Curățați hidrogenul din cuptorul electric
Hidrogenul nu este doar un important depozit de energie și combustibil. Cel mai simplu dintre toate elementele chimice are, de asemenea, o mare importanță pentru industria chimică. Hidrogenul este necesar pentru producția pe scară largă de amoniac și, prin urmare, îngrășăminte, precum și o serie de substanțe chimice importante și combustibili sintetici, cum ar fi metanolul. Gazul diatomic este obținut în principal prin așa-numita reformare cu abur a gazului natural, adică metan.
Cu toate acestea, procesul are prețul său: cantități mari de gaz natural sunt arse pentru a genera căldura de reacție necesară de 800 de grade. Arderea și reformarea în sine produc cantități mari de dioxid de carbon dăunător climatului. Un grup de cercetare danez a demonstrat acum că hidrogenul poate fi, de asemenea, produs la scară largă într-un mod mai puțin consumator de energie și conservând resursele. Sebastian Wismann de la Universitatea Tehnică din Danemarca din Kongens Lyngby și colegii săi folosesc un reactor compact încălzit electric pentru reformarea aburului.
În reformarea clasică a aburului, metanul (CH₄) și vaporii de apă sunt trecuți printr-un reactor la presiune ridicată și la temperaturi ridicate. Cele două substanțe inițiale reacționează în prezența unui catalizator metalic pentru a forma hidrogen (H₂) și monoxid de carbon (CO). Acesta din urmă este apoi oxidat la dioxid de carbon (CO₂) sau utilizat împreună cu hidrogenul ca gaz de sinteză pentru a produce metanol.
Trei la sută din emisiile globale de CO₂
Producția de hidrogen are loc în vase reactoare voluminoase înalte de zece metri, care sunt arse de arzătoarele cu gaz. Datorită conductivității termice slabe a catalizatorului și a peretelui reactorului, trebuie generată mai multă căldură decât este de fapt necesar pentru procesul de reformare. Cantitățile de combustibil necesare și cantitatea de CO₂ eliberată sunt în mod corespunzător mari. Nouă kilograme de dioxid de carbon sunt produse pentru fiecare kilogram de hidrogen produs. Aceasta reprezintă aproximativ trei procente din emisiile globale.
Metoda dezvoltată de cercetătorii lui Sebastian Wismann generează mai puțin dioxid de carbon și folosește mai puține gaze naturale, deoarece se elimină complet de arzătoarele de gaz. Căldura este generată exclusiv de un curent care curge prin peretele interior al vasului reactorului. Acest lucru creează căldura direct acolo unde are loc procesul de reformare. Acest lucru ar beneficia randamentul și selectivitatea implementării, scriu Wismann și colegii săi în revista „Science”. În plus, catalizatorul a fost aplicat ca un strat subțire pe peretele interior al reactorului încălzit. Aceasta înseamnă că este necesar mai puțin material.
Calea verde către hidrogen
Datorită acestui concept, reactorul danez poate fi făcut mult mai compact decât un reformator industrial comparabil. Extrapolat la cântare industriale tipice, un reactor încălzit electric cu o înălțime de aproximativ doi metri, cu o capacitate de cinci metri cubi, ar transforma aproximativ metan în hidrogen ca un reformator industrial cu o înălțime de treisprezece metri, cu un volum de 1100 metri cubi, și anume 75 la sută. Un reactor cu o înălțime de patru metri, cu un volum de 15 metri cubi, ar produce chiar 95% hidrogen. Dacă reformarea aburului ar fi transformată la nivel mondial, un procent din emisiile de dioxid de carbon ar putea fi evitate, estimează cercetătorii care lucrează cu Wismann.
Cu toate acestea, procesul danez și încălzirea electrică generală a proceselor industriale vor putea aduce o contribuție importantă la reducerea emisiilor globale de CO₂ dacă energia electrică este generată exclusiv din surse regenerabile, spune Christian Sattler de la Institutul pentru Cercetări Solare de la Centrul German pentru Aer și călătoria spațială (DLR) în Köln, lucrarea cercetătorilor danezi. Cu toate acestea, încălzirea electrică a proceselor industriale necesită o alimentare constantă. Deoarece soarele și vântul fluctuează, stocarea electricității și rețelele electrice inteligente sunt necesare.