На земле водород находится в практически неограниченном количестве. Однако, как правило, он входит в состав химических  соединений, таких как углеводороды (ископаемые топлива) и вода. Большая часть сегодняшнего производства водорода  (~40%) связана с химическими процессами, в которых водород является побочным продуктом (например, хлористо-щелочной электролиз или очистка сырой нефти). В промышленном производстве водорода процесс паровой конверсии природного газа является наиболее широко используемым методом. Тем не менее, существует еще целый ряд промышленных технологий:

 - риформинг легких углеводородовre
 - частичное окисление тяжелых углеводородов
 - электролиз воды или хлористо-щелочных растворов 
 - Kværner Black процесс
 - ферментация биомасс
 - биологические технологии

EРиформинг легких углеводородов (например, метанол, метан или природный газ) в водород может быть осуществлен или в результате паровой конверсии или автотермического преобразования. Паровая конверсия включает два этапа, первый - это каталитическая конверсия топлива (здесь метан) при высоких температурах: 

CH₄ + H₂O 3 H₂ + CO

Этот процесс  сопровождается конверсией получающихся монооксида углерода и воды в водород по реакции, которая часто называется реакция смещения:

CO + H₂O H₂ + CO₂

Частичное окисление тяжелых углеводородов наряду с водяным паром  включает также и кислород. Количество воды и кислорода аккуратно контролируется с целью достижения заданной скорости окисления углеводородов. В общем, реакция включает выше упомянутые компоненты:

C_nH_m + H₂O + O₂ H₂ + CO +CO₂

Автотермичекое преобразование включает и паровую конверсию, и частичное окисление и может быть использовано в случае более тяжелых углеводородов. После стадии риформинга требуется провести процесс очистки для удаления двуокиси углерода, монооксида углерода и других побочных продуктов, которые нежелательно иметь в получаемом газе, богатом водородом. Сложность процесса очистки газа зависит от применяемого процесса риформинга и предполагаемых областей применения произведенного водорода. Для производства водорода на борту транспортных средств, например автомобилей, были разработаны реакторы малых размеров.

Водный электролизер по своей сути является топливным элементом наоборот. Из воды и с помощью электричества производятся водород и кислород:

H₂O H₂ + ½O₂ 

Также как и в топливном элементе реакции окисления и восстановления происходят на двух пространственно разделенных электродах. Водород производится на катоде и кислород на аноде. Электролит является ионопроводящим или для протонов (Н⁺) или для гидроксил ионов (ОН^-). Наиболее употребительным является щелочной (ОН^-) процесс, который используется с начала 20 века. Другие процессы базируются на твердополимерных электролитах, работающих при повышенных давлениях и/или температурах. Путем электролиза воды производится 2-3 % от общего производства водорода.

The Kvaerner Black процесс – это процесс производства водорода из углеводородов с помощью электричества, в котором только твердая угольная сажа является побочным продуктом. При очень высоких температурах углеводород (например, метан) разлагается:

CH₄ + energy 2H₂ + C

Этот процесс пиролиза был развит норвежской компанией Kvaerner в 1980-х  годах и является очень привлекательным, потому что свободен от двуокиси углерода. Углеродная сажа используется, например, в производстве резины.

Ферментация биомасс является по существу анаэробной переработкой биомасс с помощью бактерий, ферментов и других мелких организмов. В результате такого процесса производится газ, содержащий метан, который может быть использован или непосредственно в высокотемпературном топливном элементе или использоваться для производства водорода. Модифицирую процесс, можно увеличить содержание водорода в производимом газе.

Производство водорода с применением биологических технологий также возможно. Некоторые микроорганизмы (морские водоросли и бактерии) способны производить водород из воды и света (фотосинтез). Методами инженерной генетики выделены наиболее производительные из них.

Как описано выше различные технологии производства водорода существуют к сегодняшнему дню. Однако общее годовое производство водорода с помощью этих технологий соответствует потреблению топлива в течение двух дней в транспортном секторе. Таким образом, для перехода в эру водородной энергетики требуется значительное увеличение масштабов производства водорода.

К началу

Copyright © 2004-2006 Fuel Cell Norway ANS