Λύση έρχονται να δώσουν ερευνητές του Πανεπιστημίου MIT αναπτύσσοντας έναν φθηνότερο και πιο ενεργειακά αποδοτικό τρόπο παραγωγής υδρογόνου απευθείας από το θαλασσινό νερό, σύμφωνα με το oilprice.com
Σχεδόν όλο το υδρογόνο στον κόσμο προέρχεται σήμερα από ορυκτά καύσιμα και η παραγωγή του είναι υπεύθυνη για περίπου 830 εκατομμύρια μετρικούς τόνους διοξειδίου του άνθρακα ετησίως, ενώ οι διαδικασίες παραγωγής πράσινου υδρογόνου είναι και δαπανηρές και βασίζονταν σε γλυκό ή αφαλατωμένο νερό και οι ηλεκτρολύτες χρησιμοποιούν ακριβούς καταλύτες καταναλώνουν πολλή ενέργεια και νερό, πράγμα που σημαίνει πως μπορεί να χρειαστούν περίπου εννέα λίτρα για να παραχθεί ένα κιλό υδρογόνου.
Ειδικότερα...
Μια νέα μέθοδος που παρακάμπτει την αφαλάτωση
Λύση έρχονται να δώσουν ερευνητές του Πανεπιστημίου MIT αναπτύσσοντας έναν φθηνότερο και πιο ενεργειακά αποδοτικό τρόπο παραγωγής υδρογόνου απευθείας από το θαλασσινό νερό.
Σε ένα κρίσιμο βήμα προς μια πραγματικά βιώσιμη πράσινη βιομηχανία υδρογόνου, η νέα μέθοδος διασπά το θαλασσινό νερό απευθείας σε υδρογόνο και οξυγόνο.
Η νέα διαδικασία παρακάμπτει την ανάγκη για αφαλάτωση και το σχετικό κόστος, την κατανάλωση ενέργειας και τις εκπομπές άνθρακα.
Η νέα μέθοδος περιγράφηκε λεπτομερώς σε μια μελέτη εργαστηριακής κλίμακας που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Wiley, Small.
Το υδρογόνο έχει διαφημιστεί ως καθαρό μελλοντικό καύσιμο και μια πιθανή λύση σε κρίσιμες ενεργειακές προκλήσεις, ειδικά για βιομηχανίες που είναι πιο δύσκολο να απαλλαγούν από τον άνθρακα. όπως η μεταποίηση, η αεροπορία και η ναυτιλία.
Σχεδόν όλο το υδρογόνο στον κόσμο προέρχεται σήμερα από ορυκτά καύσιμα και η παραγωγή του είναι υπεύθυνη για περίπου 830 εκατομμύρια μετρικούς τόνους διοξειδίου του άνθρακα ετησίως*, ισοδύναμο με τις ετήσιες εκπομπές του Ηνωμένου Βασιλείου και της Ινδονησίας μαζί.
Τα προβλήματα της παραγωγής Υδρογόνου
Όμως, το «πράσινο» υδρογόνο χωρίς εκπομπές, που παράγεται από τη διάσπαση του νερού, είναι τόσο ακριβό που είναι σε μεγάλο βαθμό εμπορικά μη βιώσιμο και αντιπροσωπεύει μόλις το 1% της συνολικής παραγωγής υδρογόνου παγκοσμίως.
Ο επικεφαλής ερευνητής Δρ Nasir Mahmood, Ανώτερος Ερευνητής του Αντιπρύτανη στο RMIT, είπε ότι οι διαδικασίες παραγωγής πράσινου υδρογόνου ήταν και δαπανηρές και βασίζονταν σε γλυκό ή αφαλατωμένο νερό.
Ο Mahmood εξήγησε, «Γνωρίζουμε ότι το υδρογόνο έχει τεράστιες δυνατότητες ως πηγή καθαρής ενέργειας, ιδιαίτερα για τις πολλές βιομηχανίες που δεν μπορούν εύκολα να μεταβούν στην τροφοδοσία τους από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.
Αλλά για να είναι πραγματικά βιώσιμο, το υδρογόνο που χρησιμοποιούμε πρέπει να είναι 100% χωρίς άνθρακα σε ολόκληρο τον κύκλο ζωής της παραγωγής και δεν πρέπει να περιορίζει τα πολύτιμα αποθέματα γλυκού νερού στον κόσμο.
«Η μέθοδός μας για την παραγωγή υδρογόνου απευθείας από το θαλασσινό νερό είναι απλή, κλιμακούμενη και πολύ πιο οικονομική από οποιαδήποτε προσέγγιση πράσινου υδρογόνου στην αγορά.
Με περαιτέρω ανάπτυξη, ελπίζουμε ότι αυτό θα μπορούσε να προωθήσει τη δημιουργία μιας ακμάζουσας πράσινης βιομηχανίας υδρογόνου στην Αυστραλία».
Διαχωρίζοντας τη διαφορά: ένας καταλύτης για το θαλασσινό νερό
Για την παραγωγή πράσινου υδρογόνου, χρησιμοποιείται ένας ηλεκτρολύτης για να στείλει ηλεκτρικό ρεύμα μέσω του νερού για να το χωρίσει στα συστατικά του υδρογόνο και οξυγόνο.
Αυτοί οι ηλεκτρολύτες χρησιμοποιούν επί του παρόντος ακριβούς καταλύτες και καταναλώνουν πολλή ενέργεια και νερό – μπορεί να χρειαστούν περίπου εννέα λίτρα για να παραχθεί ένα κιλό υδρογόνου.
Έχουν επίσης μια τοξική απόδοση: όχι διοξείδιο του άνθρακα, αλλά χλώριο.
«Το μεγαλύτερο εμπόδιο στη χρήση του θαλασσινού νερού είναι το χλώριο, το οποίο μπορεί να παραχθεί ως υποπροϊόν.
Εάν επρόκειτο να καλύψουμε τις παγκόσμιες ανάγκες υδρογόνου χωρίς να λύσουμε πρώτα αυτό το ζήτημα, θα παράγαμε 240 εκατομμύρια τόνους χλωρίου ετησίως κάθε χρόνο – που είναι τρεις έως τέσσερις φορές μεγαλύτεροι από αυτόν που χρειάζεται ο κόσμος σε χλώριο.
Δεν έχει νόημα να αντικαταστήσουμε το υδρογόνο που παράγεται από ορυκτά καύσιμα με παραγωγή υδρογόνου που θα μπορούσε να βλάψει το περιβάλλον μας με διαφορετικό τρόπο».
«Η διαδικασία μας όχι μόνο παραλείπει το διοξείδιο του άνθρακα, αλλά και δεν έχει παραγωγή χλωρίου», πρόσθεσε ο Mahmood.
Αλλαγή της εσωτερικής χημείας των καταλυτών
Η νέα προσέγγιση που επινοήθηκε από μια ομάδα της διεπιστημονικής ερευνητικής ομάδας Materials for Clean Energy and Environment (MC2E) στο RMIT χρησιμοποιεί έναν ειδικό τύπο καταλύτη που αναπτύχθηκε για να λειτουργεί ειδικά με το θαλασσινό νερό.
Η μελέτη, με τον υποψήφιο διδάκτορα Suraj Loomba, επικεντρώθηκε στην παραγωγή εξαιρετικά αποδοτικών, σταθερών καταλυτών που μπορούν να κατασκευαστούν οικονομικά.
«Η προσέγγισή μας επικεντρώθηκε στην αλλαγή της εσωτερικής χημείας των καταλυτών μέσω μιας απλής μεθόδου, η οποία τους καθιστά σχετικά εύκολο να παραχθούν σε μεγάλη κλίμακα, ώστε να μπορούν να συντεθούν εύκολα σε βιομηχανική κλίμακα», σημείωσε ο Loomba.
«Αυτοί οι νέοι καταλύτες (Φωσφίδιο πορώδους νικελίου μολυβδαινίου με πρόσμειξη αζώτου) χρειάζονται πολύ λίγη ενέργεια για να λειτουργήσουν και θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε θερμοκρασία δωματίου. Ενώ άλλοι πειραματικοί καταλύτες έχουν αναπτυχθεί για τη διάσπαση του θαλασσινού νερού, είναι πολύπλοκοι και δύσκολο να κλιμακωθούν».
Ο Mahmood εξήγησε ότι η τεχνολογία υπόσχεται να μειώσει σημαντικά το κόστος των ηλεκτρόλυσης – αρκετά για να εκπληρώσει τον στόχο της Αυστραλιανής Κυβέρνησης για παραγωγή πράσινου υδρογόνου των 2 δολαρίων Αυστραλίας/κιλό, ώστε να γίνει ανταγωνιστική με το υδρογόνο που προέρχεται από ορυκτά καύσιμα.
Οι ερευνητές στο RMIT συνεργάζονται με συνεργάτες του κλάδου για να αναπτύξουν πτυχές αυτής της τεχνολογίας.
Το επόμενο στάδιο της έρευνας είναι η ανάπτυξη ενός πρωτότυπου ηλεκτρολύτη που συνδυάζει μια σειρά από καταλύτες για την παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων υδρογόνου.
Η νέα μέθοδος δείχνει ελπιδοφόρα για περιοχές όπου υπάρχει πολλή ηλιοφάνεια ή αιολική ενέργεια με εύκολη πρόσβαση στο θαλασσινό νερό και θα ήταν ένας ανταγωνιστικός τρόπος για τις πηγές παραγωγής ορυκτών.
Θα υπήρχε μια αρκετά εντυπωσιακή επένδυση για την ισχύ και το σύστημα διεργασιών.
Αλλά αν θα διαρκέσει για τις δεκαετίες που απαιτούνται για να οδηγηθούν σε καλά κέρδη είναι ένα σοβαρό ερώτημα.
Το έργο του ομίλου RMIT μοιάζει με το πιο επιτυχημένο εξαιρετικά καινοτόμο σύστημα και διαδικασία παραγωγής υδρογόνου που έχουμε δει μέχρι στιγμής.
Η χαμηλή θερμοκρασία και η σχετικά χαμηλή ισχύς με φαινομενικά καμία προετοιμασία νερού είναι σίγουρα ένα μεγάλο βήμα προς τα εμπρός.
Για τη νέα μέθοδο έχει κατατεθεί προσωρινή αίτηση διπλώματος ευρεσιτεχνίας και θα είναι ενδιαφέρον να δούμε πώς μια «σειρά καταλυτών» μπορεί να επηρεάσει το κόστος παραγωγής.
www.worldenergynews.gr
Ειδικότερα...
Μια νέα μέθοδος που παρακάμπτει την αφαλάτωση
Λύση έρχονται να δώσουν ερευνητές του Πανεπιστημίου MIT αναπτύσσοντας έναν φθηνότερο και πιο ενεργειακά αποδοτικό τρόπο παραγωγής υδρογόνου απευθείας από το θαλασσινό νερό.
Σε ένα κρίσιμο βήμα προς μια πραγματικά βιώσιμη πράσινη βιομηχανία υδρογόνου, η νέα μέθοδος διασπά το θαλασσινό νερό απευθείας σε υδρογόνο και οξυγόνο.
Η νέα διαδικασία παρακάμπτει την ανάγκη για αφαλάτωση και το σχετικό κόστος, την κατανάλωση ενέργειας και τις εκπομπές άνθρακα.
Η νέα μέθοδος περιγράφηκε λεπτομερώς σε μια μελέτη εργαστηριακής κλίμακας που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Wiley, Small.
Το υδρογόνο έχει διαφημιστεί ως καθαρό μελλοντικό καύσιμο και μια πιθανή λύση σε κρίσιμες ενεργειακές προκλήσεις, ειδικά για βιομηχανίες που είναι πιο δύσκολο να απαλλαγούν από τον άνθρακα. όπως η μεταποίηση, η αεροπορία και η ναυτιλία.
Σχεδόν όλο το υδρογόνο στον κόσμο προέρχεται σήμερα από ορυκτά καύσιμα και η παραγωγή του είναι υπεύθυνη για περίπου 830 εκατομμύρια μετρικούς τόνους διοξειδίου του άνθρακα ετησίως*, ισοδύναμο με τις ετήσιες εκπομπές του Ηνωμένου Βασιλείου και της Ινδονησίας μαζί.
Τα προβλήματα της παραγωγής Υδρογόνου
Όμως, το «πράσινο» υδρογόνο χωρίς εκπομπές, που παράγεται από τη διάσπαση του νερού, είναι τόσο ακριβό που είναι σε μεγάλο βαθμό εμπορικά μη βιώσιμο και αντιπροσωπεύει μόλις το 1% της συνολικής παραγωγής υδρογόνου παγκοσμίως.
Ο επικεφαλής ερευνητής Δρ Nasir Mahmood, Ανώτερος Ερευνητής του Αντιπρύτανη στο RMIT, είπε ότι οι διαδικασίες παραγωγής πράσινου υδρογόνου ήταν και δαπανηρές και βασίζονταν σε γλυκό ή αφαλατωμένο νερό.
Ο Mahmood εξήγησε, «Γνωρίζουμε ότι το υδρογόνο έχει τεράστιες δυνατότητες ως πηγή καθαρής ενέργειας, ιδιαίτερα για τις πολλές βιομηχανίες που δεν μπορούν εύκολα να μεταβούν στην τροφοδοσία τους από ανανεώσιμες πηγές ενέργειας.
Αλλά για να είναι πραγματικά βιώσιμο, το υδρογόνο που χρησιμοποιούμε πρέπει να είναι 100% χωρίς άνθρακα σε ολόκληρο τον κύκλο ζωής της παραγωγής και δεν πρέπει να περιορίζει τα πολύτιμα αποθέματα γλυκού νερού στον κόσμο.
«Η μέθοδός μας για την παραγωγή υδρογόνου απευθείας από το θαλασσινό νερό είναι απλή, κλιμακούμενη και πολύ πιο οικονομική από οποιαδήποτε προσέγγιση πράσινου υδρογόνου στην αγορά.
Με περαιτέρω ανάπτυξη, ελπίζουμε ότι αυτό θα μπορούσε να προωθήσει τη δημιουργία μιας ακμάζουσας πράσινης βιομηχανίας υδρογόνου στην Αυστραλία».
Διαχωρίζοντας τη διαφορά: ένας καταλύτης για το θαλασσινό νερό
Για την παραγωγή πράσινου υδρογόνου, χρησιμοποιείται ένας ηλεκτρολύτης για να στείλει ηλεκτρικό ρεύμα μέσω του νερού για να το χωρίσει στα συστατικά του υδρογόνο και οξυγόνο.
Αυτοί οι ηλεκτρολύτες χρησιμοποιούν επί του παρόντος ακριβούς καταλύτες και καταναλώνουν πολλή ενέργεια και νερό – μπορεί να χρειαστούν περίπου εννέα λίτρα για να παραχθεί ένα κιλό υδρογόνου.
Έχουν επίσης μια τοξική απόδοση: όχι διοξείδιο του άνθρακα, αλλά χλώριο.
«Το μεγαλύτερο εμπόδιο στη χρήση του θαλασσινού νερού είναι το χλώριο, το οποίο μπορεί να παραχθεί ως υποπροϊόν.
Εάν επρόκειτο να καλύψουμε τις παγκόσμιες ανάγκες υδρογόνου χωρίς να λύσουμε πρώτα αυτό το ζήτημα, θα παράγαμε 240 εκατομμύρια τόνους χλωρίου ετησίως κάθε χρόνο – που είναι τρεις έως τέσσερις φορές μεγαλύτεροι από αυτόν που χρειάζεται ο κόσμος σε χλώριο.
Δεν έχει νόημα να αντικαταστήσουμε το υδρογόνο που παράγεται από ορυκτά καύσιμα με παραγωγή υδρογόνου που θα μπορούσε να βλάψει το περιβάλλον μας με διαφορετικό τρόπο».
«Η διαδικασία μας όχι μόνο παραλείπει το διοξείδιο του άνθρακα, αλλά και δεν έχει παραγωγή χλωρίου», πρόσθεσε ο Mahmood.
Αλλαγή της εσωτερικής χημείας των καταλυτών
Η νέα προσέγγιση που επινοήθηκε από μια ομάδα της διεπιστημονικής ερευνητικής ομάδας Materials for Clean Energy and Environment (MC2E) στο RMIT χρησιμοποιεί έναν ειδικό τύπο καταλύτη που αναπτύχθηκε για να λειτουργεί ειδικά με το θαλασσινό νερό.
Η μελέτη, με τον υποψήφιο διδάκτορα Suraj Loomba, επικεντρώθηκε στην παραγωγή εξαιρετικά αποδοτικών, σταθερών καταλυτών που μπορούν να κατασκευαστούν οικονομικά.
«Η προσέγγισή μας επικεντρώθηκε στην αλλαγή της εσωτερικής χημείας των καταλυτών μέσω μιας απλής μεθόδου, η οποία τους καθιστά σχετικά εύκολο να παραχθούν σε μεγάλη κλίμακα, ώστε να μπορούν να συντεθούν εύκολα σε βιομηχανική κλίμακα», σημείωσε ο Loomba.
«Αυτοί οι νέοι καταλύτες (Φωσφίδιο πορώδους νικελίου μολυβδαινίου με πρόσμειξη αζώτου) χρειάζονται πολύ λίγη ενέργεια για να λειτουργήσουν και θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε θερμοκρασία δωματίου. Ενώ άλλοι πειραματικοί καταλύτες έχουν αναπτυχθεί για τη διάσπαση του θαλασσινού νερού, είναι πολύπλοκοι και δύσκολο να κλιμακωθούν».
Ο Mahmood εξήγησε ότι η τεχνολογία υπόσχεται να μειώσει σημαντικά το κόστος των ηλεκτρόλυσης – αρκετά για να εκπληρώσει τον στόχο της Αυστραλιανής Κυβέρνησης για παραγωγή πράσινου υδρογόνου των 2 δολαρίων Αυστραλίας/κιλό, ώστε να γίνει ανταγωνιστική με το υδρογόνο που προέρχεται από ορυκτά καύσιμα.
Οι ερευνητές στο RMIT συνεργάζονται με συνεργάτες του κλάδου για να αναπτύξουν πτυχές αυτής της τεχνολογίας.
Το επόμενο στάδιο της έρευνας είναι η ανάπτυξη ενός πρωτότυπου ηλεκτρολύτη που συνδυάζει μια σειρά από καταλύτες για την παραγωγή μεγάλων ποσοτήτων υδρογόνου.
Η νέα μέθοδος δείχνει ελπιδοφόρα για περιοχές όπου υπάρχει πολλή ηλιοφάνεια ή αιολική ενέργεια με εύκολη πρόσβαση στο θαλασσινό νερό και θα ήταν ένας ανταγωνιστικός τρόπος για τις πηγές παραγωγής ορυκτών.
Θα υπήρχε μια αρκετά εντυπωσιακή επένδυση για την ισχύ και το σύστημα διεργασιών.
Αλλά αν θα διαρκέσει για τις δεκαετίες που απαιτούνται για να οδηγηθούν σε καλά κέρδη είναι ένα σοβαρό ερώτημα.
Το έργο του ομίλου RMIT μοιάζει με το πιο επιτυχημένο εξαιρετικά καινοτόμο σύστημα και διαδικασία παραγωγής υδρογόνου που έχουμε δει μέχρι στιγμής.
Η χαμηλή θερμοκρασία και η σχετικά χαμηλή ισχύς με φαινομενικά καμία προετοιμασία νερού είναι σίγουρα ένα μεγάλο βήμα προς τα εμπρός.
Για τη νέα μέθοδο έχει κατατεθεί προσωρινή αίτηση διπλώματος ευρεσιτεχνίας και θα είναι ενδιαφέρον να δούμε πώς μια «σειρά καταλυτών» μπορεί να επηρεάσει το κόστος παραγωγής.
www.worldenergynews.gr
