Vodik iz ugljena kao novi, čisti izvor energije

Koliko je vodik dobiven iz ugljena čisto gorivo?

Rasplinjavanjem umjesto spaljivanjem ugljena može se dobiti vodik. Korištenjem vodika kao izvora energije dolazi do emisije samo jedne tvari – vode.

Energetski div AGL je sredinom travnja najavio planove za proizvodnju energije korištenjem vodika u njihovoj termoelektrani na ugljen, Loy Yang A. Ali, kako možemo transformirati ugljen, za koji se često misli da ga čini samo ugljik, u vodik koji je u potpunosti drugi element?

Zapravo, ugljen ne čini samo ugljik. On također sadrži i druge elemente, među kojima je i vodik. No kako bi se dobila velika količina vodika, ugljen je potrebno rasplinjavati, a ne spaljivati. Tako se dobivaju spojevi koji dalje mogu stupiti u reakciju s vodom i stvoriti vodik. Na ovaj se način dobiva većina vodika, a ne izravno iz ugljena.

Od čega se sastoji ugljen?

Najjednostavnije, ugljen je smjesa dviju komponenti: tvari na bazi ugljika (raspadnuti ostaci prehistorijske vegetacije) i mineralne tvari (čije je porijeklo tlo iz kojeg je ugljen iskopan). Tvar na bazi ugljika sastoji se od pet glavnih elemenata: ugljika, vodika, kisika, dušika i sumpora.

Proces stvaranja ugljena može se zamisliti kao napredovanje od biomase (odnedavno odumrle biljne materije) do drvenog ugljena (skoro čistog ugljena). S vremenom, kisik i dio vodika migriraju iz takve smjese za sobom ostavljajući sve više ugljika.

Smeđi ugljen sadrži neznatno više vodika nego crni ugljen, iako je najveća razlika među njima sadržaj ugljika i kisika.

Što je rasplinjavanje?

Za razumijevanje rasplinjavanja potrebno je prvo shvatiti proces sagorijevanja. Sagorijevanje ili gorenje jest postupna oksidacija goriva (poput ugljena) – proces u kojem se oslobađa toplina i ugljikov dioksid. Ugljikov dioksid se ne može dalje oksidirati te ga to čini krajnjim, nezapaljivim produktom procesa potpunog sagorijevanja.

Međutim, kod rasplinjavanja se ugljen ne oksidira u potpunosti. Umjesto toga, ugljen stupa u reakciju sa sredstvom za rasplinjavanje. Rasplinjavanje je endoterman proces što znači da ne oslobađa toplinu. Zapravo se događa suprotno – takvom procesu potrebno je dovesti toplinu kako bi reakcija napredovala. Zbog toga što konačni plin nije u potpunosti oksidiran, on može sagorijevati kao gorivo.

Na koji način se dobiva vodik?

Kako bi se proizveo vodik iz ugljena, proces mora započeti djelomičnom oksidacijom. To znači da je potrebno dodati određenu količinu kisika ugljenu što stvara ugljikov dioksid putem klasičnog procesta potpunog izgaranja. Dodana količina nije dovoljna da ugljen u potpunosti izgori – dodano je upravo toliko da se dobije dovoljno topline za reakciju rasplinjavanja. Djelomična oksidacija također stvara vlastito sredstvo za rasplinjavanje – ugljikov dioksid.

Tako nastali ugljikov dioksid reagira s preostalim ugljikom u ugljenu te nastaje ugljikov monoksid (ovo je endotermna reakcija rasplinjavanja koja zahtijeva dovod topline). Tu još uvijek ne nastaje vodik.

Ugljikov monoksid dalje reagira s vodenom parom stvarajući vodik i ugljikov dioksid. Sada je dobiven vodik. On se dalje može provoditi kroz gorivi članak stvarajući visoko efikasnu električnu struju, iako je plan za Loy Yang A da komprimira vodik i šalje ga u Japan za potrebe Olimpijske izložbe.

Proizvodnja vodika iz ugljena / J. Allen

Smeđi ugljen pogodniji je za korištenje u ovom procesu od crnog ugljena iz nekoliko razloga, što čini smeđi ugljen doline Latrobe iz Viktorije dobrim kandidatom za taj proces.

Glavna prednost smeđeg ugljena je sadržaj velike količine kisika što ovu vrstu ugljena čini manje stabilnom te se samim time se lakše raspada reakcijom rasplinjavanja. Uz to, vodik koji je već prirodno sadržan u ugljenu, dodan je mali poticaj processu.

Vodik dobiven procesom rasplinjavanja ugljena nije gorivo nulte emisije. Ugljikov dioksid se emitira prilikom izgaranja i reakcije toplinske razgradnje te je također proizvod reakcije ugljikova monoksida i vode pri čemu uz ugljikov dioksid nastaje i vodik.

Zašto onda uopće proizvoditi vodik?

Korištenjem vodika kao goriva, oslobađa se samo voda kao nusproizvod. To ga čini čistim gorivom nulte emisije barem u trenutku korištenja.

Dobivanjem vodika iz ugljena u velikim središnjim pogonima, onečišćenje se može zaustaviti. Čestice, i potencijalno ugljikov dioksid, mogu se efikasno ukloniti iz struje plina.

To nije moguće provesti u manjim mjerilima, poput uklanjanja onečišćenja svakog automobila zasebno. Cestovni promet trenutno emitira opasne količine onečišćujućih tvari u gradovima, svaki dan.

Procesi rasplinjavanja koji koriste vodikove gorive članke mogu bitno povećati njihovu efikasnost u usporedbi s tradicionalnim termoelektranama na ugljen. Međutim, ovisno o krajnjoj upotrebi vodika i naknadnim transportnim akcijama, moglo bi biti bolje u pogledu energetske proizvodnje, ili efikasnosti (te s time povezanom emisijom ugljika), samo spaljivanje ugljena za dobivanje električne struje.

Upotrebom  procesa rasplinjavanja ugljena u svrhu dobivanja vodika, može se započeti s izgradnjom prijekopotrebne infrastrukture i razvijanjem potrošačkog tržista (to jest, vozila pogonjenih vodikovim člancima) za potpuno čistim gorivom budućnosti.

Vodikova energija s nultom razinom emisija može se postići na nekoliko načina putem rastavljanja vode na kisik i vodik (pomoću elektrolize ili solarne termokemijske i fotoelektrokemijske tehnologije). Navedeno još uvijek nije moguće obavljati u jednostavnim uvjetima po pristupačnoj cijeni, no s vremenom bi se i to moglo promijeniti.

Anamarija Beljan / Ekovjesnik

 

VEZANE VIJESTI

Mikroorganizmi tla ubrzavaju globalno zatopljenje

U jednoj žličici tla ima više mikroba nego što ima ljudi na Zemlji. Tlo sadrži mnoštvo mikroorganizama odgovornih za većinu bioloških transformacija i razvoj hranjivih tvari koje olakšavaju stvaranje biljnih zajednica. No, novo istraživanje pokazalo je da mikroorganizmi djeluju na ubrzanje fenomena globalnog zatopljenja te da, zahvaljujući njima, ugljik pohranjen u tlu ubrzano ulazi u atmosferu.

Proizvodnja goriva iz emisija CO2 pomoću MIT membrane

Membrana koju su razvili istraživači s Instituta za tehnologiju iz Massachusettsa može izolirati ugljikov monoksid iz ugljikovog dioksida, čime se štetne emisije stakleničkih plinova prevode u korisna alternativna goriva.

Toyota pokreće proizvodnju čiste energije iz kravljeg gnojiva

Automobilski proizvođač Toyota uskoro otvara megavatnu elektranu u Kaliforniji koja će korištenjem kravljeg gnojiva proizvoditi električnu energiju i vodikovo gorivo. Otvaranje postrojenja očekuje se oko 2020. godine

Novi fotosintetski uređaj učinkovitije proizvodi vodikovo gorivo

Novi, stabilni uređaj za umjetnu fotosintezu višestruko povećava učinkovitost prikupljanja sunčeve svjetlosti u svrhu rastavljanja molekula slatke i slane vode, pritom prikupljajući vodik koji će se koristiti u gorivim ćelijama

PRIJAVITE SE NA NEWSLETTER