Vodik

Vodik

Vodik je eden izmed nosilcev energije, ki omogoča čisto in vsem dostopno lokalno proizvedeno energijo povsem brez izpustov toplogrednih plinov.

Vodik med kemijskimi elementi v periodnem sistemu prvi in edinstven med vsemi kemijskimi elementi. V naravi ga v elementarnem stanju lahko zasledimo le v manjši zastopanosti, malenkost več v višjih atmosferskih conah.

Glavna prednost vodika je v tem, da pri njegovi uporabi ni izpustov toplogrednih plinov (predvsem CO2), ki nastajajo pri uporabi fosilnih goriv.

Vodik je gorljiv plin z dobro kalorično vrednostjo in dober reducent, z zrakom tvori eksplozivne mešanice, njegova uporaba se je izkazala kot obvladljiva in vsaj najmanj tako varna, kot sta fosilni gorivi bencin ali zemeljski plin.

 

PROIZVODNJA

Vodik se proizvaja s pomočjo več različnih procesov, izbira posameznega procesa je posledica zahtev glede zmogljivosti in čistosti vodika. Na letnem nivoju se ga trenutno proizvedeno okoli 60 mio ton, največ se ga nameni za proizvodnjo amoniaka in dušikove kisline.

Najbolj industrijsko zastopan proces je parni performing, pri katerem se kot surovina uporablja zemeljski plin (metan CH4). Pri procesu zemeljskemu plinu najprej odstranimo žveplove spojine, nato se z dodajanjem vode v proces izvede parni performing, z dodajanjem vode se CO pretvori v CO2, sledi odstranjevanje CO2, nato se izvede čiščenje vodika ter na koncu procesa še samo shranjevanje vodika.

Pri elektrolizi vode se z uporabo električnega toka voda cepi na vodik in kisik. V primeru, da se pri tem procesu uporablja elektrika iz obnovljivih virov energije, gre za okoljsko izjemno čisto obliko pridobivanja vodika in je ekonomsko najbolj upravičen v primerih, ko so na voljo presežki električne energije iz hidro, vetrnih ali sončnih elektrarn.

 

SHRANJEVANJE

Ena največjih in tudi poglavitnih težav vodikove tehnologije in vodikove ekonomije predstavlja shranjevanje vodika, obstaja več načinov shranjevanja, ki se med seboj razlikujejo glede na vrsto uporabe za velike ali manjše sisteme ter glede na prednosti in slabosti posameznega načina. Kriteriji za izbor načina shranjevanja vodika so varnost, enostavnost uporabe in cena.

Shranjevanje vodika v industrijskih ravneh je pretežno rešeno, medtem ko v manjših sistemih za mobilne aplikacije (npr. pogon osebnih vozil) ostaja še veliko izzivov.

Nizka volumenska energijska gostota vodika je ena izmed bolj opaznih težav uporabe vodika. V mobilnih aplikacijah ga je zato potrebno hraniti stisnjenega pod visokim tlakom ali utekočinjenega v tlačnih rezervoarjih. Vendar doseganje visokih tlakov zahteva dodatne vložke energije. Nizkotemperaturni ali kriogeni način shranjevanja vodika se kaže kot bolj primeren, kajti njegova energijska gostota je v tem primeru bolj ustrezna, toda tudi tu se kar nekaj energije porabi za samo utekočinjanje vodika, podatki pričajo o porabi 30 odstotkov energije vodika za samo stiskanje in ohlajanje vodika.

 

DISTRIBUCIJA

Vodikova ekonomija obsega novo infrastrukturo za proizvodnjo, shranjevanje ter distribucijo. Razvoj se odvija v dveh smereh, prva smer je veliki industrijski sistemi (predvideni predvsem za proizvodnjo), druga smer so mali lokalni sistemi, namenjeni uporabi za gospodinjstva, javni in storitveni sektor. Pri velikih industrijskih sistemih se pojavlja izziv s transportom vodika na večje razdalje, pri manjših lokalnih sistemih pa se pojavlja izziv z njihovo učinkovitostjo.

 

UPORABA

Vodik je uporaben tako v mobilnih aplikacijah kot tudi v stacionarnih aplikacijah.

 

Mobilnost

Bistvene kompetence vodika, ki mu nezanemarljivo število strokovnjakov polaga vodilno vlogo pri transformaciji avtomobilske industrije v okolju prijazno družbo z uporabo tehnologije gorivnih celic so okoljsko neoporečno delovanje, odlične tehnične značilnosti in širok nabor načinov za pridobivanje goriva.

Uporaba podobnih komponent tehnologij električnih vozil ter tehnologije vodika in gorivnih celic je razvoj elektromotorjev, baterijskih sklopov, lahkih kompozitnih materialov in močnostne elektronike je dodatno pospešil uporabo vozil z gorivnimi celicami.

Glavne prednosti uporabe vodika v prometu so visok energijski izkoristek, okoljska neoporečnost, tiho delovanje ter kompakten dizajn.

 

Stacionarne aplikacije

Uporaba vodika v stacionarnih aplikacijah je možna v gospodinjskih kogeneracijah ter večjih sistemih soproizvodnje, namenjenih za oskrbo z elektriko in toploto v različnih industrijskih, javnih in storitvenih objektih. Uporaba vodika je predvidena tudi za nepretrgano oskrbo z električno energijo kot nadomestno napajanje.

 

Povezovanje področij elektrike in plina

Veliko obetajo tudi projekti povezovanja dveh energetskih področij kot sta elektrika in plin, v katerih je cilj elektriko iz obnovljivih virov energije in viške električne energije pretvarjati v zeleni vodik, tega pa z metanizacijo naprej v sintetični metan.

Primerjava avtomobila s pogonom na gorivne celice z električnim vozilom (EV)

Pri obeh vrstah avtomobilov obstajajo podobni stroški pri nabavi in vzdrževanju vozila, vozili imata podoben doseg, vendar ima EV 3x večjo energetsko učinkovitost kot vozila na gorivne celice. Elektrika je tudi cenejši energent kot vodik.

Vendar pa ima vozilo na gorivne celice prednost pri večjih vozilih, kajti teža goriva (vodika) je pri teh aplikacijah bistveno nižja kot pa teža velikih baterijskih sklopov.

Torej odgovor pri vprašanju ali tehnologija gorivnih celic ali tehnologija EV je jasen – oboje, vendar v različnih aplikacijah.

 

Gorivna celica

Osnovni princip delovanja Gorivne celice pretvarjajo kemični energijo goriva (vodika) neposredno v električno energijo. Pri tem procesu ni vmesne pretvorbe energije v toploto. Elektrokemični proces v gorivni celici je ravno nasproten kot pri elektrolizi vode. Vodik kot gorivo oksidira pri nizkih temperaturah, pri tem ni procesa zgorevanja, in sproščena kemijska energija se z visokim izkoristkom pretvori direktno v električno energijo. Pri tem procesu izkoristek ni omejen s Carnotovim izkoristkom.

Gorivno celico sestavljata dve elektrodi, anoda in katoda, med katerima je elektrolit za prenos ionov. Elektrolit prevaja točno določene ione; elektroni in drugi nezaželeni ioni, ki bi jih elektrolit prevajal, bi zavirali ali celo preprečevali delovanje gorivne celice. Na elektrodah je nanesen katalizator, ki pospešuje elektrokemično reakcijo. Preko elektrod je gorivna celica sklenjena z zunanjim tokokrogom.

Vodik v plinastem stanju pod vplivom katalizatorja ionizira na anodi. Molekula vodika razpade na elektrone in protone. Energija se pri tej reakciji sprošča. Na katodi kisik reagira z elektroni iz elektrode in protoni iz elektrolita. Pri reakciji nastane voda.

Bodite obveščeni o aktualnih vsebinah s področja TRAJNOSTNE ENERGIJE. Prijavite se na e-novice!

Prijavite se na e-novice