HIDROGÉN ELŐÁLLÍTÁS
Hidrogén előállítása elektrolízissel (zöld hidrogén)
A víz elektrolízisével (elektrokémiai vízbontás) károsanyag kibocsátás nélkül állíthatunk elő tiszta H2 gázt, O2 melléktermék képződése mellett. A vízbontás során végbemenő oxidáció (anódos reakció) és redukció (katódos reakció) térben elkülönítve játszódik le, így elkerülve a robbanásveszélyes termékelegy képződését. Az elektródokat egy elektrolit oldat és egy szilárd szeparátor, vagy egy e kettőt egyszerre helyettesítő szilárd elektrolit választja el, ami biztosítja az elektrokémiai folyamatokhoz szükséges megfelelő ionvezetést.
Az alkáli vízelektrolízis a legérettebb technológia, melyet az elmúlt 100 évben már ipari méretben is alkalmaznak H2 előállítására. Ennek során egy lúgos elektrolit oldatot (jellemzően KOH oldat) elektrolizálnak a katód és anód között. A két cellatér elválasztására, így az O2 és H2 keveredésének megakadályozására, egy pórusos diafragmát alkalmaznak. Az elektródok közötti oldatréteg okozta elektromos ellenállás (és ezzel együtt a cellafeszültség) csökkentése érdekében fejlesztették ki a protoncserélő-membránnal (PEM) elválasztott elektrolizáló cellákat. Ezekben az anód és a katód egy membránon keresztül közvetlenül egymásnak van préselve (a tüzelőanyag-cellákhoz hasonló megoldással). Az anód oldalon tiszta víz oxidációja játszódik le, míg a katódon ezzel azonos sebességgel történik a membránon átvándorló H+ ionok redukciója hidrogénné.
Egyéb, újszerű hidrogén előállítási módok.
Számos egyéb, kevésbé érett zöld hidrogént előállító technológia is rendelkezésre, illetve fejlesztés alatt áll. Ilyen például a közvetlen vízbontás napenergia segítségével (pl. termikus, foto-, vagy kombinált foto-termikus katalízis módszerrel).
A biológiai hidrogéntermelés (pl. algákkal vagy baktériumokkal), a hidrogén előállításon túl, további CCU termékeket (pl. metán, alkoholok) előállítását is lehetővé teszi. A felfedező kutatáson túlmenően, hazai alkalmazott kutatási kapacitás rendelkezésre áll a témában az SZTE-n, a PE-n, a BME-n valamint a Power-to-Gas Hungary Kft. kötelékein belül.
A hidrogént tüzelőanyag-cellákban, gázturbinákban és belső égésű motorokban lehet energia-termelésre felhasználni. Gázturbinákban jelenleg még csak földgáz bekeverésével alkalmazzák a magas égőkamrai hőfok miatt. Az energiatermelés, és a közlekedési célú felhasználás szempontjából is a fő átalakító berendezést a tüzelőanyag-cellák jelentik, ezért a továbbiakban ezekkel foglalkozunk részletesebben.
Az energiarendszer kiegyensúlyozása
A szél- és napenergia által termelt energia jelentősen ingadozik, ezenkívül a szélparkok gyakran messze vannak a fogyasztóktól. Ezért ezt a teljesítményt vagy kábelen keresztül kell továbbítani a fogyasztási központokba, vagy tárolni, majd szükség szerint be kell táplálni az energiarendszerbe. A hidrogéntechnológia ennek egyik módja. Itt a megújuló forrásokból előállított villamos energiát egy elektrolízis folyamatának táplálására használják, amely a vizet elektrokémiailag hidrogénre és oxigénre osztja – egy olyan formára, amelyben ez az energia tárolhatóvá és szállíthatóvá válik. Az ily módon előállított hidrogén ezután visszaváltható villamos energiává. Ez a zöld hidrogén az ellátás biztonságának és a hálózat ellenálló képességének növelését szolgálja.
A hidrogén tárolásának és felhasználásának módjai
Az így előállított hidrogén közvetlenül felhasználható. Például üzemanyagcella segítségével villamos energiává alakítható, vagy nyersanyagként használható a vegyiparban. Az első kérdés itt az, hogy hogyan kell ezt a hidrogént elérhetővé tenni ilyen célokra.