Tisztítsa meg a hidrogént az elektromos kemencéből
A hidrogén nemcsak fontos energiatároló és üzemanyag. Az összes kémiai elem közül a legegyszerűbb a vegyipar számára is nagy jelentőséggel bír. Hidrogénre van szükség az ammónia és így a műtrágyák, valamint számos fontos vegyi anyag és szintetikus üzemanyag, például a metanol nagyüzemi előállításához. A diatomiás gázt főleg a földgáz, azaz a metán úgynevezett gőzreformálásával nyerik.
A folyamatnak azonban megvan az ára: A szükséges 800 fokos reakcióhő előállításához nagy mennyiségű földgázt égetnek el. Az égés és a reform maga a klímát károsító szén-dioxidot eredményez. Egy dán kutatócsoport most bebizonyította, hogy a hidrogén is előállítható nagy mennyiségben, kevésbé energiaigényes és erőforrás-megtakarító módon. Sebastian Wismann, a Dán Műszaki Egyetem Kongens Lyngbyből és munkatársai elektromos fűtésű, kompakt reaktort használnak gőzreformáláshoz.
A klasszikus gőzreformálás során a metánt (CH2) és a gőzt nagy nyomáson és nagy melegben vezetik át egy reaktoron. A két kiindulási anyag egy fémkatalizátor jelenlétében hidrogén (H2) és szén-monoxid (CO) képződik. Ez utóbbit ezután szén-dioxiddá (CO2) oxidálják, vagy hidrogénnel együtt szintetikus gázként használják metanol előállítására.
A globális CO₂-kibocsátás három százaléka
A hidrogéntermelés tíz méter magas, terjedelmes reaktoredényekben történik, amelyeket gázégők égetnek. A katalizátor és a reaktor falának rossz hővezető képessége miatt több hőt kell létrehozni, mint amennyi a reformálási folyamathoz valójában szükséges. A szükséges üzemanyag és a felszabaduló CO 2 mennyisége ennek megfelelően magas. Kilenc kilogramm szén-dioxid termelődik minden kiló hidrogénre. Ez a globális kibocsátás nagyjából három százaléka.
A Sebastian Wismann kutatói által kifejlesztett módszer kevesebb szén-dioxidot termel és kevesebb földgázt használ fel, mivel teljesen elhagyja a gázégőket. A hőt kizárólag a reaktortartály belső falán átfolyó áram generálja. Ez közvetlenül a hőt teremti meg ott, ahol az átalakítási folyamat zajlik. Ez előnyös lenne a megvalósítás hozamának és szelektivitásának, írják Wismann és munkatársai a „Science” folyóiratban. Ezenkívül a katalizátort vékony rétegben vitték fel a fűtött reaktor belső falára. Ez azt jelenti, hogy kevesebb anyagra van szükség.
A zöld út a hidrogénhez
E koncepció miatt a dán reaktor sokkal kompaktabbá tehető, mint egy hasonló ipari reformer. A tipikus ipari mérlegekre extrapolálva, körülbelül annyi metán alakulna hidrogénné egy körülbelül két méter nagyságú, öt köbméter kapacitású, elektromos fűtésű reaktorban, mint egy tizenhárom méter magas, 1100 köbméteres, azaz 75 százalékos ipari reformerben. Egy négy méter magas, 15 köbméteres reaktor 95% hidrogént is termelne. Ha a gőzreformot világszerte átalakítanák, a széndioxid-kibocsátás egy százaléka elkerülhető lenne - becsülik a Wismann-nal dolgozó kutatók.
A dán folyamat és az ipari folyamatok általános elektromos fűtése azonban csak akkor tud jelentős mértékben hozzájárulni a globális CO₂-kibocsátás csökkentéséhez, ha az áramot kizárólag megújuló forrásokból állítják elő - mondja Christian Sattler, a Német Légi Központ Napkutatási Intézetének munkatársa. és az űrutazás (DLR) kölni dán kutatók munkája. Az ipari folyamatok elektromos fűtése azonban állandó áramellátást igényel. Mivel a nap és a szél ingadozik, szükséges az áram tárolása és az intelligens elektromos hálózatok.