т.е. от количеството вредни емисии:

• „зелен“ – ако е произведен с помощта на енергия от възобновяеми източници на енергия, по метода на електролиза на водата, се счита за най-чист;
• „син“ – произведен от природен газ; в този случай въглеродният диоксид се събира в специални хранилища;
• „жълт“ – произведен при помощта на атомна енергия.
• „сив“ – при неговото производство вредните емисии се отделят в атмосферата.

Себестойността на „зеления“ водород е около 10 долара за килограм (което се смята за абсолютно нерентабилно); „синият“ и „жълтият“ водород са няколко пъти по-евтини от „зеления“ – около 2 долара за килограм.

Днес съществуват множество методи за индустриално производство на водород: разработени са технологии за производство на водород от боклук, етанол, металургична шлака, биомаса и други технологии.

Парна конверсия на природния газ/метана

Парна конверсия на природния газ (метана) – в днешно време по този метод се произвежда примерно 90 – 95 % от всичкия водород. Водна пара при температура 700 – 1000 °C се смесва с метана под налягане в присъствието на катализатор. Себестойността на процеса е $2 – 5 за килограм водород.

Цветови кодове

Водородът често е означаван в цветови схеми, които да индикират състоянието му (физично и химично), произход и приложение. Употребата на цветовите схеми е нестандартизирана.

Газификация на въглища

Това е най-старият начин за получаване на водород. Въглищата се нагряват с водна пара при температура 800 – 1300 °C без достъп на въздух.

Първият газгенератор е построен във Великобритания през 40-те години на XIX век. Себестойност на процеса: 2 – 2,5 долара за килограм водород.

Използвайки атомна енергия

Използването на атомна енергия за производство на водород е възможно чрез различни процеси: химични, електролиза на водата, високотемпературна електролиза. Себестойност на процеса: $2,33 за килограм водород.

Електролиза на водата

${\displaystyle {\ce {2H2O->[+E]2H2 +O2}}}$ 

Обратната реакция става в горивните клетки. Себестойност на процеса: $6 – 7 за килограм водород.

Водород от биомаса

Водород от биомаса се получава чрез термохимичен или биохимичен начин. При термохимичния метод биомасата се нагрява без кислород до температура 500 – 800 °C (за дървесни отпадъци), което е много по-ниско от температурата при процеса на газификация на въглищата. В резултат на процеса се освобождават Н₂, СО и СН₄.

Себестойност на процеса: $5 – 7 за килограм водород.

В биохимичния процес на фиксация на азота водородът изработва различни бактерии, например, Rodobacter speriodes.