Generell prinsipp for for hydrogen-produksjon

Hydrogen

 

Hydrogen: Fremtidens drivstoff?
Hydrogen er foreslått som erstatning for fossile brennstoff i for eksempel biler og andre transportmidler.
Utvinning av Hydrogen fra metan har CO2 som et biprodukt, og elektrolyse må bruke strøm som kanskje ikke er fra fornybare energikilder.
Hydrogen er imidlertid interessant for fremtiden, dersom fusjonsteknologien utvikler seg i positiv retning.
Ved normalt trykk og temperatur er hydrogen en luktfri og fargeløs gass som er 14 ganger lettere enn luft,
ekstremt eksplosiv og brenner uten se flammen.
Ved temperaturer under -253 grader Celsius blir hydrogen flytende.


Grunnstoffet Hydrogen eksisterer i store mengder. Det regnes med at det finnes ca 75% av universet består av hydrogen. På jorden finnes hydrogen i liten grad som gass, men store mengder finnes i vann.

I alle atomer sirkulerer det elektroner, og vanligvis er det plass til åtte elektroner i atomets ytterste skall.

Hydrogen har kun ett elektron i dette skallet, og nettopp denne egenskapen gjør at stoffet lett kobler seg til andre grunnstoffer.


Hvordan produserer man hydrogen?
Det finnes en rekke metoder for å skille ut hydrogen fra andre stoffer, og to viktigste er:
Steam Methane Reforming. ( SMR) – hvor man blander naturgassen metan med vanndamp under høyt trykk, og skiller ut hydrogen og CO2. Dette er den vanligste metoden for fremstilling av hydrogen.
Elektrolyse er en annen metode for spalting av stoffer, som er en alternativ fremstilling av hydrogen. Ved denne metoden er generelt forklart at man fører strøm gjennom vann for å skille ut hydrogen og oksygen. Vann har et molekyl som består av to deler hydrogen og en del oksygen, dvs at ved elektrolyse brytes molekylet opp. Resultatet er oksygen- og hydrogengass.


PEM-brenselcelle
En PEM brenselcelle har en elektolytt av fastpolymer som leder protoner (hydrogenioner). Brenselcellen består av bare faste materialer (ikke flytende) og opererer ved lav temperatur (70-90C
Elektrolyse er en kjemisk prosess der elektrisk energi brukes for å bryte vann ned til sine ulike bestanddeler, hydrogen og oksygen. I en brenselcelle skjer akkurat det motsatte.
En brenselcelle er oppbygget lagvis av elektroder som slipper gjennom gass. Mellom disse platene ligger en membran som slipper gjennom protoner, en elektrolytt. På fagspråket kalles den polymer membrane, eller PEM.

Mengden energi som skal til for å spalte hydrogen og oksygen fra hverandre ved elektrolyse, er mye større enn energien du får ut av hydrogenet i en brensellscelle.
Det vil si at det er ikke miljøvennlig å bruke elektrisitet som er produsert av fossil brennstoff for å lage hydrogen. Derimot er fornybare energikilder, slik som vannkraft, vindkraft eller solenergi egnet til produksjonen av hydrogen.

Anoder og katoder


Hvordan produseres elektrisk?

Elektrisiteten skapes ved at hydrogen strømmer gjennom brenselscellen på anodesiden av membranen (PEM), mens oksygen strømmer igjennom på den andre siden (katodesiden).
Strømmen utvikles så ved at protonene trenger seg gjennom membranen, mens elektronene blir igjen.
Membranen holder oksygenet og hydrogenet atskilt fra hverandre, og kontrollerer dermed den kjemiske reaksjonen. I tillegg til å skille oksygen og hydrogen fungerer membranen som en katalysator, som øker hastigheten på reaksjonen som splitter hydrogenet inn i elektroner og protoner.
Overskuddet av negativt ladede partikler samles ved anoden, mens overskuddet av positivt ladde elektroner samles ved katoden. Deretter føres strømmen ut av brenselscellen. Ved å samle flere celler i en såkalt "stack" kan man utvikle nok elektrisitet til å drive for eksempel en elektromotor som har energi nok til å drive en bil.
Biproduktet av den kjemiske reaksjonen som oppstår i brenselscellen er vann.


Fremtiden for hydrogen
Hydrogen brukes nå i petroleums- og kjemisk industri. Blant annet til å produsere ammoniakk til gjødsel, og i petroleumsindustri for å fjerne sulfid fra råoljen. Det finnes bilmodeller og busser med hydrogen-brenselsceller, men det er ikke i nærheten så utbredt som elektriske biler.

Generelt om hydrogen
Bensin gir omtrent tre ganger så mye energi som en liter flytende hydrogen.
Hydrogen kan sammen med elektrisitet og biodrivstoff bli like viktig som oljen er i dag.
 
Hvorfor hydrogen?
Med hydrogen som drivstoff vil kjøretøy kunne ha null eller minimale utslipp, og produksjonen av hydrogen kan gjøres uten utslipp. Potensialer for å produsere hydrogen utslippsfritt er enormt. Samtidig er mulighetene gode for at hydrogenkjøretøy kan bli så gode at de kan konkurrere på kvalitet med dagens bensin- og dieselbiler.
energiforbruket.
Energiforbruket i Europa følger i grove trekk det samme mønsteret som verdens totale energiforbruk. Den viktigste forskjellen er at kjernekraften, med en andel på ca 13 prosent, har en større utbredelse i Europa. Motsvarende er kullets andel på ca 20 prosent er lavere i Europa enn i verden totalt.



Linker til: