"Hidrogenoa" aurkeztuko dugu, karbono-neutroa den hurrengo belaunaldiko energia. Hidrogenoa hiru motatan banatzen da: "hidrogeno berdea", "hidrogeno urdina" eta "hidrogeno grisa", eta bakoitzak ekoizpen-metodo desberdina du. Fabrikazio-metodo bakoitza, elementuen propietate fisikoak, biltegiratze/garraio metodoak eta erabilera-metodoak ere azalduko ditugu. Eta zergatik den hurrengo belaunaldiko energia-iturri nagusia ere azalduko dut.
Uraren elektrolisia hidrogeno berdea sortzeko
Hidrogenoa erabiltzean, garrantzitsua da "hidrogenoa ekoiztea" nolanahi ere. Modurik errazena "ura elektrolizatzea" da. Agian lehen hezkuntzako zientzietan egin zenuen. Bete edalontzia urez eta elektrodoekin uretan. Bateria bat elektrodoetara konektatzen denean eta energia ematen zaionean, erreakzio hauek gertatzen dira uretan eta elektrodo bakoitzean.
Katodoan, H+ eta elektroiak konbinatzen dira hidrogeno gasa sortzeko, eta anodoak, berriz, oxigenoa sortzen du. Hala ere, metodo hau egokia da eskolako zientzia esperimentuetarako, baina hidrogenoa industrialki ekoizteko, eskala handiko ekoizpenerako egokiak diren mekanismo eraginkorrak prestatu behar dira. Hori da "polimero elektrolito mintzaren (PEM) elektrolisia".
Metodo honetan, hidrogeno ioien igarotzea ahalbidetzen duen polimero mintz erdiiragazkor bat anodo baten eta katodo baten artean sartzen da. Ura gailuaren anodoan isurtzen denean, elektrolisiaren bidez sortutako hidrogeno ioiak mintz erdiiragazkor batetik zehar mugitzen dira katodora, eta han hidrogeno molekular bihurtzen dira. Bestalde, oxigeno ioiek ezin dute mintz erdiiragazkorra zeharkatu eta oxigeno molekula bihurtu anodoan.
Ur alkalinoaren elektrolisian ere, hidrogenoa eta oxigenoa sortzen dira anodoa eta katodoa bereiziz, hidroxido ioiak bakarrik igaro daitezkeen bereizgailu baten bidez. Horrez gain, badira metodo industrialak, hala nola tenperatura altuko lurrun-elektrolisia.
Prozesu hauek eskala handian eginez, hidrogeno kantitate handiak lor daitezke. Prozesuan, oxigeno kopuru esanguratsua ere sortzen da (ekoitzitako hidrogenoaren bolumenaren erdia), beraz, ez luke ingurumenean eragin kaltegarririk izango atmosferara askatuz gero. Hala ere, elektrolisiak elektrizitate asko behar du, beraz, karbono gabeko hidrogenoa ekoiztu daiteke erregai fosilak erabiltzen ez dituen elektrizitatearekin ekoizten bada, hala nola haize-errotak eta eguzki-panelak.
Energia garbia erabiliz ura elektrolizatuz “hidrogeno berdea” lor dezakezu.
Hidrogeno berde honen ekoizpen handian hidrogeno-sorgailu bat ere badago. Elektrolizatzaileen atalean PEM erabiliz, hidrogenoa etengabe ekoiztu daiteke.
Erregai fosiletatik sortutako hidrogeno urdina
Beraz, zein dira hidrogenoa sortzeko beste modu batzuk? Hidrogenoa erregai fosiletan dago, hala nola gas naturalean eta ikatzean, uraz gain beste substantzia gisa. Adibidez, kontuan hartu metanoa (CH4), gas naturalaren osagai nagusia. Lau hidrogeno atomo daude hemen. Hidrogeno hori kenduz lor dezakezu hidrogenoa.
Horietako bat lurruna erabiltzen duen “lurrun-metanoaren erreforma” izeneko prozesua da. Metodo honen formula kimikoa honako hau da.
Ikus dezakezuenez, karbono monoxidoa eta hidrogenoa metano molekula bakar batetik atera daitezke.
Horrela, hidrogenoa ekoiztu daiteke gas naturalaren eta ikatzaren “lurrun-erreformatzea” eta “pirolisia” bezalako prozesuen bidez. “Hidrogeno urdina” modu honetan ekoitzitako hidrogenoari egiten dio erreferentzia.
Kasu honetan, ordea, karbono monoxidoa eta karbono dioxidoa azpiproduktu gisa sortzen dira. Beraz, birziklatu egin behar dituzu atmosferara isuri aurretik. Azpiproduktuko karbono dioxidoa, berreskuratzen ez bada, hidrogeno gas bihurtzen da, "hidrogeno grisa" bezala ezagutzen dena.
Zer elementu mota da hidrogenoa?
Hidrogenoak 1 zenbaki atomikoa du eta taula periodikoaren lehenengo elementua da.
Unibertsoko atomo kopurua handiena da, unibertsoko elementu guztien % 90 inguru osatuz. Protoi batez eta elektroi batez osatutako atomo txikiena hidrogeno atomoa da.
Hidrogenoak bi isotopo ditu, neutroiak nukleoari lotuta. Bat neutroi-lotura duen "deuterioa" eta bi neutroi-lotura dituen "tritioa". Hauek ere fusio-energia sortzeko materialak dira.
Eguzkia bezalako izar baten barruan, hidrogenotik heliorako fusio nuklearra gertatzen ari da, eta hori da izarrak distira egiteko energia iturria.
Hala ere, hidrogenoa gutxitan existitzen da gas gisa Lurrean. Hidrogenoak konposatuak eratzen ditu beste elementu batzuekin, hala nola urarekin, metanoarekin, amoniakoarekin eta etanolarekin. Hidrogenoa elementu arina denez, tenperatura igotzen den heinean, hidrogeno molekulen mugimendu-abiadura handitu egiten da, eta Lurraren grabitatetik ihes egiten du espaziora.
Nola erabili hidrogenoa? Errekuntza bidez erabili
Orduan, nola erabiltzen da “hidrogenoa”, hurrengo belaunaldiko energia-iturri gisa mundu osoko arreta erakarri duena? Bi modu nagusitan erabiltzen da: “errekuntza” eta “erregai-pila”. Has gaitezen “erretzearen” erabilerarekin.
Bi errekuntza mota nagusi erabiltzen dira.
Lehenengoa suzirien erregai gisa da. Japoniako H-IIA suziriak hidrogeno gasa erabiltzen du, “hidrogeno likidoa” eta “oxigeno likidoa”, hau ere egoera kriogenikoan dagoena, erregai gisa. Bi hauek konbinatzen dira, eta une horretan sortutako bero-energiak sortutako ur molekulen injekzioa bizkortzen du, espaziora hegan eginez. Hala ere, teknikoki motor zaila denez, Japonia izan ezik, Estatu Batuek, Europak, Errusiak, Txinak eta Indiak bakarrik konbinatu dute erregai hau.
Bigarrena energia sortzea da. Gas-turbinen bidezko energia sortzeak hidrogenoa eta oxigenoa konbinatzeko metodoa ere erabiltzen du energia sortzeko. Beste era batera esanda, hidrogenoak sortutako energia termikoa aztertzen duen metodoa da. Zentral termikoetan, ikatza, petrolioa eta gas naturala erretzearen beroak lurruna sortzen du, eta horrek turbinak mugitzen ditu. Hidrogenoa bero-iturri gisa erabiltzen bada, zentrala karbono-neutroa izango da.
Nola erabili hidrogenoa? Erregai-pila gisa erabilia
Hidrogenoa erabiltzeko beste modu bat erregai-pila gisa da, hidrogenoa zuzenean elektrizitate bihurtzen duena. Bereziki, Toyotak Japonian arreta erakarri du ibilgailu elektrikoen (EV) ordez hidrogenoz elikatzen diren ibilgailuak aurkeztuz, gasolinazko ibilgailuen alternatiba gisa, berotze globalaren aurkako neurrien barruan.
Zehazki, alderantzizko prozedura egiten ari gara “hidrogeno berdea” fabrikatzeko metodoa aurkezten dugunean. Formula kimikoa honako hau da.
Hidrogenoak ura (ur beroa edo lurruna) sor dezake elektrizitatea sortzen duen bitartean, eta ebaluatu daiteke, ingurumenean zamarik ez duelako sortzen. Bestalde, metodo honek energia sortzeko eraginkortasun nahiko baxua du, % 30-40koa, eta platinoa behar du katalizatzaile gisa, eta horrek kostuak handitzea dakar.
Gaur egun, polimero elektrolitodun erregai-pilak (PEFC) eta azido fosforikodun erregai-pilak (PAFC) erabiltzen ari gara. Bereziki, erregai-piladun ibilgailuek PEFC erabiltzen dute, beraz, etorkizunean hedatzea espero daiteke.
Hidrogenoaren biltegiratzea eta garraioa segurua al da?
Oraingoz, uste dugu hidrogeno gasa nola egiten eta erabiltzen den ulertzen duzula. Beraz, nola gordetzen duzu hidrogeno hau? Nola eramaten duzu behar duzun lekura? Zer gertatzen da segurtasunarekin une horretan? Azalduko dizugu.
Izan ere, hidrogenoa ere elementu oso arriskutsua da. XX. mendearen hasieran, hidrogenoa gas gisa erabiltzen genuen globoak, puxikak eta aireontziak zeruan flotatzeko, oso arina zelako. Hala ere, 1937ko maiatzaren 6an, New Jersey-n, AEBn, "Hindenburg aireontziaren leherketa" gertatu zen.
Istripuaren ondoren, hidrogeno gasa arriskutsua dela onartu da. Batez ere su hartzen duenean, oxigenoarekin batera bortizki lehertuko da. Beraz, "oxigenotik urrun mantendu" edo "berotik urrun mantendu" ezinbestekoa da.
Neurri hauek hartu ondoren, bidalketa metodo bat asmatu genuen.
Hidrogenoa gasa da giro-tenperaturan, beraz, gasa izan arren, oso handia da. Lehenengo metodoa presio handia aplikatzea eta zilindro bat bezala konprimitzea da edari karbonatatuak egiterakoan. Prestatu presio handiko depositu berezi bat eta gorde presio handiko baldintzetan, hala nola 45Mpa-tan.
Toyotak, erregai-pilako ibilgailuak (FCV) garatzen dituenak, 70 MPa-ko presioa jasan dezakeen erretxinazko presio handiko hidrogeno-tanga bat garatzen ari da.
Beste metodo bat -253 °C-ra hoztea da hidrogeno likidoa egiteko, eta bero-isolatutako tanke berezietan gordetzea eta garraiatzea. GNL (gas natural likidotua) bezala, atzerritik gas naturala inportatzen denean, hidrogenoa likidotzen da garraioan, bere bolumena bere egoera gaseosoaren 1/800era murriztuz. 2020an, munduko lehen hidrogeno likido garraiatzailea amaitu genuen. Hala ere, ikuspegi hau ez da egokia erregai-piladun ibilgailuentzat, hozteko energia asko behar duelako.
Badago honelako tankeetan biltegiratzeko eta bidaltzeko metodo bat, baina hidrogenoa biltegiratzeko beste metodo batzuk ere garatzen ari gara.
Biltegiratze metodoa hidrogenoa biltegiratzeko aleazioak erabiltzea da. Hidrogenoak metalak zeharkatu eta hondatzeko propietatea du. Garapen aholku hau Estatu Batuetan 1960ko hamarkadan garatu zen. JJ Reilly et al. Esperimentuek erakutsi dute hidrogenoa magnesio eta banadio aleazio bat erabiliz biltegiratu eta askatu daitekeela.
Ondoren, paladioa bezalako substantzia bat garatu zuen arrakastaz, bere bolumenaren 935 aldiz hidrogenoa xurgatzeko gai dena.
Aleazio hau erabiltzearen abantaila da hidrogeno-ihes istripuak (batez ere leherketa istripuak) saihestu ditzakeela. Beraz, segurtasunez biltegiratu eta garraiatu daiteke. Hala ere, kontuz ez bazaude eta ingurune desegokian uzten baduzu, hidrogenoa biltegiratzeko aleazioek hidrogeno gasa askatu dezakete denborarekin. Beno, txinparta txiki batek ere leherketa istripu bat eragin dezake, beraz, kontuz ibili.
Desabantaila ere badu: hidrogenoaren xurgapen eta desortzio errepikatuak hauskortasuna eragiten du eta hidrogenoaren xurgapen-tasa murrizten du.
Bestea hodiak erabiltzea da. Baldintza bat dago: konprimitu gabe eta presio baxukoak izan behar dira hodiak hauskor ez daitezen, baina abantaila da dauden gas hodiak erabil daitezkeela. Tokyo Gasek Harumi FLAG-en eraikuntza lanak egin zituen, hiriko gas hodiak erabiliz erregai-piletara hidrogenoa hornitzeko.
Hidrogeno Energiak Sortutako Etorkizuneko Gizartea
Azkenik, azter dezagun hidrogenoak gizartean joka dezakeen rola.
Garrantzitsuagoa dena, karbono gabeko gizarte bat sustatu nahi dugu, hidrogenoa erabiltzen dugu elektrizitatea sortzeko, bero-energia gisa erabili beharrean.
Zentral termiko handien ordez, etxe batzuek ENE-FARM bezalako sistemak ezarri dituzte, gas naturala eraldatuz lortutako hidrogenoa erabiltzen dutenak beharrezko elektrizitatea sortzeko. Hala ere, eraldatze-prozesuaren azpiproduktuekin zer egin galdera dago oraindik.
Etorkizunean, hidrogenoaren zirkulazioa bera handitzen bada, hala nola hidrogeno hornidura-estazioen kopurua handitzen bada, elektrizitatea erabiltzea posible izango da karbono dioxidoa isuri gabe. Elektrizitateak hidrogeno berdea sortzen du, noski, beraz, eguzki-argitik edo haizetik sortutako elektrizitatea erabiltzen du. Elektrolisirako erabilitako energia energia-sorkuntzaren kopurua murrizteko edo bateria kargagarria kargatzeko energia naturaletik soberako energia dagoenean izan beharko litzateke. Beste era batera esanda, hidrogenoa bateria kargagarriaren posizio berean dago. Hori gertatzen bada, azkenean energia termikoaren sorkuntza murriztea posible izango da. Barne-errekuntzako motorra autoetatik desagertuko den eguna azkar hurbiltzen ari da.
Hidrogenoa beste bide batetik ere lor daiteke. Izan ere, hidrogenoa soda kaustikoaren ekoizpenaren azpiproduktu bat da oraindik. Besteak beste, burdina ekoizteko kokearen ekoizpenaren azpiproduktu bat da. Hidrogeno hau banaketan jartzen baduzu, hainbat iturri lortu ahal izango dituzu. Modu honetan ekoitzitako hidrogeno gasa hidrogeno estazioek ere hornitzen dute.
Etorkizunera begira ditzagun gehiago. Galdutako energia kopurua ere arazo bat da energia hornitzeko hariak erabiltzen dituen transmisio-metodoarekin. Beraz, etorkizunean, hodien bidez datorren hidrogenoa erabiliko dugu, edari karbonatatuak egiteko erabiltzen diren azido karbonikoko tankeak bezala, eta etxean hidrogeno-tanga bat erosiko dugu etxe bakoitzerako elektrizitatea sortzeko. Hidrogeno-bateriekin funtzionatzen duten gailu mugikorrak ohikoak bihurtzen ari dira. Interesgarria izango da etorkizun hori ikustea.
Argitaratze data: 2023ko ekainak 8
