Како се произведува зелениот водород?
Производството на зелен водород е многу корисен процес бидејќи претставува начин како енергијата добиена од сонцето и ветерот да ја складираме во резервоар во форма на гас (или течност).
Клучната технологија за да се реализира овој процес се вика електролиза, а постројката за одвивање на тој процес се вика електролизер, прикажан на сликата подолу.
Во електролизерот се наоѓаат две електроди: анода (позитивна) и катода (негативна), разделени со специјална мембрана. Во него се доведува електрична енергија, а за да се добие т.н. „зелен водород“, таа треба да биде од обновливи извори (сонце и/или ветер). Во садот се внесува и деминерализирана вода (H₂O).
Кога низ водата ќе се пушти електрична струја, таа ги кине хемиските врски помеѓу водородот и кислородот. На негативната електрода (катода) се собира чист гас водород (H₂), а на позитивната електрода (анода) се собира чист кислород (O₂), кој може безбедно да се испушти во атмосферата или да се собере и да се користи за други потреби.
На овој начин се добива водород во гасна состојба, но тој е исклучително „лесен“ и зафаќа огромен простор. За да може практично да се користи, тој треба да помине низ дополнителни чекори: компресија или втечнување. При компресија, водородот се доведува на многу висок притисок (од 350 до 700 бари) за да се собере во специјални цврсти резервоари. Ако се втечнува, водородот се лади на екстремно ниска температура од -253 °C. Во течна состојба главно се користи за транспорт на долги дестинации со бродови или камиони-цистерни.
За да се произведе 1 килограм зелен водород, потребни се околу 9 литри чиста вода. Затоа, големите фабрики на иднината често се планираат во близина на извори на вода или покрај мориња (каде што ќе мора да се изградат и системи за десалинизација на морската вода).
Еве некои важни термички карактеристики.
Долната калориска моќ изнесува:
• водород = 120.000 kJ/kg;
• природен гас = 50.000 kJ/kg.
Еден килограм водород содржи многу повеќе енергија од 1 кг метан, но водородот е екстремно лесен и има многу мала густина. Затоа, ако ги споредуваме по волумен (на m³), метанот содржи околу трипати повеќе енергија од водородот во гасна состојба на ист притисок.
При стандарден атмосферски притисок и температура (1,013 бари; 0 °C), волуменската енергетска моќ изнесува соодветно:
• водород: 10.800 kJ/m³
• метан: 35.900 kJ/m³
Тоа значи дека во ист волумен (на пример, 1 метар кубен), метанот содржи над трипати повеќе енергија. Токму поради ова, водородот мора да се компримира на многу висок притисок или да се претвори во течност за практично складирање.
Ако се разгледува можноста за транспорт на водород преку веќе изградена мрежа за природен гас (метан), се појавуваат неколку технички бариери:
• Пропустливост и кртост на материјалите: Молекулата на водородот е најмалата молекула во природата. Таа лесно може да мигрира низ микроскопските пукнатини на челичните цевки и да предизвика појава позната како водородна кртост, што го прави металот склон кон пукање.
• Потребен е поголем волуменски проток: Бидејќи водородот има трипати помала енергетска густина по кубен метар, низ цевките мора да се пумпа трипати поголем волуменски проток за да се испорача истата количина на енергија до крајните потрошувачи. Ова бара поголеми брзини на струење на гасот и помоќни компресори.
• Ограничување при мешање: Поради горенаведените причини, во моментов е безбедно во постојната мрежа да се додаваат само од 5 % до 30 % водород измешан со природен гас, без да се прават сериозни модификации на инфраструктурата и опремата на потрошувачите.
За целосен транспорт на 100 % чист водород, мрежата мора да биде изградена од специјални полимери или соодветно обложени челици, а компресорите мора целосно да се заменат.
Следува продолжение по неколку дена.
Автор: д-р Ристо Цицонков, редовен професор од Машински факултет – Скопје