Was ist Wasserstoff und kann er wirklich eine Lösung für den Klimawandel sein?

Wasserstoff, oder H₂, erhält in letzter Zeit bei Regierungen in den USA, Kanada und Europa große Aufmerksamkeit Zum Schneiden drücken ihre Treibhausgasemissionen.

Aber was genau ist H₂ und ist es wirklich eine saubere Energiequelle?

Ich bin spezialisiert auf Erforschung und Entwicklung von H₂-Produktionstechniken.Hier sind einige wichtige Fakten über diese vielseitige Chemikalie, die in Zukunft eine viel größere Rolle in unserem Leben spielen könnte.

Was ist also Wasserstoff?

Wasserstoff ist das häufigstes Element im Universum, aber weil es so reaktiv ist, kommt es in der Natur nicht allein vor.Stattdessen ist es typischerweise an andere Atome und Moleküle in Wasser, Erdgas, Kohle und sogar biologischer Materie wie Pflanzen und menschlichen Körpern gebunden.

Wasserstoff kann jedoch isoliert werden.Und allein schon ist das H₂-Molekül als hochwirksamer Energieträger ein starker Energieträger.

Das ist es bereits in der Industrie eingesetzt herzustellen Ammoniak, Methanol Und Stahl und hinein verfeinern Rohöl.Als Kraftstoff kann es Energie speichern und die Emissionen von Fahrzeugen, einschließlich Bussen, reduzieren Frachtschiffe.

Mit Wasserstoff lässt sich zudem Strom erzeugen, der weniger Treibhausgase ausstößt als Kohle- oder Erdgaskraftwerke.Dieses Potenzial erhält immer mehr Aufmerksamkeit UNS.Regierung schlägt neue Regeln vor Dazu müssten bestehende Kraftwerke ihre Kohlendioxidemissionen reduzieren.

Da H₂ gespeichert werden kann, könnte es dazu beitragen, die mit erneuerbaren Energiequellen wie Wind- und Solarenergie verbundenen intermittierenden Probleme zu überwinden.Es kann auch in bestehenden Kraftwerken mit Erdgas gemischt werden, um die Emissionen der Anlage zu reduzieren.

Die Verwendung von Wasserstoff in Kraftwerken kann die Kohlendioxidemissionen reduzieren, sei es als Beimischung oder allein Spezialturbinen, oder in Brennstoffzellen, die H₂ und Sauerstoff oder O₂ verbrauchen, um Strom, Wärme und Wasser zu erzeugen.Allerdings ist es in der Regel nicht ganz CO₂-frei.Das liegt zum Teil daran, dass die Isolierung von H₂ aus Wasser oder Erdgas viel Energie erfordert.

Wie entsteht Wasserstoff?

Es gibt einige gängige Methoden zur Herstellung von H₂:

• Elektrolyse kann Wasserstoff isolieren, indem es Wasser – H₂O – mit elektrischem Strom in H₂ und O₂ spaltet.

• Methanreformierung nutzt Dampf, um Methan oder CH₄ in H₂ und CO₂ aufzuspalten.Für diesen Spaltvorgang können auch Sauerstoff und Wasserdampf oder CO₂ verwendet werden.

• Vergasung wandelt Materialien auf Kohlenwasserstoffbasis um – einschließlich Biomasse, Kohle oder sogar Siedlungsabfälle – in Synthesegas, ein H₂-reiches Gas, das entweder allein als Brennstoff oder als Vorstufe für die Herstellung von Chemikalien und flüssigen Brennstoffen verwendet werden kann.

Jedes hat Vor- und Nachteile.

Grün, Blau, Grau – was bedeuten die Farben?

Wasserstoff wird oft durch Farben beschrieben, um anzuzeigen, wie sauber bzw. CO₂-frei er ist.Das sauberste ist grüner Wasserstoff.

Grünes H₂ wird mittels Elektrolyse hergestellt, die mit erneuerbaren Energiequellen wie Wind-, Solar- oder Wasserkraft betrieben wird.Obwohl grüner Wasserstoff völlig CO₂-frei ist, ist er mit etwa 4–9 US-Dollar pro Kilogramm (2–4 US-Dollar pro Pfund), da für die Spaltung von Wasser viel Energie erforderlich ist.

Andere weniger energieintensive Techniken können H₂ zu geringeren Kosten produzieren, stoßen aber dennoch Treibhausgase aus.

Graues H₂ ist die häufigste Art von Wasserstoff.Es wird aus Erdgas durch Methanreformierung hergestellt.Durch diesen Prozess wird Kohlendioxid in die Atmosphäre freigesetzt und verursacht etwa Kosten 1–2,50 $ pro Kilogramm (50 Cent – ​​1 US-Dollar pro Pfund).

Wenn die CO₂-Emissionen von grauem Wasserstoff aufgefangen und weggesperrt werden, damit sie nicht in die Atmosphäre gelangen, kann es dazu kommen blauer Wasserstoff.Die Kosten liegen höher, bei ca 1,50 bis 3 US-Dollar pro Kilogramm (70 Cent – ​​1,50 US-Dollar pro Pfund) für die Produktion, und bei der Produktion und dem Transport des Erdgases können immer noch Treibhausgasemissionen entstehen.

Eine weitere Alternative ist türkisfarbener Wasserstoff, hergestellt unter Verwendung erneuerbarer und nicht erneuerbarer Ressourcen.Erneuerbare Ressourcen liefern saubere Energie zur Umwandlung Methan – CH₄ – in H₂ und festen Kohlenstoff, und nicht das Kohlendioxid, das abgeschieden und gespeichert werden muss.Diese Art von Pyrolysetechnologie ist noch neu und wird voraussichtlich zwischen kosten 1,60 $ und 2,80 $ pro Kilogramm (70 Cent – ​​1,30 $ pro Pfund).

Können wir jetzt den fossilen Brennstoffen den Garaus machen?

Über 95 % des H₂ hergestellt in den USA Heute handelt es sich um grauen Wasserstoff, der aus Erdgas hergestellt wird und immer noch Treibhausgase ausstößt.

Ob H₂ als Erdgasalternative für die Energiewirtschaft und andere Verwendungszwecke, etwa für Transport, Heizung und Industrieprozesse, an Bedeutung gewinnen kann, hängt von der Verfügbarkeit kostengünstiger erneuerbarer Energie für die Elektrolyse zur Erzeugung von grünem H₂ ab.

Es wird auch davon abhängen Entwicklung und Ausbau von Pipelines und anderer Infrastruktur um H₂ effizient zu speichern, zu transportieren und abzugeben.

Ohne die Infrastruktur wird der H₂-Verbrauch nicht schnell wachsen.Es ist eine moderne Version von „Was war zuerst, das Huhn oder das Ei?“ Die fortgesetzte Nutzung fossiler Brennstoffe zur H₂-Produktion könnte Investitionen in die H₂-Infrastruktur ankurbeln, aber die Nutzung fossiler Brennstoffe setzt Treibhausgase frei.

Was hält die Zukunft für Wasserstoff bereit?

Obwohl grüner und blauer Wasserstoff Projekte entstehen, sie sind bisher klein.

Richtlinien wie die europäischen Grenzwerte für Treibhausgasemissionen und die US-Grenzwerte für 2022. Gesetz zur Inflationsreduzierung, das Steuergutschriften von bis zu 3 US-Dollar pro Kilogramm (1,36 US-Dollar pro Pfund) H₂ bietet, könnte dazu beitragen, saubereren Wasserstoff wettbewerbsfähiger zu machen.

Der Wasserstoffbedarf wird voraussichtlich steigen auf das Zwei- bis Vierfache erhöhen bis 2050 sein aktuelles Niveau erreichen.Um grünes H₂ zu erhalten, wären erhebliche Mengen an erneuerbarer Energie erforderlich, während gleichzeitig neue Solar-, Wind- und andere Kraftwerke für erneuerbare Energien gebaut werden, um den Stromsektor direkt mit Strom zu versorgen.

Obwohl grüner Wasserstoff ein vielversprechender Trend ist, ist er nicht die einzige Lösung, um den weltweiten Energiebedarf und die Ziele einer kohlenstofffreien Energie zu decken.Eine Kombination aus erneuerbaren Energiequellen und sauberem H₂, einschließlich Blau, Grün oder Türkis, wird wahrscheinlich notwendig sein, um den Energiebedarf der Welt auf nachhaltige Weise zu decken.