Производство «зелёного водорода» из отходов, как один из принципов декарбонизации
«Зеленый водород» является важным элементом в стремлении к устойчивому развитию и снижению выбросов парниковых газов. Он может использоваться в различных отраслях, включая производство электроэнергии, химическую промышленность, сектор транспорта и другие, вместо традиционных источников энергии, таких как нефть и уголь. По мере совершенствования технологий и снижения себестоимости производства, «зеленый водород» может стать гораздо более значимой составляющей формирования экологически чистого будущего.
Производство «зеленого водорода» считается энергоемким для промышленности в том, что касается теплоснабжения или транспорта, поскольку на нескольких этапах, включая электролиз, необходимо использование тепловой энергии. Однако ситуация меняется с техническим прогрессом и новыми системами чистых технологий. В настоящее время производство водорода основано на относительно чистых технологиях, таких как электролиз воды, поступающей из возобновляемых источников энергии, и газификация угля или ископаемого топлива. Последние по-прежнему остаются самыми популярными во всем мире, так как они также являются самыми дешевыми.
Для сравнения, «зеленый водород», производимый с использованием возобновляемых источников энергии для разделения воды на два составных элемента, стоит примерно 5 долларов за килограмм. Несмотря на то, что он дешевле, большая часть из почти 100 миллионов тонн водорода, использованного во всем мире в 2022 году, была получена из ископаемого топлива (примечание: при его производстве образуется примерно 12 тонн углекислого газа на тонну водорода).
В настоящее время в мире набирает популярность применение технологий по производству «зелёного водорода» из твёрдых отходов (ТБО, пластика, алюминия).
Муниципальные отходы
Интересное решение по производству «зелёного водорода» предлагает калифорнийская компания SGH2 (США): производить зеленый водород из отходов. По сравнению с технологиями электролиза выбросы углерода могут быть сокращены в два-три раза. В процессе производства используются плазменные резаки, которые достигают температуры от 3500 до 4000°C. Это тепло, с добавлением обогащенного кислородом газа, катализирует полную молекулярную диссоциацию всех углеводородов любого топлива, вводимого в систему. А когда он начинает остывать, то образуется высококачественный биосинтезирующий газ, богатый водородом, который не содержит смол, сажи и тяжелых металлов. Согласно технологии, извлекается весь углерод из отходов, удаляются все частицы и кислые газы, при этом, не производится никаких токсинов или загрязняющих веществ.
Конечным результатом является водород высокой чистоты и небольшое количество биогенного диоксида углерода, который не способствует выбросам парниковых газов. Произведённый экологичный, зеленый водород, далее используется в транспортных средствах, с топливными элементами PEM (протонообменная мембрана). Эта технология способна перерабатывать широкий спектр отходов, включая бумагу, старые шины, ткани и пластмассы, с которыми она может работать без образования токсичных побочных продуктов.
Отходы алюминия
В НИТУ «МИСиС» (Москва, Россия) разработали новый способ получения водорода из отходов алюминия (цветных металлов) и воды. Переработка одной пустой банки из под газировки объемом 0,33 литра сможет дать топливо для 20 метров пробега автомобиля на водородном топливе.
Алюминий и цветные металлы – самые дорогие отходы, ведь на получение одного килограмма алюминия уходит до 19 киловатт-часов электроэнергии. К тому же, при складировании, алюминиевый лом постепенно окисляется и выделяет в воздух водород — взрывоопасный газ. Алюминий в данном случае выступает реагентом для генерирующей водород системы «металлический алюминий – вода». В реакции алюминия с водой выделяется свободный водород, который затем можно сжигать или окислять с получением электричества в топливной ячейке. Химическая энергия, извлекаемая из одной алюминиевой банки – 255 килоджоулей, в пересчете на бензин это 20 метров пробега бюджетного автомобиля., как отмечалось выше.
Данная технология – аналог карбидного генератора ацетилена. Предлагаемый метод пожаровзрывобезопасный и помогает утилизировать отходы алюминия и других гидрореагирующих металлов без существенных затрат. Он не требует тщательной сепарации алюминиевого мусора, а также не предполагает каких-либо сложностей с очисткой вторичного металла, как при применяемых в других странах. В настоящий момент коллектив ученых работает над созданием экспериментальной установки и проводит лабораторные испытания технологии.
Пластиковые отходы
В округе Уэст-Данбартоншир (центральная Шотландия) компанией Peel NRE разрабатывается технология по производству водорода из пластиковых отходов. Производственный процесс будет состоять из нескольких этапов. Пластиковые отходы сначала будут измельчаться до одинаковых по размеру кусочков для последующей термической обработки в специальной камере, где под действием высоких температур они будут превращаться в вязкий сплав, затем он будет испаряться в синтез-газ, являющийся смесью метана, водорода и окиси углерода. Синтез-газ затем будет подаваться в камеру очистки, где он будет осушаться, оставляя после себя инертные остатки, вес которых не будет превышать 5% исходного объема пластиковых отходов. Очищенный синтез-газ, не уступающий по теплотворной способности «обычному» природному газу, можно будет использовать либо для выработки электроэнергии, либо для производства водорода с помощью паровой конверсии.