Это уже работает: существует несколько подходов к использованию солнечной энергии для расщепления воды и получения водорода. К сожалению, этот «зеленый» водород до сих пор обходился дороже, чем «серый» водород из природного газа.
Исследование, проведенное Центром имени Гельмгольца в Берлине (HZB) и Техническим университетом Берлина, теперь показывает, как зеленый водород, получаемый из солнечного света, может стать прибыльным: часть водорода используется для переработки химических веществ, полученных из сырой биомассы, в ценные химические вещества для промышленности. Эта концепция совместного производства очень гибкая; При необходимости один и тот же завод может использоваться для производства различных побочных продуктов.
Нам необходимо как можно скорее отказаться от ископаемого топлива , чтобы ограничить глобальное потепление. Таким образом, в энергетической системе будущего зеленый водород будет играть важную роль в хранении энергии и в качестве возобновляемого сырья для производства химикатов и материалов для широкого спектра применений.
В настоящее время водород в основном производят из ископаемого природного газа (серого водорода). Зеленый водород, с другой стороны, производится путем электролиза воды с использованием возобновляемых источников энергии. Одним из многообещающих подходов является использование фотоэлектрохимических (ФЭХ) устройств для производства водорода с использованием солнечной энергии . Однако водород из установок ПЭК намного дороже, чем водород из (ископаемого) метана.
Полный контроль над реакциями
Команда под руководством Фатвы Абди (до середины 2023 года работала в HZB, сейчас в Городском университете в Гонконге) и Райнхарда Шомекера (UniSysCat, TU Berlin) теперь исследовала, как меняется баланс, когда часть водорода, вырабатываемого в устройстве PEC, вступает в реакцию с итаконовая кислота (IA) с образованием метилянтарной кислоты (MSA), и все это в одном устройстве.
Исходный материал, итаконовая кислота, получается из биомассы и подается внутрь. Метилянтарная кислота представляет собой дорогостоящее соединение, необходимое в химической и фармацевтической промышленности.
В исследовании команда описывает, как контролировать химические реакции в устройстве PEC, варьируя параметры процесса и концентрацию гомогенного катализатора на основе родия, который растворим в воде и активен уже при комнатной температуре. Таким образом, для гидрирования итаконовой кислоты можно использовать различные пропорции водорода, избирательно увеличивая или уменьшая производство метилянтарной кислоты.
Завод становится прибыльным от 11 процентов водорода для MSA
При реалистичном общем КПД установки PEC в 10 процентов и с учетом первичных затрат, а также эксплуатации, технического обслуживания и вывода из эксплуатации, производство чистого водорода остается слишком дорогим по сравнению с производством из ископаемого газа. Это верно, даже если предположить, что срок службы установки ПЭК составит 40 лет.
Этот баланс меняется, если реакция ПЭК сочетается с процессом гидрирования. Даже если только 11 процентов производимого водорода будет преобразовано в MSA, стоимость водорода снизится до 1,5 евро за килограмм, что уже находится на том же уровне, что и для водорода от парового риформинга метана. И это справедливо даже для срока службы установки ПЭК всего 5 лет.
Поскольку рыночная цена MSA значительно выше, чем у водорода, увеличение количества MSA увеличивает рентабельность. В эксперименте от 11 до 60 процентов водорода можно было избирательно использовать для производства MSA.
Кроме того, предыдущее исследование показало, что совместное производство MSA также сокращает так называемое время окупаемости энергии, то есть время, необходимое заводу для восстановления энергии, израсходованной на его производство.
Завод ПЭК также можно использовать для производства других побочных продуктов путем простой замены сырья и (растворимого) катализатора: например, ацетон можно гидрировать до изопропанола. «Это еще одно важное преимущество нашей концепции совместного производства. Мы нашли многообещающий способ сделать производство солнечного водорода экономически выгодным», — говорит Фетва Абди.
Теги: энергия
