Dunia sedang menghadapi cabaran keperluan tenaga—mengimbangkan bekalan dan permintaan, kos, dan kesan alam sekitar—dan satu penyelesaian yang berpotensi untuk masalah ini ialah hidrogen.
Hidrogen menjanjikan sebagai sumber bahan api untuk enjin pembakaran, sel bahan api, dan sebagai alternatif kepada pemanasan gas asli. Satu-satunya sisa pembakarannya ialah air dan terdapat beberapa cara untuk menghasilkan gas tanpa ancaman pelepasan karbon.
Walau bagaimanapun, gas hidrogen tulen adalah mahal untuk menghasilkan secara mampan dan masih lebih mahal untuk disimpan dan diangkut berbanding bahan api fosil tradisional. Penyelidik tenaga telah cuba mencari cara terbaik untuk mendapatkan hidrogen serta kaedah paling praktikal untuk pengangkutannya supaya ia menjadi pesaing sebenar dengan gas asli atau petrokimia. Terdapat beberapa cara untuk mendekati masalah ini, ketahui lebih lanjut di bawah.
Untuk semua kegunaannya, hidrogen diatomik tulen mempunyai had yang menghalangnya daripada praktikal pada skala yang lebih besar. Pengeluaran bahan api hidrogen tidak sepenuhnya bebas daripada gas rumah hijau, dan terdapat kedua-dua mampan dan tidak mampan. kaedah pengeluaran yang perlu diambil kira. Yang paling menjanjikan pada masa ini ialah pemisahan air secara elektrolitik (menggunakan tenaga boleh diperbaharui), yang menghasilkan gas hidrogen dan oksigen sebagai hasilnya.
Dengan masalah pengeluaran diselesaikan, isu kecekapan menjadi kenyataan—pada tekanan dan suhu ambien, tenaga per unit isipadu gas hidrogen tidak mencukupi untuk memberikan ukuran yang setanding terhadap bahan api fosil. Ketumpatan tenaga gas hidrogen per kilogram hampir tiga kali ganda berbanding bahan api tradisional, namun keupayaan tenaga realistik setiap liter adalah perintah magnitud lebih kecil.
Walaupun gas hidrogen boleh dimampatkan di bawah tekanan tinggi, ini memerlukan peralatan khusus serta lebih banyak tenaga untuk melakukannya, dan masih boleh mencapai kira-kira 5% hidrogen seunit berat (di mana baki 95% adalah berat kapal bertekanan. ). Perkara yang sama boleh dikatakan untuk hidrogen cecair yang memerlukan suhu –253°C atau lebih sejuk, memerlukan peralatan penyejukan dan kuasa tambahan.
Penyelesaian terbaik untuk penggunaan dan pengangkutan hidrogen yang cekap yang ditemui saintis sebenarnya bukanlah hidrogen tulen sama sekali. Terdapat alternatif yang mempunyai banyak potensi—iaitu penyimpanan kimia dan penyimpanan fizikal.
Penyimpanan kimia ialah tempat atom hidrogen disimpan dalam molekul melalui ikatan kimia, hanya untuk dibebaskan selepas tindak balas kimia berlaku. Terdapat banyak pilihan yang berpotensi untuk pembawa kimia hidrogen, seperti hidrida logam atau molekul organik (cth. alkohol, karbohidrat).
Untuk menjadi paling berkesan, bahan harus mempunyai kapasiti hidrogen sekurang-kurangnya 7% mengikut berat, dan mempunyai suhu kerja antara 0 dan 100°C. Banyak hidrida logam memerlukan suhu sekurang-kurangnya 200°C untuk membebaskan hidrogen. Hidrokarbon organik berada dalam kedudukan yang sama, dengan kelemahan tambahan untuk memancarkan CO2 sebagai produk tindak balas.
Pilihan penyimpanan fizikal membolehkan hidrogen diserap ke permukaan bahan dalam jumlah yang jauh lebih besar daripada membiarkan gas yang terkandung dengan sendirinya. Yang paling biasa ialah bahan seperti span yang sangat berliang, seperti karbon teraktif atau rangka kerja logam-organik (MOF). MOF yang dilaporkan pada 2020 didapati mencapai kapasiti hidrogen yang cemerlang sebanyak 14% mengikut berat. Had kebanyakan MOF, bagaimanapun, adalah bahawa mereka melakukan penjerapan yang terbaik pada suhu yang sangat rendah (banyak sekitar –200°C) dan kehilangan keberkesanan apabila suhu meningkat.
Ammonia telah pun mencipta nama sebagai komponen penting baja, dengan pengeluaran tahunan global melebihi 200 juta tan pada 2021. Ia juga telah mencetuskan inspirasi sebagai kaedah penyimpanan hidrogen kimia.
Kaedah pengeluaran ammonia semasa bukanlah yang hijau—proses Haber memerlukan tindak balas gas nitrogen dan gas hidrogen bersama-sama pada suhu dan tekanan tinggi, di mana hidrogen yang dimaksudkan paling kerap diperoleh daripada bahan api fosil. Walau bagaimanapun, saintis tenaga mengorak langkah dengan kaedah pengeluaran alternatif, seperti sel bahan api dan reaktor membran, yang boleh memberikan ammonia jejak yang lebih hijau untuk bahan api, baja dan banyak lagi.
Ammonia ialah molekul bukan organik, terdiri daripada satu atom nitrogen dan tiga atom hidrogen. Ketumpatan hidrogen ini menjadikannya pembawa kimia hidrogen yang menarik untuk tujuan tenaga, sebagai alternatif untuk mengangkut hidrogen cecair tulen ke sekeliling. Daripada memerlukan suhu sub –253°C, ammonia ialah cecair pada hanya –77°C pada tekanan atmosfera, atau setinggi –10°C di bawah tekanan yang lebih tinggi sedikit. Selain itu, ammonia tidak mengandungi karbon, jadi mempunyai potensi besar sebagai sumber bahan api neutral karbon. Ia boleh dibahagikan kepada gas hidrogen dan nitrogen dalam sel bahan api terbalik, di mana nitrogen diatomik hanya boleh bergabung semula dengan atmosfera tanpa menjejaskan alam sekitar.
Jika anda ingin mengetahui lebih lanjut tentang pelbagai jenis bahan kimia, atau cara meminimumkan risiko semasa bekerja dengan bahan kimia, kami sedia membantu. Kami mempunyai alatan untuk membantu anda dengan pelaporan mandatori serta penjanaan SDS dan Penilaian Risiko. Kami juga mempunyai perpustakaan webinars meliputi peraturan keselamatan global, latihan perisian, kursus bertauliah, dan keperluan pelabelan. Untuk maklumat lanjut, hubungi kami hari ini di sales @chemwatch. Bersih.
Sumber:
