Производство водорода - Hydrogen production

Производство водорода семейство промышленных методов для создания водород газ. По состоянию на 2020 год большая часть водорода (∼95%) производится из ископаемого топлива на паровой риформинг природного газа, частичное окисление метан, и газификация угля.[1][2] Другие методы производства водорода включают газификацию биомассы и электролиз воды.

Производство водорода играет ключевую роль в любом промышленно развитом обществе, поскольку водород необходим для многих основных химических процессов.[3] По состоянию на 2019 год, примерно 70 миллионов тонн водорода производятся ежегодно во всем мире для различных целей, таких как переработка нефти и производство аммиак (Процесс Габера ) и метанол (сокращение монооксид углерода ), а также в качестве топлива на транспорте. Ожидается, что рынок производства водорода в 2017 году будет оценен в 115,25 млрд долларов США.[4]

Способы получения водорода

Газификация

Существует четыре основных источника промышленного производства водорода: природный газ, нефть, уголь и электролиз; на которые приходится 48%, 30%, 18% и 4% мирового производства водорода соответственно.[5] Ископаемое топливо является основным источником промышленного водорода.[6] Углекислый газ можно отделить от натуральный газ с КПД 70–85% для производства водорода и других углеводороды с разной степенью эффективности.[7] В частности, объемный водород обычно производится паровой риформинг метана или природного газа.[8]

Паровой риформинг (SMR)

Основная статья: Паровой риформинг

Паровой риформинг - это процесс производства водорода из природного газа. В настоящее время этот метод является самым дешевым источником промышленного водорода. Процесс заключается в нагревании газа до 700–1100 ° C в присутствии водяного пара и никелевого катализатора. Результирующий эндотермическая реакция расщепляет молекулы метана и образует оксид углерода CO и водород H2. Затем газообразный оксид углерода можно пропустить с паром через оксид железа или других оксидов и подвергаются реакция конверсии водяного газа для получения дополнительных количеств H2. Обратной стороной этого процесса является то, что его основными побочными продуктами являются CO, CO.2 и другие парниковые газы.[5] В зависимости от качества сырья (природный газ, богатые газы, нафта и т. Д.) Из одной тонны произведенного водорода также будет производиться от 9 до 12 тонн CO.2, парниковый газ, который может улавливаться.[9]

Иллюстрируя входы и выходы парового риформинга природного газа, процесса производства водорода.

Для этого процесса высокотемпературный (700–1100 ° C) пар (H2O) реагирует с метан (CH4) в эндотермическая реакция уступить синтез-газ.[10]

CH4 + H2О → СО + 3 Н2

На второй стадии дополнительный водород генерируется за счет более низкотемпературного экзотермического реакция конверсии водяного газа, выполняется при температуре около 360 ° C:

CO + H2O → CO2 + H2

По сути, кислород (O) атом отделяется от дополнительной воды (пара), чтобы окислить CO до CO.2. Это окисление также дает энергию для поддержания реакции. Дополнительное тепло, необходимое для запуска процесса, обычно получают за счет сжигания некоторой части метана.

Другие методы производства из ископаемого топлива

Пиролиз метана

Иллюстрируя входы и выходы пиролиза метана, процесса производства водорода.

Пиролиз метана (природного газа) с расплавленными металлами[11] масштабно тестируется подход "без парниковых газов" [12] для производства водорода.[13] Процесс проводится при высоких температурах (1340 К, 1065 ° C или 1950 ° F).[14][15][16][17]

CH
4(ж) → С (т) + 2 ЧАС
2(г) ΔH ° = 74 кДж / моль

Твердый углерод промышленного качества может быть продан как сырье для производства или захоронен.

Частичное окисление

Производство водорода из природного газа или других углеводородов достигается частичным окислением. Смесь топливо-воздух или топливо-кислород частично сгорает, что приводит к обогащению водородом. синтез-газ. Водород и монооксид углерода получают в результате реакции конверсии водяного газа.[5] Двуокись углерода может подаваться совместно для снижения отношения водорода к монооксиду углерода.

В частичное окисление реакция происходит, когда субстехиометрический топливно-воздушная смесь или топливо-кислород частично сгорел в реакторе риформинга или частичного окисления. Различают частичное термическое окисление (TPOX) и каталитическое частичное окисление (CPOX). Химическая реакция принимает общий вид:

CпЧАСм + п/2 О2 → п CO + м/2 ЧАС2

Идеальные примеры для топки мазута и угля, исходя из состава C12ЧАС24 и C24ЧАС12 соответственно, следующие:

C12ЧАС24 + 6 O2 → 12 СО + 12 ч2
C24ЧАС12 + 12 O2 → 24 СО + 6 ч2

Плазменный риформинг

В Квернер-процесс или Квэрнер черный карбон и водородный процесс (CB&H)[18] это метод плазменного риформинга, разработанный в 1980-х гг. норвежский язык одноименная компания по производству водорода и черный карбон из жидких углеводородов (CпЧАСм). Примерно 48% доступной энергии сырья содержится в водороде, 40% - в Активированный уголь и 10% в перегретом паре.[19] CO2 не производится в процессе.

Вариант этого процесса представлен в 2009 году с использованием утилизация отходов плазменной дуги технология производства водорода, тепла и углерода из метана и природного газа в плазменном конвертере[20]

Из угля

Для производства водорода из каменный уголь, газификация угля используется. В процессе газификации угля используется пар и тщательно контролируемая концентрация газов для разрыва молекулярных связей в угле и образования газообразной смеси водорода и окиси углерода.[21]Этот источник водорода выгоден, поскольку его основным продуктом является угольный газ, который можно использовать в качестве топлива. Газ, полученный в результате газификации угля, позже может быть использован для более эффективного производства электроэнергии и позволяет лучше улавливать парниковые газы, чем при традиционном сжигании угля.

Другой метод преобразования - низкая температура и высокая температура. карбонизация угля.[22]

Из нефтяного кокса

Как и уголь, нефтяной кокс также может быть преобразован в богатый водородом синтез-газ, путем газификации угля. Синтез-газ в этом случае состоит в основном из водорода, окиси углерода и H2S, в зависимости от содержания серы в коксовом сырье. Газификация является привлекательным вариантом для производства водорода практически из любого источника углерода, обеспечивая при этом привлекательные альтернативы использования водорода за счет интеграции процесса.[23]

Из воды

Основная статья: Расщепление воды

Способы производства водорода без использования ископаемого топлива включают процесс расщепление воды, или расщепляя молекулу воды H2O на его компоненты кислород и водород. Когда источником энергии для расщепления воды является возобновляемый или низкоуглеродистый, производимый водород иногда называют зеленый водород. Преобразование может быть выполнено несколькими способами, но все методы обычно более дороги, чем методы производства на основе ископаемого топлива.

Электролиз

Основная статья: Электролиз воды
Иллюстрируя входы и выходы простого электролиза воды для производства водорода.

По всему миру установлено около 8 ГВт электролизных мощностей, что составляет около 4% мирового производства водорода.[когда? ][нужна цитата ]

Электролиз заключается в использовании электричества для разделения воды на водород и кислород. Электролиз воды КПД 70–80% (потери преобразования 20–30%)[24][25] пока паровой риформинг природного газа имеет тепловой КПД 70–85%.[26] Ожидается, что электрический КПД электролиза достигнет 82–86%.[27] до 2030 года, при этом сохраняя при этом надежность, поскольку прогресс в этой области продолжается высокими темпами.[28]

Электролиз воды может происходить при температуре от 50 до 80 ° C, в то время как паровой риформинг метана требует температур от 700 до 1100 ° C.[29] Разница между двумя методами заключается в используемой первичной энергии; либо электричество (для электролиза), либо природный газ (для парового риформинга метана). Благодаря использованию воды, легкодоступного ресурса, электролиз и аналогичные методы разделения воды привлекли интерес научного сообщества. С целью снижения стоимости производства водорода возобновляемые источники энергии были нацелены на возможность электролиза.[21]

Есть три основных типа ячеек: ячейки с твердооксидным электролизером (SOEC), мембранные ячейки с полимерным электролитом (PEM) и ячейки щелочного электролиза (AEC).[30] Традиционно щелочные электролизеры дешевле с точки зрения вложений (обычно в них используются никелевые катализаторы), но менее эффективны; Электролизеры из ПЭМ, наоборот, более дорогие (обычно используются дорогие платиновая группа металлические катализаторы), но они более эффективны и могут работать при более высоких плотностях тока и, следовательно, могут быть дешевле, если производство водорода достаточно велико.[нужна цитата ]

SOEC работают при высоких температурах, обычно около 800 ° C. При таких высоких температурах значительное количество требуемой энергии может быть предоставлено в виде тепловой энергии (тепла), и как таковое называется Электролиз при высокой температуре. Тепловая энергия может поступать из различных источников, включая отходы промышленного тепла, атомные электростанции или солнечные тепловые электростанции. Это может снизить общую стоимость производимого водорода за счет уменьшения количества электроэнергии, необходимой для электролиза.[31][32][33][34] Электролизные ячейки PEM обычно работают при температуре ниже 100 ° C.[31] Эти элементы имеют то преимущество, что они сравнительно просты и могут быть спроектированы так, чтобы принимать входное напряжение в широком диапазоне, что делает их идеальными для использования с возобновляемыми источниками энергии, такими как солнечные фотоэлектрические панели.[35] AEC оптимально работают при высоких концентрациях электролита (КОН или карбонат калия) и при высоких температурах, часто около 200 ° C.

Объем промышленного производства и эффективность

Эффективность современных генераторов водорода измеряется энергия, расходуемая на стандартный объем водорода (МДж / м3), предполагая стандартная температура и давление H2. Чем ниже энергия, потребляемая генератором, тем выше будет его КПД; 100% -ный электролизер потребляет 39,4 киловатт-часов на килограмм (142 МДж / кг) водорода,[36] 12749 джоулей на литр (12,75 МДж / м3). Практический электролиз (с использованием вращающегося электролизера при давлении 15 бар) может потреблять 50 киловатт-часов на килограмм (180 МДж / кг) и еще 15 киловатт-часов (54 МДж), если водород сжимается для использования в водородных автомобилях.[37]

Обычный щелочной электролиз имеет эффективность около 70%,[38] однако доступны усовершенствованные электролизеры на щелочной воде с КПД до 82%.[39] С учетом использования более высокой теплотворной способности (поскольку неэффективность за счет тепла может быть перенаправлена ​​обратно в систему для создания пара, необходимого для катализатора), средняя эффективность работы для Электролиз ПЭМ составляют около 80% или 82% при использовании самых современных щелочных электролизеров.[40]

Ожидается, что эффективность PEM увеличится примерно до 86%.[41] до 2030 г. Теоретическая эффективность электролизеров на основе ПЭМ прогнозируется до 94%.[42]

ЧАС2 себестоимость добычи (без налогообложения) при различных ценах на природный газ

Учитывая промышленное производство водорода и использование лучших в настоящее время процессов электролиза воды (PEM или щелочной электролиз), которые имеют эффективный электрический КПД 70–82%,[43][44][45] производя 1 кг водорода (который имеет удельная энергия 143 МДж / кг или около 40 кВтч / кг) требует 50–55 кВтч электроэнергии. При стоимости электроэнергии 0,06 доллара США / кВтч, как указано в планах Министерства энергетики по производству водорода на 2015 год,[46] стоимость водорода составляет 3 доллара за кг. Целевая цена Министерства энергетики США на водород в 2020 году составляет 2,30 долл. США / кг, при этом стоимость электроэнергии составляет 0,037 долл. США / кВтч, что вполне достижимо с учетом недавних тендеров PPA для ветровой и солнечной энергии во многих регионах.[47] Одним из преимуществ электролиза перед водородом парового риформинга метана (SMR) является то, что водород можно производить на месте, а это означает, что исключается дорогостоящий процесс доставки на грузовике или по трубопроводу.

Стоимость парового риформинга метана составляет в среднем 1–3 долл. США / кг.[нужна цитата ] Это делает производство водорода электролизом конкурентоспособным по стоимости уже во многих регионах, как отмечает Nel Hydrogen.[48] и другие, в том числе статью МЭА[49] изучение условий, которые могут привести к конкурентному преимуществу электролиза.

Химический электролиз

В дополнение к снижению напряжения, необходимого для электролиза за счет повышения температуры электролизной ячейки, также можно электрохимически потреблять кислород, произведенный в электролизере, путем введения топлива (такого как углерод / уголь,[50] метанол,[51][52] этиловый спирт,[53] муравьиная кислота,[54] глицерин,[54] и т.д.) в кислородную сторону реактора. Это снижает требуемую электрическую энергию и потенциально снижает стоимость водорода до менее чем 40 ~ 60% с оставшейся энергией, обеспечиваемой таким образом.[55] Кроме того, водный электролиз с использованием углерода / углеводородов (CAWE) может предложить менее энергоемкий и более чистый метод использования химической энергии в различных источниках углерода, таких как угли с низким и высоким содержанием серы, биомасса, спирты и метан ( Природный газ), где чистый CO2 произведенные могут быть легко изолированы без необходимости разделения.[56][57]

Радиолиз

Ядерное излучение может разорвать водные связи через радиолиз.[58][59] в Мпоненг Золотой рудник, Южная Африка, исследователи обнаружили бактерии в естественной зоне высокой радиации. В бактериальном сообществе преобладали новые филотип из Desulfotomaculum, питался в основном радиолитически произвел водород.[60] Отработавшее ядерное топливо также рассматривается как потенциальный источник водорода.

Термолиз

Вода самопроизвольно диссоциирует при температуре около 2500 ° C, но это термолиз происходит при температурах, слишком высоких для обычных технологических трубопроводов и оборудования. Катализаторы необходимы для снижения температуры диссоциации.

Термохимический цикл

Основная статья: термохимический цикл

Термохимические циклы объединить только источники тепла (термо) с химический реакции расщепления воды на водород и кислород составные части.[61] Период, термин цикл используется, потому что, помимо воды, водорода и кислорода, химические соединения, используемые в этих процессах, постоянно рециркулируются. Если электричество частично используется в качестве входа, результирующий термохимический цикл определяется как гибридный один.

В серно-йодный цикл (Цикл S-I) представляет собой термохимический цикл, при котором из воды генерируется водород с эффективностью примерно 50%. Сера и йод, используемые в процессе, восстанавливаются и повторно используются, а не потребляются в процессе. Цикл может выполняться с любым источником очень высоких температур, примерно 950 ° C, например, с помощью Концентрация солнечной энергии систем (CSP) и считается хорошо подходящим для производства водорода высокотемпературные ядерные реакторы,[62] и как таковой изучается в Высокотемпературный инженерный испытательный реактор в Японии.[63][64][65][66] Существуют и другие гибридные циклы, в которых используются как высокие температуры, так и немного электроэнергии, например, Медно-хлорный цикл, классифицируется как гибрид термохимический цикл потому что он использует электрохимический реакции на одной из стадий реакции, она работает при 530 ° C и имеет эффективность 43%.[67]

Ферросилиций метод

Ферросилиций используется военными для быстрого производства водорода для шарики. В химической реакции используются едкий натр, ферросилиций, и вода. Генератор достаточно мал, чтобы поместиться в грузовике, и требует лишь небольшого количества электроэнергии, материалы стабильны и негорючие, и они не производят водород, пока не смешиваются.[68] Метод используется с Первая Мировая Война. Тяжелая сталь сосуд под давлением заполняется гидроксидом натрия и ферросилицием, закрывается и добавляется контролируемое количество воды; растворение гидроксида нагревает смесь до примерно 93 ° C и запускает реакцию; силикат натрия, производятся водород и пар.[69]

Фотобиологическое расщепление воды

An биореактор водорослей для производства водорода.
Основная статья: Биологическое производство водорода (водоросли)

Биологический водород можно производить в водоросли биореактор.[70] В конце 1990-х было обнаружено, что если водоросли лишены сера он перейдет с производства кислород, т.е. нормальный фотосинтез, к производству водорода. Кажется, что производство в настоящее время экономически целесообразно, если превзойти барьер энергоэффективности 7–10% (преобразование солнечного света в водород).[71] с производительностью водорода 10–12 мл на литр культуры в час.[72]

Фотокаталитическое расщепление воды

Основная статья: Фотокаталитическое расщепление воды

Преобразование солнечной энергии в водород посредством процесса разделения воды - один из самых интересных способов достижения чистой и Возобновляемая энергия системы. Однако, если этому процессу способствуют фотокатализаторы, взвешенные непосредственно в воде, вместо использования фотоэлектрической и электролитической системы, реакция протекает всего за одну стадию, ее можно сделать более эффективной.[73][74]

Биоводородные маршруты

Биомасса и потоки отходов в принципе могут быть преобразованы в биоводород с биомассой газификация, паровой риформинг или биологическое преобразование, такое как биокатализируемый электролиз[55] или ферментативное производство водорода.[6]

Среди методов производства водорода, таких как паровой риформинг метана, термический крекинг, газификация и пиролиз угля и биомассы, электролиз и фотолиз, биологические методы являются более экологичными и менее энергоемкими. Кроме того, для производства водорода биохимическими путями можно использовать широкий спектр отходов и малоценных материалов, таких как сельскохозяйственная биомасса, в качестве возобновляемых источников. Тем не менее, в настоящее время водород производится в основном из ископаемого топлива, в частности из природного газа, которые являются невозобновляемыми источниками. Водород - не только самое чистое топливо, но и широко используется в ряде отраслей промышленности, особенно в производстве удобрений, нефтехимической и пищевой. Это делает логичным исследование альтернативных источников для производства водорода. Основными биохимическими технологиями получения водорода являются процессы темного брожения и фотоферментации. При темной ферментации углеводы преобразуются в водород ферментативными микроорганизмами, включая строго анаэробные и факультативные анаэробные бактерии. Теоретический максимум 4 моль H2/ моль глюкозы может быть произведена, и, помимо водорода, сахара превращаются в летучие жирные кислоты (ЛЖК) и спирты в качестве побочных продуктов во время этого процесса. Фотоферментативные бактерии способны генерировать водород из ЛЖК. Следовательно, метаболиты, образующиеся при темной ферментации, можно использовать в качестве сырья для фотоферментации для увеличения общего выхода водорода.[75]

Производство ферментативного водорода

Основные статьи: ферментативное производство водорода и темное брожение

Биоводород могут производиться в биореакторах. В процессе участвуют бактерии, потребляющие углеводороды и производящие водород и CO.2. Сотрудничество2 и водород можно отделить.

Производство ферментативного водорода ферментативное превращение органического субстрата в биоводород, проявляющееся разнообразной группой бактерии используя мульти фермент системы, включающие три этапа, аналогичные анаэробное преобразование. Темное брожение реакции не требуют световой энергии, поэтому они способны постоянно производить водород из органических соединений в течение дня и ночи. Фотоферментация отличается от темное брожение потому что это происходит только в присутствии свет. Например, фото-ферментация с Rhodobacter sphaeroides SH2C можно использовать для превращения низкомолекулярных жирных кислот в водород.[76]

Ферментативное производство водорода может осуществляться с использованием прямого биофотолиза зелеными водорослями, непрямого биофотолиза цианобактериями, фото-ферментации анаэробными фотосинтетическими бактериями и темного брожения анаэробными ферментативными бактериями. Например, исследования по производству водорода с использованием H. salinarium, анаэробные фотосинтетические бактерии, связанные с донором гидрогеназы, таким как Кишечная палочка, описаны в литературе.[77] Enterobacter aerogenes - еще один производитель водорода.[78]

Ферментативное производство водорода

Были разработаны разнообразные ферментативные пути для производства водорода из сахаров.[79]

Биокатализируемый электролиз

Ячейка для микробного электролиза
Основные статьи: электрогидрогенез и микробный топливный элемент

Помимо темного брожения, электрогидрогенез (электролиз с использованием микробов) - еще одна возможность. С помощью микробные топливные элементы сточные воды или растения могут использоваться для выработки электроэнергии. Биокатализируемый электролиз не следует путать с производство биологического водорода, поскольку последний использует только водоросли, а в последнем водоросли сами генерируют водород мгновенно, тогда как при биокатализируемом электролизе это происходит после прохождения через микробный топливный элемент и различные водные растения.[80] может быть использован. К ним относятся тростник сладкий, кордграсс, рис, помидоры, люпин и водоросли.[81]

Нано-гальванический порошок на основе алюминия, разработанный Исследовательская лаборатория армии США

Наногальванический порошок алюминиевого сплава

Основная статья: Наногальванические сплавы на основе алюминия

Порошок из алюминиевого сплава, изобретенный Исследовательская лаборатория армии США в 2017 году было показано, что он способен производить водород при контакте с водой или любой жидкостью, содержащей воду, благодаря своей уникальной наноразмерной гальванической микроструктуре. Сообщается, что он производит водород с выходом 100 процентов от теоретического без необходимости использования каких-либо катализаторов, химикатов или внешней энергии.[82][83]

Воздействие на окружающую среду

По состоянию на 2020 год большая часть водорода производится из ископаемого топлива, что приводит к выбросам углерода.[84] Это часто называют серый водород когда выбросы выбрасываются в атмосферу, и синий водород когда выбросы улавливаются через Улавливание и хранение углерода CCS.[85]

Водород, произведенный с использованием новейшей экологически чистой технологии пиролиз метана[86] часто упоминается как бирюзовый водород. Высококачественный водород производится непосредственно из натуральный газ и связанный с этим экологически чистый твердый углерод не выбрасывается в атмосферу и затем может быть продан для промышленного использования или храниться на свалке.

Водород производится из Возобновляемая энергия источники часто называют зеленый водород. Есть два практических способа производства водорода из возобновляемых источников энергии. Один - использовать мощность на газ, в котором электроэнергия используется для производства водорода путем электролиза, а другая - для использования свалочный газ для производства водорода в установке парового риформинга. Водородное топливо, когда оно производится из возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра или солнца, является возобновляемое топливо.[87]

Использование водорода

Смотрите также: Водородная экономика

Водород используется для преобразования тяжелых нефтяных фракций в более легкие путем гидрокрекинг. Он также используется в других процессах, включая ароматизация процесс, гидрообессеривание и производство аммиак через Процесс Габера.

Водород можно использовать в топливные элементы для местного производства электроэнергии или потенциально в качестве транспортного топлива.

Водород производится как побочный продукт из производство промышленного хлора электролизом. Хотя для этого требуются дорогостоящие технологии, водород можно охлаждать, сжимать и очищать для использования в других процессах на месте или продавать заказчику через трубопровод, баллоны или грузовики. Открытие и разработка менее дорогостоящих методов производства объемного водорода имеет отношение к созданию водородная экономика.[6]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Лю, Кэ; Песня, Чуньшань; Субрамани, Велу, ред. (2009). Технологии производства и очистки водорода и синтез-газа. Дои:10.1002/9780470561256. ISBN  9780470561256.
  2. ^ «Выбросы водорода за жизненный цикл». 4-е поколение. Энергия. Получено 2020-05-27.
  3. ^ Energy, США. Влияние увеличения использования водорода на потребление нефти и выбросы двуокиси углерода. 84 (Управление энергетической информации, Вашингтон, округ Колумбия, 2008 г.)
  4. ^ http://ieahydrogen.org/pdfs/Global-Outlook-and-Trends-for-Hydrogen_Dec2017_WEB.aspx
  5. ^ а б c Press, Roman J .; Santhanam, K. S. V .; Мири, Масуд Дж .; Бейли, Алла В .; Такач, Джеральд А. (2008). Введение в водородную технологию. Джон Вили и сыновья. п. 249. ISBN  978-0-471-77985-8.
  6. ^ а б c Häussinger, Питер; Lohmüller, Reiner; Уотсон, Аллан М. (2011). «Водород, 1. Свойства и возникновение». Энциклопедия промышленной химии Ульмана. Дои:10.1002 / 14356007.a13_297.pub2. ISBN  978-3-527-30673-2.
  7. ^ https://cleantechnica.com/2014/06/04/hydrogen-fuel-cell-vehicles-about-not-clean/[требуется полная цитата ]
  8. ^ Переработчик ископаемого топлива
  9. ^ Коллоди, Гвидо (11 марта 2010 г.). «Производство водорода с помощью парового риформинга с CO2 Захватывать" (PDF). 4-я Международная конференция CISAP4 по безопасности и окружающей среде в обрабатывающей промышленности. Получено 2015-11-28.
  10. ^ «Производство водорода HFCIT: риформинг природного газа». Министерство энергетики США. 2008-12-15.
  11. ^ Упхэм, Д. Честер. «Каталитические расплавленные металлы для прямого превращения метана в водород и отделяемый углерод в промышленном процессе с одной стадией реакции (при потенциально низкой стоимости). Это обеспечит экологически чистый водород из природного газа, по существу, навсегда».. ScienceMag.org. Американская ассоциация развития науки. Получено 31 октября 2020.
  12. ^ BASF. «Исследователи BASF работают над принципиально новыми процессами производства с низким содержанием углерода - пиролизом метана». Устойчивое развитие США. BASF. Получено 19 октября 2020.
  13. ^ Шнайдер, Стефан. «Современное состояние производства водорода пиролизом природного газа». ChemBioEng Обзоры. Интернет-библиотека Wiley. Получено 30 октября 2020.
  14. ^ Упхэм, Д. Честер. «Каталитические расплавленные металлы для прямого превращения метана в водород и отделяемый углерод». ScienceMag.org. Американская ассоциация развития науки. Получено 31 октября 2020.
  15. ^ Кларк, Палмер. «Сухой риформинг метана, катализируемый расплавленными металлическими сплавами». nature.com. природный катализ. Получено 31 октября 2020.
  16. ^ Картрайт, Джон. «Реакция, которая навсегда даст нам чистое ископаемое топливо». Новый ученый. New Scientist Ltd. Получено 30 октября 2020.
  17. ^ Технологический институт Карлсруэ. «Водород из метана без выбросов СО2». Phys.Org. Phys.Org. Получено 30 октября 2020.
  18. ^ Bellona-Hydrogen Отчет
  19. ^ https://www.hfpeurope.org/infotools/energyinfos__e/hydrogen/main03.html[постоянная мертвая ссылка ][требуется полная цитата ]
  20. ^ «Kværner-процесс с плазменной технологией утилизации отходов». Архивировано из оригинал на 2014-03-13. Получено 2009-10-13.
  21. ^ а б Ордески, М. Ф. Альтернативные виды топлива: будущее водорода. 171-199 (Fairmont Press, Inc., 2007).
  22. ^ Ли, Вун-Джэ; Ли, Юн-Кук (2001). «Характеристики внутреннего давления газа, возникающие при карбонизации угля в коксовой печи». Энергия и топливо. 15 (3): 618–23. Дои:10.1021 / ef990178a.
  23. ^ Жмайель, Джимми Эл; Маччи, Артуро; Хьюз, Робин; Энтони, Эдвард Джон (2014). «Моделирование интеграции установки по переработке битума и процесса IGCC с улавливанием углерода». Топливо. 117: 1288–97. Дои:10.1016 / j.fuel.2013.06.045.
  24. ^ «ITM - Инфраструктура заправки водородом - февраль 2017» (PDF). level-network.com. Получено 17 апреля 2018.
  25. ^ «Снижение затрат и повышение производительности электролизеров из ПЭМ» (PDF). fch.europa.eu. Совместное предприятие по топливным элементам и водороду. Получено 17 апреля 2018.
  26. ^ «Технологии производства водорода: текущее состояние и перспективы развития». hindawi.com. Получено 17 апреля 2018.
  27. ^ «Снижение затрат и повышение производительности электролизеров из ПЭМ» (PDF). fch.europa.eu. Совместное предприятие по топливным элементам и водороду. Получено 17 апреля 2018.
  28. ^ «Отчет и финансовая отчетность 30 апреля 2016 г.» (PDF). itm-power.com. Получено 17 апреля 2018.
  29. ^ «Производство водорода: риформинг природного газа». energy.gov. Министерство энергетики США. Получено 17 апреля 2018.
  30. ^ Badwal, Sukhvinder P.S .; Гидди, Сарбджит; Маннингс, Кристофер (2013). «Производство водорода твердыми электролитическими способами». Междисциплинарные обзоры Wiley: Энергия и окружающая среда. 2 (5): 473–487. Дои:10.1002 / wene.50.
  31. ^ а б Огден, Дж. М. (1999). «Перспективы построения инфраструктуры водородной энергетики». Ежегодный обзор энергетики и окружающей среды. 24: 227–279. Дои:10.1146 / annurev.energy.24.1.227.
  32. ^ Хауч, Энн; Эббесен, Сун Далгаард; Йенсен, Сорен Хойгаард; Могенсен, Могенс (2008). «Высокоэффективный высокотемпературный электролиз». Журнал химии материалов. 18 (20): 2331–40. Дои:10.1039 / b718822f.
  33. ^ В лаборатории электролиз воды можно проводить с помощью простого устройства, такого как Вольтаметр Гофмана:«Электролиз воды и понятие заряда». Архивировано из оригинал на 13.06.2010.
  34. ^ «Атомные электростанции могут производить водород для« водородной экономики »'" (Пресс-релиз). Американское химическое общество. 25 марта 2012 г.. Получено 9 марта, 2013.
  35. ^ Clarke, R.E .; Гиддей, С .; Ciacchi, F.T .; Badwal, S.P.S .; Paul, B .; Эндрюс, Дж. (2009). «Прямое соединение электролизера с солнечной фотоэлектрической системой для производства водорода». Международный журнал водородной энергетики. 34 (6): 2531–42. Дои:10.1016 / j.ijhydene.2009.01.053.
  36. ^ Лука Бертуччиоли; и другие. (7 февраля 2014 г.). «Развитие электролиза воды в Европейском Союзе» (PDF). Заказчик Совместное предприятие по топливным элементам и водороду.
  37. ^ Стенсволд, Торе (26 января 2016 г.). «Coca-Cola-oppskrift» kan gjøre Hydrogen til nytt norsk Industrieventyr. Текниск Укеблад, .
  38. ^ Столтен, Детлеф (4 января 2016 г.). Водородная наука и инженерия: материалы, процессы, системы и технологии. Джон Вили и сыновья. п. 898. ISBN  9783527674299. Получено 22 апреля 2018.
  39. ^ thyssenkrupp. «Водород из электролиза воды - решения для устойчивого развития». thyssenkrupp-uhde-chlorine-engineers.com. Получено 28 июля 2018.
  40. ^ «ITM - Инфраструктура заправки водородом - февраль 2017» (PDF). level-network.com. Получено 17 апреля 2018.
  41. ^ «Снижение затрат и повышение производительности электролизеров из ПЭМ» (PDF). fch.europa.eu. Совместное предприятие по топливным элементам и водороду. Получено 17 апреля 2018.
  42. ^ Бьёрнар Крузе; Сондре Гринна; Като Бух (13 февраля 2002 г.). «Водород - состояние и возможности» (PDF). Фонд Беллона. п. 20. Архивировано 16 сентября 2013 года.CS1 maint: неподходящий URL (связь)
  43. ^ Вернер Циттель; Райнхольд Вурстер (1996-07-08). «Глава 3: Производство водорода. Часть 4: Производство электроэнергии с помощью электролиза». HyWeb: Knowledge - Водород в энергетическом секторе. Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH.
  44. ^ Бьёрнар Крузе; Сондре Гринна; Като Бух (13 февраля 2002). «Водород - состояние и возможности». Фонд Беллона. Архивировано из оригинал (PDF) на 2011-07-02. Прогнозируется КПД электролизеров на основе ПЭМ до 94%, но в настоящее время это только теоретически.
  45. ^ «высокоскоростной и высокоэффективный трехмерный электролиз воды». Grid-shift.com. Архивировано из оригинал на 2012-03-22. Получено 2011-12-13.
  46. ^ «Технические цели Министерства энергетики по производству водорода путем электролиза». energy.gov. Министерство энергетики США. Получено 22 апреля 2018.
  47. ^ Соизволите, Джейсон. «Xcel привлекает« беспрецедентно »низкими ценами на солнечную и ветровую энергию в сочетании с накопителями». greentechmedia.com. Вуд Маккензи. Получено 22 апреля 2018.
  48. ^ «Широкое распространение конкурентоспособного водородного раствора» (PDF). nelhydrogen.com. Нел АСА. Получено 22 апреля 2018.
  49. ^ Филибер, Седрик. «Комментарий: Производство промышленного водорода из возобновляемых источников энергии». iea.org. Международное энергетическое агентство. Получено 22 апреля 2018.
  50. ^ Гиддей, С; Кулкарни, А; Бадвал, С.П.С. (2015). «Производство водорода с низким уровнем выбросов за счет электролиза с использованием углерода». Международный журнал водородной энергетики. 40 (1): 70–4. Дои:10.1016 / j.ijhydene.2014.11.033.
  51. ^ Хм, Сонхён; Чон, Хонгрэ; Ким, Тэ Джин; Ли, Джэён (2012). «Производство чистого водорода из растворов метанол – вода с помощью энергосберегающего процесса электролитического риформинга». Журнал источников энергии. 198: 218–22. Дои:10.1016 / j.jpowsour.2011.09.083.
  52. ^ Джу, Хёнкук; Гидди, Сарбджит; Бадвал, Сухвиндер П.С. (2017). «Роль наноразмерного SnO2 в электрокатализаторах на основе Pt для производства водорода при электролизе воды с метанолом ». Electrochimica Acta. 229: 39–47. Дои:10.1016 / j.electacta.2017.01.106.
  53. ^ Джу, Хёнкук; Гидди, Сарбджит; Бадвал, Сухвиндер П.С.; Малдер, Роджер Дж (2016). «Электрокаталитическая конверсия этанола в ячейках с твердым электролитом для распределенного производства водорода». Electrochimica Acta. 212: 744–57. Дои:10.1016 / j.electacta.2016.07.062.
  54. ^ а б Лами, Клод; Девадас, Абирами; Симоэс, Марио; Кутансо, Кристоф (2012). «Производство чистого водорода посредством электрокаталитического окисления муравьиной кислоты в протонообменной мембранной электролизной ячейке (PEMEC)». Electrochimica Acta. 60: 112–20. Дои:10.1016 / j.electacta.2011.11.006.
  55. ^ а б Badwal, Sukhvinder P.S; Giddey, Sarbjit S; Маннингс, Кристофер; Бхатт, Ананд I; Холленкамп, Энтони Ф (2014). «Новые технологии электрохимического преобразования и хранения энергии». Границы химии. 2: 79. Bibcode:2014ФрЧ .... 2 ... 79Б. Дои:10.3389 / fchem.2014.00079. ЧВК  4174133. PMID  25309898.
  56. ^ Ju, H; Бадвал, С.П.С.; Гиддей, С (2018). «Всесторонний обзор углеродного и углеводородного электролиза воды для производства водорода». Прикладная энергия. 231: 502–533. Дои:10.1016 / j.apenergy.2018.09.125.
  57. ^ Джу, Хёнкук; Бадвал, Сухвиндер; Гиддей, Сарбджит (2018). «Всесторонний обзор углеродного и углеводородного электролиза воды для производства водорода». Прикладная энергия. 231: 502–533. Дои:10.1016 / j.apenergy.2018.09.125.
  58. ^ Введение в радиационную химию Глава 7
  59. ^ Справочник по ядерному производству водорода Глава 8
  60. ^ Ли-Хун Линь; Пей-Лин Ван; Дуглас Рамбл; Йоханна Липпманн-Пипке; Эрик Бойс; Лиза М. Пратт; Барбара Шервуд Лоллар; Эоин Л. Броди; Терри К. Хейзен; Гэри Л. Андерсен; Тодд З. ДеСантис; Дуэйн П. Мозер; Дэйв Кершоу; Т. К. Онстотт (2006). «Долгосрочная устойчивость высокоэнергетического земного биома с низким разнообразием». Наука. 314 (5798): 479–82. Bibcode:2006Научный ... 314..479L. Дои:10.1126 / science.1127376. PMID  17053150.
  61. ^ Производство водорода: термохимические циклы
  62. ^ Основы энергетических технологий МЭА - Производство и распределение водорода, Апрель 2007 г.
  63. ^ «Высокотемпературный инженерный испытательный реактор HTTR». Httr.jaea.go.jp. Получено 2014-01-23.
  64. ^ https://smr.inl.gov/Document.ashx?path=DOCS%2FGCR-Int%2FNHDDELDER.pdf. Прогресс в атомной энергетике Ядерное тепло для производства водорода: подключение очень высокотемпературного реактора к установке по производству водорода. 2009 г.
  65. ^ Отчет о состоянии 101 - Газотурбинный высокотемпературный реактор (GTHTR300C)
  66. ^ "VHTR JAEA ДЛЯ КОГЕНЕРАЦИИ ВОДОРОДА И ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ: GTHTR300C" (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2017-08-10. Получено 2013-12-04.
  67. ^ Чукву, К., Натерер, Г. Ф., Розен, М. А., «Моделирование процесса производства водорода в ядерной среде с циклом Cu-Cl», 29-я конференция Канадского ядерного общества, Торонто, Онтарио, Канада, 1–4 июня 2008 г. «Архивная копия» (PDF). Архивировано из оригинал (PDF) на 2012-02-20. Получено 2013-12-04.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь)
  68. ^ Отчет № 40: Процесс производства водорода из ферросилиция
  69. ^ Откровенные науки: беседы с известными химиками, Иштван Харгиттай, Магдольна Харгиттай, стр. 261, Imperial College Press (2000)ISBN  1-86094-228-8
  70. ^ Хемшемайер, Аня; Мелис, Анастасиос; Хаппе, Томас (2009). «Аналитические подходы к фотобиологическому производству водорода в одноклеточных зеленых водорослях». Фотосинтез Исследования. 102 (2–3): 523–40. Дои:10.1007 / s11120-009-9415-5. ЧВК  2777220. PMID  19291418.
  71. ^ Отчет Министерства энергетики США за 2008 г. 25%
  72. ^ Jenvanitpanjakul, Peesamai (3–4 февраля 2010 г.). Технология возобновляемых источников энергии и перспективы изучения биогидрогена в Таиланде (PDF). Заседание Руководящего комитета и семинар Исследовательской сети АТЭС по передовым технологиям биоводорода. Тайчжун: Университет Фэн Чиа. Архивировано из оригинал (PDF) 4 июля 2013 г.
  73. ^ Наварро Йерга, Руфино М .; Альварес Гальван, М. Консуэло; Del Valle, F .; Виллория де ла Мано, Хосе А .; Фиерро, Хосе Л. Г. (2009). «Расщепление воды на полупроводниковых катализаторах при облучении видимым светом». ChemSusChem. 2 (6): 471–85. Дои:10.1002 / cssc.200900018. PMID  19536754.
  74. ^ Navarro, R.M .; Del Valle, F .; Villoria De La Mano, J.A .; Альварес-Гальван, M.C .; Fierro, J.L.G. (2009). «Фотокаталитическое расщепление воды в видимом свете: концепция и разработка катализаторов». Фотокаталитические технологии. Успехи в химической инженерии. 36. С. 111–43. Дои:10.1016 / S0065-2377 (09) 00404-9. ISBN  978-0-12-374763-1.
  75. ^ Асади, Нушин; Карими Алавиджех, Масих; Зилуэй, Хамид (2017). «Разработка математической методологии для исследования производства биоводорода из региональных и национальных остатков сельскохозяйственных культур: пример Ирана». Международный журнал водородной энергетики. 42 (4): 1989–2007. Дои:10.1016 / j.ijhydene.2016.10.021.
  76. ^ Дао, Y; Чен, Y; Wu, Y; Привет; Чжоу, Z (2007). «Высокий выход водорода из двухступенчатого процесса темновой и фотоферментации сахарозы». Международный журнал водородной энергетики. 32 (2): 200–6. Дои:10.1016 / j.ijhydene.2006.06.034.
  77. ^ Раджанандам, Бриджеш; Киран, Шива (2011). «Оптимизация производства водорода за счет Halobacterium salinarium в сочетании с Кишечная палочка использование молочной плазмы в качестве ферментативного субстрата ». Журнал биохимической технологии. 3 (2): 242–4.
  78. ^ Асади, Нушин; Зилуэй, Хамид (март 2017 г.). «Оптимизация предварительной обработки органосольв из рисовой соломы для увеличения производства биоводорода с использованием Enterobacter aerogenes». Биоресурсные технологии. 227: 335–344. Дои:10.1016 / j.biortech.2016.12.073. PMID  28042989.
  79. ^ Персиваль Чжан, И-Х; Солнце, Джибин; Чжун, Цзянь-Цзян (2010). «Производство биотоплива путем биотрансформации синтетическим ферментным путем in vitro». Текущее мнение в области биотехнологии. 21 (5): 663–9. Дои:10.1016 / j.copbio.2010.05.005. PMID  20566280.
  80. ^ Стрик, Дэвид П. Б. Т. Б .; Хамелерс (Берт), Х. В. М .; Snel, Jan F. H .; Буйсман, Сис Дж. Н. (2008). «Производство экологически чистой электроэнергии с использованием живых растений и бактерий в топливном элементе». Международный журнал энергетических исследований. 32 (9): 870–6. Дои:10.1002 / er.1397. Сложить резюме – Университет и исследовательский центр Вагенингена.
  81. ^ Тиммерс, Рууд (2012). Производство электроэнергии живыми растениями в растительном микробном топливном элементе (Кандидатская диссертация). ISBN  978-94-6191-282-4.[страница нужна ]
  82. ^ «Наногальванические сплавы на основе алюминия для производства водорода». Командование развития боевых возможностей армии США Исследовательская лаборатория армии. Получено 6 января, 2020.
  83. ^ МакНелли, Дэвид (25 июля 2017 г.). «Открытие армии может предложить новый источник энергии». Армия США. Получено 6 января, 2020.
  84. ^ https://4thgeneration.energy/life-cycles-emissions-of-hydrogen/
  85. ^ https://www.dw.com/en/first-element-in-periodic-table-why-all-the-fuss-about-hydrogen/a-53783698#:~:text=Hydrogen%20is%20the%20simplest % 20 атом, плотность% 20 ​​из% 20 любой% 20 кристалл% 20 твердое тело.
  86. ^ Прямой пиролиз метана CH4 может быть проведен в относительно простом (и потенциально дешевом) коммерческом процессе за одну стадию реакции с получением чистого водорода из природного газа.
  87. ^ «Новые горизонты для водорода» (PDF). Обзор исследований. Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (2): 2–9. Апрель 2004 г.

внешняя ссылка

дальнейшее чтение

  • Francesco Calise et al. редакторы (2019). Производство солнечного водорода. Академическая пресса. ISBN  978-0-12-814853-2.