Wasserstoff: Wie geht das? | Wissenschaft 2020

Anonim

Der größte Teil des weltweit produzierten Wasserstoffs stammt aus industriellen chemischen Reformierungsprozessen oder fällt als Nebenprodukt bei der Erdölraffination und in der chemischen Industrie an. Die Dampfreformierung ist nicht die einzige Methode, aber sie garantiert derzeit die höchste Qualität des Produkts und die von der Industrie benötigten Mengen zu einem "Preis", den wir uns nicht leisten können. (Raymond Zreick, 23. März 2011) Obwohl es das am weitesten verbreitete und am häufigsten vorkommende chemische Element im Universum ist und der "Brennstoff" der Sterne, einschließlich unserer Sonne, ist es auf der Erde nur in Kombination mit anderen Elementen vorhanden: Wasser (H2O), Kohlenwasserstoffe (die Verbindungen "CH") "), Säuren und so weiter. Mit diesen Technologien "gewinnen" wir das, was Industrie, Wissenschaft und Forschung für die Energie der Zukunft halten . DAMPFREFORMIERUNG (Dampfreformierungsreaktion) Dies ist der Name des Verfahrens, bei dem durch thermische Behandlung mit Methan (CH4) oder Methanol (CH3OH ) Wasserdampf Wasserstoff gewonnen wird: Methan ist bei Raumtemperatur ein gasförmiger Kohlenwasserstoff Methanol (oder Methylalkohol) ist bei Raumtemperatur eine leicht entzündliche Flüssigkeit. Die Dampfreformierung erfolgt in zwei Phasen. Zunächst zerlegt die Reaktion den Brennstoff in Wasserstoff und Kohlenmonoxid (oder Kohlenmonoxid, CO, ein giftiges, geruchloses, farbloses und geschmackloses Gas). In der zweiten Phase findet eine Austauschreaktion zwischen Wasser und Gas statt, bei der Kohlendioxid (CO2, die Hauptursache des anthropischen Treibhauseffekts) und weiterhin Wasserstoff entstehen . Der Prozess findet bei Temperaturen von nicht weniger als 200 ° C unter Erzeugung von Wärme (exotherme Reaktion) und gefährlichen und umweltschädlichen Elementen (CO und CO2) statt, daher ist die Dampfreformierung teuer und umweltschädlich, selbst wenn das Ergebnis Wasserstoff ist. es kann dann beispielsweise in brennstoffzellen (fuel cells) oder speziellen "batterien" eingesetzt werden, mit denen ein elektroauto spurlos funktioniert. ELEKTROLYSE Bei der Elektrolyse wird elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt und daraus dann Wasserstoff gewonnen ... Dann ist es aufgrund der Übergänge, die in den meisten Fällen noch zu Elektrizität führen, keine gute Idee: Elektrizität -> chemische Energie -> Wasserstoff -> Elektrizität. Aufgrund von Kosten, Zeiten und Mengen eignet sich die Elektrolyse nicht für die industrielle Herstellung von Wasserstoff. Die Elektrolyse trennt Wasserstoff und Sauerstoff ausgehend vom Wasser: Die Elektrizität unterbricht die chemischen Bindungen zwischen den beiden Elementen und drückt die Wasserstoffionen zur Kathode (negativer Pol) und die Sauerstoffionen zur Anode. Es gibt Systeme, die es ermöglichen, einen Teil dieses Doppelmechanismus zu überwinden, indem der elektrolytische Prozess mit Photovoltaik-Paneelen in Verbindung gebracht wird, um eine freie anfängliche Elektrizität zu erhalten, oder indem die überschüssige Energie von Kernkraftwerken genutzt wird, aber im Allgemeinen zur Herstellung von Wasserstoff ist die Elektrolyse nicht sehr effizient. HOCHTEMPERATUR-ELEKTROLYSE (Thermolyse) Effizienter als die herkömmliche Elektrolyse, ermöglicht sie die Wasserstoff-Sauerstoff-Trennung ohne den Beitrag von Elektrizität. Was Wasserstoff betrifft, ist die Thermolyse eine Versuchsphase, die mit großen thermodynamischen oder konzentrierten Solarkraftwerken verbunden ist. Nur so können die erforderlichen Temperaturen (um 800 ° C) "frei" gehalten werden. THERMOCHEMISCHER ZYKLUS Zeigt die Kombination einer Wärmequelle mit einer chemischen Reaktion an, um Sauerstoff und Wasserstoff von Wasser zu trennen. Die ersten Versuche zur Erzeugung von Wasserstoffkraftstoff über den thermodynamischen Kreislauf gehen auf die späten 1960er Jahre zurück, aber die Fülle und der Preis fossiler Brennstoffe haben die Forschung "boykottiert" und auf bestimmte Anwendungen (insbesondere militärische) zurückgeführt. Nach 2000 haben wieder neue Studien begonnen, aber wir sind noch weit von einem wirtschaftlichen und effizienten System zur Gewinnung von Wasserstoff für den großtechnischen Einsatz entfernt. FOTOELEKROCHEMISCHER ZYKLUS Beschreibt zwei verschiedene Methoden - eine mit einer metallischen Lösung als Katalysator, die andere mit einem Halbleiter - um Sonnenenergie in den Strom umzuwandeln, der benötigt wird, um die Wasserelektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff in einem Prozess auszulösen analog zur Photosynthese. Auch in diesem Fall befinden wir uns noch im Forschungsstadium. BIOREAKTOREN UND BIOLOGISCHE PRODUKTION Algen und Bakterien produzieren Wasserstoff! Unter bestimmten Bedingungen absorbieren die Pigmente einiger Algen Sonnenenergie und wirken als Katalysator, um Sauerstoff und Wasserstoff vom Wasser zu trennen, und fungieren als organische Elektrolysezelle (Bioreaktor). Es gibt auch Bakterien, die Wasserstoff produzieren können, aber im Gegensatz zu Algen benötigen sie ein Substrat (eine "spezielle" Umgebung), aus der sie sich zu Kolonien entwickeln können. Dieses Substrat kann beispielsweise auch ein mit Kohlenwasserstoffen belasteter Boden sein, was einen deutlichen doppelten Vorteil bietet. Viele Forscher, angefangen bei Craig Venter, experimentieren mit Lösungen dieser Art, aber dies sind immer noch vielversprechende Forschungsfelder.

Der größte Teil des weltweit produzierten Wasserstoffs stammt aus industriellen chemischen Reformierungsprozessen oder fällt als Nebenprodukt bei der Erdölraffination und in der chemischen Industrie an. Die Dampfreformierung ist nicht die einzige Methode, aber sie garantiert derzeit die höchste Qualität des Produkts und die von der Industrie benötigten Mengen zu einem "Preis", den wir uns nicht leisten können. (Raymond Zreick, 23. März 2011) Obwohl es das am weitesten verbreitete und am häufigsten vorkommende chemische Element im Universum ist und der "Brennstoff" der Sterne, einschließlich unserer Sonne, ist es auf der Erde nur in Kombination mit anderen Elementen vorhanden: Wasser (H2O), Kohlenwasserstoffe (die Verbindungen "CH") "), Säuren und so weiter. Mit diesen Technologien "gewinnen" wir das, was Industrie, Wissenschaft und Forschung für die Energie der Zukunft halten . DAMPFREFORMIERUNG (Dampfreformierungsreaktion) Dies ist der Name des Verfahrens, bei dem durch thermische Behandlung mit Methan (CH4) oder Methanol (CH3OH ) Wasserdampf Wasserstoff gewonnen wird: Methan ist bei Raumtemperatur ein gasförmiger Kohlenwasserstoff Methanol (oder Methylalkohol) ist bei Raumtemperatur eine leicht entzündliche Flüssigkeit. Die Dampfreformierung erfolgt in zwei Phasen. Zunächst zerlegt die Reaktion den Brennstoff in Wasserstoff und Kohlenmonoxid (oder Kohlenmonoxid, CO, ein giftiges, geruchloses, farbloses und geschmackloses Gas). In der zweiten Phase findet eine Austauschreaktion zwischen Wasser und Gas statt, bei der Kohlendioxid (CO2, die Hauptursache des anthropischen Treibhauseffekts) und weiterhin Wasserstoff entstehen . Der Prozess findet bei Temperaturen von nicht weniger als 200 ° C unter Erzeugung von Wärme (exotherme Reaktion) und gefährlichen und umweltschädlichen Elementen (CO und CO2) statt, daher ist die Dampfreformierung teuer und umweltschädlich, selbst wenn das Ergebnis Wasserstoff ist. es kann dann beispielsweise in brennstoffzellen (fuel cells) oder speziellen "batterien" eingesetzt werden, mit denen ein elektroauto spurlos funktioniert. ELEKTROLYSE Bei der Elektrolyse wird elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt und daraus dann Wasserstoff gewonnen ... Dann ist es aufgrund der Übergänge, die in den meisten Fällen noch zu Elektrizität führen, keine gute Idee: Elektrizität -> chemische Energie -> Wasserstoff -> Elektrizität. Aufgrund von Kosten, Zeiten und Mengen eignet sich die Elektrolyse nicht für die industrielle Herstellung von Wasserstoff. Die Elektrolyse trennt Wasserstoff und Sauerstoff ausgehend vom Wasser: Die Elektrizität unterbricht die chemischen Bindungen zwischen den beiden Elementen und drückt die Wasserstoffionen zur Kathode (negativer Pol) und die Sauerstoffionen zur Anode. Es gibt Systeme, die es ermöglichen, einen Teil dieses Doppelmechanismus zu überwinden, indem der elektrolytische Prozess mit Photovoltaik-Paneelen in Verbindung gebracht wird, um eine freie anfängliche Elektrizität zu erhalten, oder indem die überschüssige Energie von Kernkraftwerken genutzt wird, aber im Allgemeinen zur Herstellung von Wasserstoff ist die Elektrolyse nicht sehr effizient. HOCHTEMPERATUR-ELEKTROLYSE (Thermolyse) Effizienter als die herkömmliche Elektrolyse, ermöglicht sie die Wasserstoff-Sauerstoff-Trennung ohne den Beitrag von Elektrizität. Was Wasserstoff betrifft, ist die Thermolyse eine Versuchsphase, die mit großen thermodynamischen oder konzentrierten Solarkraftwerken verbunden ist. Nur so können die erforderlichen Temperaturen (um 800 ° C) "frei" gehalten werden. THERMOCHEMISCHER ZYKLUS Zeigt die Kombination einer Wärmequelle mit einer chemischen Reaktion an, um Sauerstoff und Wasserstoff von Wasser zu trennen. Die ersten Versuche zur Erzeugung von Wasserstoffkraftstoff über den thermodynamischen Kreislauf gehen auf die späten 1960er Jahre zurück, aber die Fülle und der Preis fossiler Brennstoffe haben die Forschung "boykottiert" und auf bestimmte Anwendungen (insbesondere militärische) zurückgeführt. Nach 2000 haben wieder neue Studien begonnen, aber wir sind noch weit von einem wirtschaftlichen und effizienten System zur Gewinnung von Wasserstoff für den großtechnischen Einsatz entfernt. FOTOELEKROCHEMISCHER ZYKLUS Beschreibt zwei verschiedene Methoden - eine mit einer metallischen Lösung als Katalysator, die andere mit einem Halbleiter - um Sonnenenergie in den Strom umzuwandeln, der benötigt wird, um die Wasserelektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff in einem Prozess auszulösen analog zur Photosynthese. Auch in diesem Fall befinden wir uns noch im Forschungsstadium. BIOREAKTOREN UND BIOLOGISCHE PRODUKTION Algen und Bakterien produzieren Wasserstoff! Unter bestimmten Bedingungen absorbieren die Pigmente einiger Algen Sonnenenergie und wirken als Katalysator, um Sauerstoff und Wasserstoff vom Wasser zu trennen, und fungieren als organische Elektrolysezelle (Bioreaktor). Es gibt auch Bakterien, die Wasserstoff produzieren können, aber im Gegensatz zu Algen benötigen sie ein Substrat (eine "spezielle" Umgebung), aus der sie sich zu Kolonien entwickeln können. Dieses Substrat kann beispielsweise auch ein mit Kohlenwasserstoffen belasteter Boden sein, was einen deutlichen doppelten Vorteil bietet. Viele Forscher, angefangen bei Craig Venter, experimentieren mit Lösungen dieser Art, aber dies sind immer noch vielversprechende Forschungsfelder.

Der größte Teil des weltweit produzierten Wasserstoffs stammt aus industriellen chemischen Reformierungsprozessen oder fällt als Nebenprodukt bei der Erdölraffination und in der chemischen Industrie an. Die Dampfreformierung ist nicht die einzige Methode, aber sie garantiert derzeit die höchste Qualität des Produkts und die von der Industrie benötigten Mengen zu einem "Preis", den wir uns nicht leisten können. (Raymond Zreick, 23. März 2011) Obwohl es das am weitesten verbreitete und am häufigsten vorkommende chemische Element im Universum ist und der "Brennstoff" der Sterne, einschließlich unserer Sonne, ist es auf der Erde nur in Kombination mit anderen Elementen vorhanden: Wasser (H2O), Kohlenwasserstoffe (die Verbindungen "CH") "), Säuren und so weiter. Mit diesen Technologien "gewinnen" wir das, was Industrie, Wissenschaft und Forschung für die Energie der Zukunft halten . DAMPFREFORMIERUNG (Dampfreformierungsreaktion) Dies ist der Name des Verfahrens, bei dem durch thermische Behandlung mit Methan (CH4) oder Methanol (CH3OH ) Wasserdampf Wasserstoff gewonnen wird: Methan ist bei Raumtemperatur ein gasförmiger Kohlenwasserstoff Methanol (oder Methylalkohol) ist bei Raumtemperatur eine leicht entzündliche Flüssigkeit. Die Dampfreformierung erfolgt in zwei Phasen. Zunächst zerlegt die Reaktion den Brennstoff in Wasserstoff und Kohlenmonoxid (oder Kohlenmonoxid, CO, ein giftiges, geruchloses, farbloses und geschmackloses Gas). In der zweiten Phase findet eine Austauschreaktion zwischen Wasser und Gas statt, bei der Kohlendioxid (CO2, die Hauptursache des anthropischen Treibhauseffekts) und weiterhin Wasserstoff entstehen . Der Prozess findet bei Temperaturen von nicht weniger als 200 ° C unter Erzeugung von Wärme (exotherme Reaktion) und gefährlichen und umweltschädlichen Elementen (CO und CO2) statt, daher ist die Dampfreformierung teuer und umweltschädlich, selbst wenn das Ergebnis Wasserstoff ist. es kann dann beispielsweise in brennstoffzellen (fuel cells) oder speziellen "batterien" eingesetzt werden, mit denen ein elektroauto spurlos funktioniert. ELEKTROLYSE Bei der Elektrolyse wird elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt und daraus dann Wasserstoff gewonnen ... Dann ist es aufgrund der Übergänge, die in den meisten Fällen noch zu Elektrizität führen, keine gute Idee: Elektrizität -> chemische Energie -> Wasserstoff -> Elektrizität. Aufgrund von Kosten, Zeiten und Mengen eignet sich die Elektrolyse nicht für die industrielle Herstellung von Wasserstoff. Die Elektrolyse trennt Wasserstoff und Sauerstoff ausgehend vom Wasser: Die Elektrizität unterbricht die chemischen Bindungen zwischen den beiden Elementen und drückt die Wasserstoffionen zur Kathode (negativer Pol) und die Sauerstoffionen zur Anode. Es gibt Systeme, die es ermöglichen, einen Teil dieses Doppelmechanismus zu überwinden, indem der elektrolytische Prozess mit Photovoltaik-Paneelen in Verbindung gebracht wird, um eine freie anfängliche Elektrizität zu erhalten, oder indem die überschüssige Energie von Kernkraftwerken genutzt wird, aber im Allgemeinen zur Herstellung von Wasserstoff ist die Elektrolyse nicht sehr effizient. HOCHTEMPERATUR-ELEKTROLYSE (Thermolyse) Diese Methode ist effizienter als die herkömmliche Elektrolyse und ermöglicht die Wasserstoff-Sauerstoff-Trennung ohne Stromzufuhr. Was Wasserstoff betrifft, ist die Thermolyse eine Versuchsphase, die mit großen thermodynamischen oder konzentrierten Solarkraftwerken verbunden ist. Nur so können die erforderlichen Temperaturen (um 800 ° C) "frei" gehalten werden. THERMOCHEMISCHER ZYKLUS Zeigt die Kombination einer Wärmequelle mit einer chemischen Reaktion an, um Sauerstoff und Wasserstoff von Wasser zu trennen. Die ersten Versuche zur Erzeugung von Wasserstoffkraftstoff über den thermodynamischen Kreislauf gehen auf die späten 1960er Jahre zurück, aber die Fülle und der Preis fossiler Brennstoffe haben die Forschung "boykottiert" und auf bestimmte Anwendungen (insbesondere militärische) zurückgeführt. Nach 2000 haben wieder neue Studien begonnen, aber wir sind noch weit von einem wirtschaftlichen und effizienten System zur Gewinnung von Wasserstoff für den großtechnischen Einsatz entfernt. FOTOELEKROCHEMISCHER ZYKLUS Beschreibt zwei verschiedene Methoden - eine mit einer metallischen Lösung als Katalysator, die andere mit einem Halbleiter - um Sonnenenergie in den Strom umzuwandeln, der benötigt wird, um die Wasserelektrolyse in Wasserstoff und Sauerstoff in einem Prozess auszulösen analog zur Photosynthese. Auch in diesem Fall befinden wir uns noch im Forschungsstadium. BIOREAKTOREN UND BIOLOGISCHE PRODUKTION Algen und Bakterien produzieren Wasserstoff! Unter bestimmten Bedingungen absorbieren die Pigmente einiger Algen Sonnenenergie und wirken als Katalysator, um Sauerstoff und Wasserstoff vom Wasser zu trennen, und fungieren als organische Elektrolysezelle (Bioreaktor). Es gibt auch Bakterien, die Wasserstoff produzieren können, aber im Gegensatz zu Algen benötigen sie ein Substrat (eine "spezielle" Umgebung), aus der sie sich zu Kolonien entwickeln können. Dieses Substrat kann beispielsweise auch ein mit Kohlenwasserstoffen belasteter Boden sein, was einen deutlichen doppelten Vorteil bietet. Viele Forscher, angefangen bei Craig Venter, experimentieren mit Lösungen dieser Art, aber dies sind immer noch vielversprechende Forschungsfelder.