Wodór – ekologiczny nośnik energii
advertisement
Wodór – ekologiczny nośnik energii Dobiesław Nazimek Zakład Chemii Środowiskowej, Wydział Chemii UMCS w Lublinie, 20-031 Lublin, Plac Marii Curie-Skłodowskiej 3 To, że woda stanowi ogromną część składową naszej planety, jest stwierdzeniem wręcz trywialnym. A przecież ten prosty związek chemiczny, będący chemicznie tlenkiem wodoru, jest nie tylko najlepszym i najbardziej uniwersalnym rozpuszczalnikiem, jaki znamy, ale też nośnikiem niezwykle ważnego technologicznie czynnika roboczego, jakim jest wodór – najstarszy i najprostszy (i najbardziej rozpowszechniony w Uniwersum) pierwiastek chemiczny. Reakcja pomiędzy wodorem i tlenem jest niezwykle egzotermiczna i przebiega w pewnych zakresach stężeń tlenu i wodoru eksplozywnie, gdyż pierwiastki te tworzą mieszaninę wybuchową [1]. Rysunek 1. Cząsteczka wodoru. Paliwo przyszłości powinno być łatwo dostępne, tanie i przyjazne środowisko – wodór może spełniać te wszystkie cechy. Jednak dzisiaj mamy pewne technologiczne problemy. Rysunek 2. Rozpowszechnienie wodoru. Problemem jest pozyskanie taniej energii do produkcji wodoru a także sposób jego magazynowania. Wodór możemy magazynować zarówno jao ciecz, co jednak wymaga bardzo kosztownych układów kriogenicznych, jago gaz sprężony – co też jest technologicznie mało użyteczne, lub też możemy go adsorbować w nanorurkach węglowych albo absorbować w postaci wodorków metali. Próg energetyczny reakcji wodoru z tlenem jest bardzo niski i może być ona inicjowana nawet energią mechaniczną (np. stuknięciem). Jednak proces ten można także prowadzić w łagodnych, nie eksplozywnych warunkach, stosując katalizatory metaliczne, jako moderatory reakcji. Tak prowadzi się proces spalania wodoru w ogniwach paliwowych. Jednak sam wodór stanowi szczególnie w technologiach wodorkowych (np. wodorku tytanu) pewne szczególne rozwiązanie przenoszenia energii chemicznej a także akumulacji energii elektrycznej [2]. Rysunek 3. Niezwykłe właściwości wodoru. Jednak dla wielu technologów wizja wodoru, jako paliwa przyszłości jest niezwykle nęcąca. Dodatkowym bodźcem powodującym, że badania wodorków metali są prowadzone bardzo intensywnie jest fakt, że zgodnie z teorią nadprzewodnictwa, na takich obiektach powinno się uzyskać to zjawisko, już w temperaturach technologicznie użytecznych np. w temperaturze ciekłego azotu [3]. Z tego powodu badania te, prowadzone są głównie w laboratoriach wielkich koncernów, w tym również paliwowych. Praktyczne zastosowanie tanich materiałów nadprzewodzących jest tak ogromne, że nie sposób ich nawet wymienić. Są to nowe, superszybkie i pojemne komputery, akumulatory energii elektrycznej, a także nowa generacja silników elektrycznych. Rysunek 4. Schemat ogniwa paliwowego typu PEM. W tym kontekście stosowanie wodoru, jako „zwyczajnego” paliwa, nawet poprzez jego uwięzienie w wodorku metalu, wręcz blednie, chociaż technika taka jest stosowana na skalę przemysłową do napędu nowoczesnych lokomotyw trakcji spalinowej w Kanadzie i USA [4]. Zmagazynowany w wodorku metalu wodór jest podawany na zespół ogniw paliwowych [4]. Otrzymany prąd elektryczny napędza system silników elektrycznych elektrowozu. Nie zdajemy sobie sprawy z faktu, że wodór jest pierwiastkiem niesłychanie ważnym w szeregu ludzkich technologiach. Nie jest to jedynie paliwo przyszłości. Jest on używany szeroko do wielkiej syntezy nieorganicznej np. do otrzymywania amoniaku [5], czy też w reakcjach petrochemicznych jak hydrokraking czy hydrogenoliza [6]. Metody „wydobywania wodoru” są oczywiście różne. Dzisiaj technologicznie jest on otrzymywany w reakcji reformingu parowego węglowodorów, najczęściej gazu ziemnego [7]. Rysunek 5. Elektrownia na ogniwa paliwowe w Santa Clara w Kaliforni. Bez tanich i intensywnych metod produkcji wodoru nie byłoby dzisiaj nowoczesnych technologii, łącznie z metodami wytwarzania mikroprocesorów. Czy wodór stanie się, poza tymi zastosowaniami, dodatkowo paliwem przyszłości? Nie jest to niemożliwe, szczególnie jeżeli techniki te będą skojarzone z ogniwami paliwowymi. No cóż, czas pokaże, w którą stronę pożeglują ludzkie technologie, a mówiąc bardziej poważnie jak będą ewoluowały. Literatura 1. W. Trzebiatowski, „Chemia nieorganiczna”, PWN, Warszawa, 1979. 2. W. Lisowski, „Powstawanie i własności stanów adsorpcyjnych wodoru na czystych metalach oraz w warunkach oddziaływania z innymi gazami”, rozprawa habilitacyjna, IChF PAN, Warszawa, 1995. 3. L. Komorowski, R. Balawender, „Badania struktury elektronowej mieszaniny wodorków metali alkalicznych”, Politechnika Wrocławska, 1995. 4. http://www.yahoo.com/depts.washington.edu/fuelcell 5. J. Myszkowski, K. Kałucki, „Potencjał badawczy i osiągnięcia szkół wyższych i instytutów PAN w zakresie technologii chemicznej”, Materiały II Kongresu Technologii Chemicznej, Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wrocław1998, str. 57. 6. D. Nazimek, Chem.Stos., 33(1989)363. 7. J. R. Rostrup-Nielsen, „Steam Reforming Catalysts”, Ed. Teknisk Forlag A/S, Copenhagen, 1975.
