Waterstofproductie
Van Wikipedia
Waterstofproductie is een proces dat over het algemeen koolwaterstoffen via een chemische reactie omvormt tot waterstof. Helaas komt hierbij het broeikasgas CO2 vrij. Waterstof kan ook verkregen worden middels biologische waterstofproductie in een algenbioreactor, of door het gebruik van grote hoeveelheden elektriciteit (door elektrolyse) of hitte (thermolyse). Deze methoden zijn op dit moment niet kosteneffectief voor grote hoeveelheden. Goedkope, massale productie is een vereiste voor een gezonde waterstofeconomie.
Inhoud |
[bewerk] Vanuit Koolwaterstoffen
Waterstof kan verkregen worden uit aardgas met ongeveer 80% rendement, of vanuit andere koolwaterstoffen, waarbij het rendement varieert. Deze manier van het verkrijgen van waterstof stoot broeikasgassen uit. Omdat de productie op één plaats geconcentreerd kan worden, is het mogelijk deze gassen op een nette manier af te werken, bijvoorbeeld door deze terug te pompen in een olie- of gasveld, alhoewel deze methode nog niet vaak word toegepast. Een CO2-injectieproject is gestart door het Noorse bedrijf Statoil in het Sleipner olieveld, gelegen in de Noordzee.
[bewerk] Reforming
Waterstof wordt voor commerciële toepassingen vaak in grote hoeveelheden geproduceerd door middel van reforming van aardgas. Op hoge temperaturen (700-1100º C), reageert stoom (H2O) met methaan (CH4). Deze reactie heeft als product syngas.
De vereiste hitte voor dit proces wordt gewoonlijk verkregen uit het verbranden van een deel van het methaan.
[bewerk] CO
Meer waterstof kan worden verkregen uit het CO via water-gassplitsing, dat plaatsvindt op ongeveer 130º C.
- CO + H2O → CO2 + H2 + 40.4 kJ/mol
Hierbij wordt het zuurstofatoom vanuit het water gebruikt om koolmonoxide om te vormen naar kooldioxide, waarbij waterstof vrijkomt.
[bewerk] Steenkool
Steenkool kan worden omgezet in syngas en methaan (ook wel bekend als stadsgas) door middel van gasvorming.
[bewerk] Vanuit water
[bewerk] Biologische productie
 Zie Biologische waterstofproductie voor het hoofdartikel over dit onderwerp. |
Onder bepaalde omstandigheden produceren algen waterstofgas. In de late jaren '90 werd ontdekt dat als algen zwavel onthouden wordt, ze van de productie van zuurstof (via normale fotosynthese) overschakelen op de productie van waterstofgas.
[bewerk] Elektrolyse
Wanneer er gebruik wordt gemaakt van een chemische energiebron, zal het produceren van waterstof altijd efficiënter zijn door middel van een directe chemische reactie. Maar wanneer een mechanische manier van energieopwekking zoals waterkracht of windenergie gebruikt wordt, kan het interessant worden om te kijken naar elektrolyse. Over het algemeen is de benodigde energie bij dit proces hoger dan de waarde van het geleverde waterstof, waardoor deze manier van productie niet vaak gebruikt wordt.
Wanneer de energiebron primair warmte levert (zoals bij zonne-energie of kernenergie), is het op dit moment alleen mogelijk waterstof te produceren door middel van lage-temperatuurelektrolyse. Daarnaast is er ook een proces dat bekend staat als hoge-temperatuurelektrolyse (HTE). Dit proces maakt gebruik van de hitte energie uit de warmte bron om waterstof te verkrijgen. In potentie is hiermee 50% meer efficientie te behalen, doordat de energie niet eerst de stap van hitte naar elektriciteit hoeft te maken. HTE is inmiddels succesvol gedemonstreerd in laboratoria, maar nog niet op een schaal die commercieel aantrekkelijk is.
[bewerk] Hoge-temperatuurelektrolyse
| Zie Hoge-temperatuurelektrolyse voor het hoofdartikel over dit onderwerp. |
Het HTE proces wordt normaal gesproken alleen overwogen wanneer er kernenergie als warmtebron beschikbaar is, omdat andere niet-chemische vormen van de vereiste warmte te ontstabiel zijn (geconcentreerde zonne-energie) om de kosten van een HTE installatie te verantwoorden. De verwachting is dat onderzoek naar HTE en hogetemperatuur kernreactoren uiteindelijk zal leiden naar een waterstofproductieproces dat kan concurreren met reforming.
[bewerk] Thermochemische productie
Sommige thermochemische processen, zoals de zwavel-jodium cyclus, kunnen door hitte water scheiden in waterstof en zuurstof zonder elektrische energie. Omdat de enige benodigde energie hiervoor in de vorm van hitte vrijkomt, kan dit proces nog efficiënter zijn dan HTE. Geen van deze thermochemische processen zijn gedemonstreerd op een massaproductie niveau, hoewel er verschillende demonstraties in laboratoria hebben plaatsgevonden.
[bewerk] Andere methoden
- Foto-elektrochemische cel. Nanotechnologie onderzoek op het gebied van fotosyntese zou kunnen leiden tot een efficiëntere productie van waterstof door middel van zonlicht.
- Er bestaan theorieën over de aanwezigheid van waterstof in de aardkorst, dit zou het boren naar waterstof mogelijk maken, zoals er op dit moment olie en gas geboord worden. Zie externe bronnen.
