Ερευνητές στο Μπέρμιγχαμ ανέπτυξαν μια νέα μέθοδο για την παραγωγή καυσίμου υδρογόνου που κοστίζει λιγότερο από τις υπάρχουσες προσεγγίσεις.
Το υδρογόνο ένα καύσιμο για το μέλλον
Το υδρογόνο θεωρείται εδώ και καιρό ως βασικό καύσιμο για ένα μέλλον χαμηλών εκπομπών άνθρακα, ικανό να τροφοδοτεί τα πάντα, από τη βαριά βιομηχανία έως τις μεταφορές, χωρίς να παράγει εκπομπές άνθρακα στο σημείο χρήσης. Ωστόσο, υπάρχει μια σημαντική αντίφαση στην καρδιά της σημερινής οικονομίας υδρογόνου. Παρά την καθαρή του φήμη, περίπου το 95% του υδρογόνου εξακολουθεί να παράγεται με χρήση ορυκτών καυσίμων, συχνά μέσω ενεργοβόρων διεργασιών που παράγουν σημαντικές εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα.
Τώρα, ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Μπέρμιγχαμ ανέπτυξαν μια νέα μέθοδο χαμηλής θερμοκρασίας για την παραγωγή υδρογόνου που θα μπορούσε να κάνει το καύσιμο φθηνότερο, καθαρότερο και ευκολότερο στην παραγωγή κοντά στο σημείο που χρειάζεται.
Η προσέγγιση
Η προσέγγισή τους χρησιμοποιεί έναν καταλύτη περοβσκίτη για να διασπάσει το νερό σε υδρογόνο και οξυγόνο σε πολύ χαμηλότερες θερμοκρασίες από τις συμβατικές θερμοχημικές μεθόδους, επιτρέποντας ενδεχομένως τη βιομηχανική απορριπτόμενη θερμότητα από τομείς όπως ο χάλυβας, το τσιμέντο, το γυαλί και τα χημικά να τροφοδοτήσουν την τοπική παραγωγή υδρογόνου.
Η θερμοχημική διάσπαση του νερού έχει αναδειχθεί ως μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική λύση στην συμβατική παραγωγή υδρογόνου, επειδή αποφεύγει την άμεση εξάρτηση από τα ορυκτά καύσιμα. Σε αυτά τα συστήματα, οι καταλύτες απορροφούν και απελευθερώνουν επανειλημμένα οξυγόνο, ενώ διαχωρίζουν το νερό σε υδρογόνο και οξυγόνο. Ωστόσο, οι υπάρχοντες καταλύτες συνήθως απαιτούν θερμοκρασίες 700 έως 1000 °C για τη διάσπαση του νερού και έως και 1300 έως 1500 °C για την αναγέννηση μεταξύ των κύκλων, περιορίζοντας την πρακτικότητα και την αποτελεσματικότητά τους.
Η χαμηλότερη θερμοκρασία
Επιστήμονες με επικεφαλής τον καθηγητή Yulong Ding απέδειξαν ότι είναι δυνατό να μειωθεί η θερμοκρασία της θερμοχημικής διάσπασης, όπου ένας καταλύτης διασπά το νερό σε υδρογόνο και οξυγόνο, κατά 500°C χρησιμοποιώντας έναν καταλύτη περοβσκίτη.
Ο καθηγητής Ding δήλωσε: «Η χαμηλότερη συνολική θερμοκρασία της διαδικασίας θα μπορούσε να επιτρέψει την παραγωγή υδρογόνου κοντά σε μονάδες παραγωγής ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, και τομείς της βιομηχανίας θεμελίωσης όπως ο χάλυβας, το τσιμέντο, το γυαλί και οι χημικές ουσίες έχουν αφθονία απορριπτόμενης θερμότητας, η οποία θα μπορούσε να αξιοποιηθεί ως εισροή θερμότητας για την παραγωγή υδρογόνου σε χαμηλή θερμοκρασία. Εάν το υδρογόνο χρησιμοποιηθεί τοπικά, αυτό θα ξεπεράσει τα εμπόδια που παρουσιάζονται από την αποθήκευση και τη μεταφορά, επιτρέποντας έτσι την απορρόφηση καυσίμου υδρογόνου χωρίς την ανάγκη δαπανηρών υποδομών».
Η ανάλυση του κόστους
Μια αρχική ανάλυση ανταγωνιστικότητας κόστους υποδηλώνει ότι η διάσπαση του νερού με τον καταλύτη περοβσκίτη θα μπορούσε να παράγει υδρογόνο φθηνότερα από το πράσινο υδρογόνο (που παράγεται από νερό με ηλεκτρόλυση) ή το μπλε υδρογόνο (που παράγεται από μεθάνιο με δέσμευση και αποθήκευση άνθρακα). Το πλεονέκτημα κόστους ήταν ισχυρότερο σε μέρη με χαμηλές τιμές ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, συμπεριλαμβανομένης της Αυστραλίας.
Η έρευνα διεξήχθη σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο Επιστήμης και Τεχνολογίας του Πεκίνου (USTB) και εμπορευματοποιείται στο Ηνωμένο Βασίλειο και την Ευρώπη από το Πανεπιστήμιο του Μπέρμιγχαμ. Το University of Birmingham Enterprise έχει υποβάλει αίτηση ευρεσιτεχνίας που καλύπτει τη χρήση καταλυτών BNCF για τη διάσπαση νερού σε χαμηλές θερμοκρασίες και τώρα αναζητά συνεργάτες ανάπτυξης για να βοηθήσουν στην προώθηση της τεχνολογίας.
Γιατί θερμοχημική διάσπαση;
Το υδρογόνο είναι το πιο άφθονο στοιχείο του σύμπαντος, αλλά στη Γη σπάνια βρίσκεται ως καθαρό αέριο υδρογόνο. Αντίθετα, συνήθως είναι κλειδωμένο μέσα σε άλλα μόρια, ειδικά νερό και υδρογονάνθρακες όπως το φυσικό αέριο, το οποίο περιέχει κυρίως μεθάνιο, καθώς και άνθρακα και πετρέλαιο. Η παραγωγή υδρογόνου απαιτεί τη διάσπαση αυτών των μορίων στα ξεχωριστά τους συστατικά.
Η κυρίαρχη μέθοδος σήμερα είναι η αναμόρφωση με ατμό, η οποία διασπά το μεθάνιο για να παράγει υδρογόνο. Αυτή η διαδικασία αντιπροσωπεύει σχεδόν το ήμισυ του H2 που παράγεται παγκοσμίως, αλλά παράγει CO2 ως υποπροϊόν, αποδυναμώνοντας την αξία της ως πηγή ενέργειας χωρίς άνθρακα, εκτός εάν συνδυαστεί με δέσμευση και αποθήκευση άνθρακα. Η ηλεκτρόλυση προσφέρει έναν πιο πράσινο τρόπο παραγωγής H2, αλλά πρέπει να ανταγωνιστεί το φθηνότερο υδρογόνο από τη διάσπαση μεθανίου και επί του παρόντος παρέχει μόνο περίπου το 4% της παροχής H2. Οι φωτονικές μέθοδοι χρησιμοποιούν φως για να οδηγήσουν τη μετατροπή του νερού σε υδρογόνο, αλλά βρίσκονται ακόμη σε πρώιμο στάδιο και αντιμετωπίζουν σημαντικές προκλήσεις στην αποδοτικότητα, την επεκτασιμότητα και την οικονομική αποδοτικότητα.
Σχετικά με τον καταλύτη περοβσκίτη
Οι περοβσκίτες είναι υλικά που μοιάζουν με πλέγμα και μπορούν να απορροφήσουν μόρια οξυγόνου στη δομή τους και να διασπάσουν μόρια που περιέχουν οξυγόνο στα συστατικά τους μέρη.
Οι περοβσκίτες υπάρχουν σε πολλές μορφές, αλλά οι ερευνητές επικεντρώθηκαν σε υλικά που κατασκευάζονται από βάριο, νιόβιο, ασβέστιο και σίδηρο (περοβσκίτες BNCF). Αυτά τα υλικά είναι άμεσα διαθέσιμα, δεν απαιτούν σύνθετη σύνθεση και δεν περιέχουν τοξικά συστατικά. Η εργασία τους έδειξε ότι οι περοβσκίτες BNCF μπορούν να δέχονται οξυγόνο στις δομές τους σε πολύ χαμηλότερες θερμοκρασίες από ό,τι πιστευόταν προηγουμένως. Ένας περοβσκίτης που ονομάζεται BNCF100 αναγνωρίστηκε ως η καλύτερη σύνθεση. Η μελέτη επιβεβαίωσε επίσης ότι ο καταλύτης μπορεί να αναγεννηθεί σε χαμηλότερες θερμοκρασίες από τους τρέχοντες καταλύτες διάσπασης νερού και μπορεί να συνεχίσει να παράγει υδρογόνο για 10 κύκλους παραγωγής. Η περίθλαση ακτίνων Χ έδειξε ελάχιστα στοιχεία δομικής αλλαγής στον καταλύτη κατά τη διάρκεια της διαδικασίας.
www.worldenergynews.gr
