“Hidrogenoa” sartuko dugu, karbono neutroa den hurrengo energia belaunaldia. Hidrogenoa hiru motatan banatzen da: "hidrogeno berdea", "hidrogeno urdina" eta "hidrogeno grisa", horietako bakoitzak ekoizpen metodo ezberdina du. Era berean, fabrikazio-metodo bakoitza, elementu gisa propietate fisikoak, biltegiratze/garraio metodoak eta erabilera-metodoak azalduko ditugu. Eta hurrengo belaunaldiko energia-iturri nagusi zergatik den ere aurkeztuko dut.
Uraren elektrolisia hidrogeno berdea ekoizteko
Hidrogenoa erabiltzean, garrantzitsua da hala ere "hidrogenoa ekoiztea". Modurik errazena "ura elektrolizatzea" da. Beharbada lehen hezkuntzako zientzian egin zenuen. Bete ontzia urez eta elektrodoak uretan. Bateria bat elektrodoetara konektatu eta energizatuta dagoenean, honako erreakzio hauek gertatzen dira uretan eta elektrodo bakoitzean.
Katodoan, H+ eta elektroiak konbinatzen dira hidrogeno gasa sortzeko, anodoak oxigenoa sortzen duen bitartean. Hala ere, hurbilketa hau ondo dago eskola-zientzia-esperimentuetarako, baina hidrogenoa industrialki ekoizteko, eskala handiko ekoizpenerako egokiak diren mekanismo eraginkorrak prestatu behar dira. Hau da "polimero elektrolitoen mintza (PEM) elektrolisia".
Metodo honetan, hidrogeno ioiak igarotzea ahalbidetzen duen mintz semiiragazkor polimerikoa anodo baten eta katodo baten artean sartzen da. Gailuaren anodora ura isurtzen denean, elektrolisiaren bidez sortutako hidrogeno ioiak mintz erdiiragazgaitz batetik katodorantz mugitzen dira, eta han hidrogeno molekular bihurtzen dira. Bestalde, oxigeno ioiak ezin dira mintz erdiiragazgaitzetik igaro eta anodoan oxigeno molekula bihurtzen dira.
Ur alkalinoaren elektrolisian ere hidrogenoa eta oxigenoa sortzen da anodoa eta katodoa bereizle baten bidez, bertatik hidroxido ioiak bakarrik igaro daitezkeen. Horrez gain, badaude industria-metodoak, hala nola tenperatura altuko lurrun-elektrolisia.
Prozesu hauek eskala handian eginez, hidrogeno kantitate handiak lor daitezke. Prozesu horretan, oxigeno kopuru esanguratsua ere sortzen da (ekoizten den hidrogenoaren bolumenaren erdia), atmosferara isuriz gero ingurumen-eragin kaltegarririk ez izateko. Dena den, elektrolisiak elektrizitate asko behar du, beraz, karbonorik gabeko hidrogenoa ekoitzi daiteke erregai fosilik erabiltzen ez duen elektrizitatearekin ekoizten bada, hala nola aerosorgailuak eta eguzki plakak.
"Hidrogeno berdea" lor dezakezu ura elektrolizatuz energia garbia erabiliz.
Hidrogeno-sorgailu bat ere badago hidrogeno berde honen eskala handian ekoizteko. Elektrolizatzaileen atalean PEM erabiliz, hidrogenoa etengabe ekoitzi daiteke.
Hidrogeno urdina Erregai fosilez egina
Beraz, zein dira hidrogenoa egiteko beste modu batzuk? Hidrogenoa gas naturala eta ikatza bezalako erregai fosiletan dago ura ez den beste substantzia gisa. Adibidez, kontuan hartu metanoa (CH4), gas naturalaren osagai nagusia. Hemen lau hidrogeno atomo daude. Hidrogenoa atera dezakezu hidrogenoa.
Horietako bat lurruna erabiltzen duen "lurrun metanoaren erreforma" izeneko prozesua da. Metodo honen formula kimikoa honakoa da.
Ikus dezakezunez, karbono monoxidoa eta hidrogenoa metano molekula bakar batetik atera daitezke.
Modu honetan, gas naturalaren eta ikatzaren “pirolisia” bezalako prozesuen bidez hidrogenoa ekoiztu daiteke. "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 atera aurretik. Karbono dioxidoaren azpiproduktua, berreskuratzen ez bada, hidrogeno gas bihurtzen da, "hidrogeno grisa" izenez ezagutzen dena.
Zer elementu mota da hidrogenoa?
Hidrogenoak 1 zenbaki atomikoa du eta taula periodikoko lehen elementua da.
Atomo kopurua unibertsoko handiena da, unibertsoko elementu guztien % 90 inguru hartzen du. Protoi batez eta elektroi batez osatutako atomorik txikiena hidrogeno atomoa da.
Hidrogenoak bi isotopo ditu neutroiak nukleoari lotuta. Neutroiekin loturiko "deuterio" bat eta neutroiekin loturiko bi "tritio". Hauek ere fusio-energia sortzeko materialak dira.
Eguzkia bezalako izar baten barruan, hidrogenotik heliorako fusio nuklearra gertatzen ari da, hau da, izarrak distira egiteko energia iturria.
Hala ere, hidrogenoa oso gutxitan dago Lurrean gas gisa. Hidrogenoak beste elementu batzuekin konposatuak eratzen ditu, hala nola ura, metanoa, amoniakoa eta etanola. Hidrogenoa elementu arina denez, tenperatura igo ahala, hidrogeno molekulen mugimendu-abiadura handitu egiten da, eta lurraren grabitatetik kanpo espaziora ihes egiten du.
Nola erabili hidrogenoa? Errekuntza bidez erabiltzea
Orduan, nola erabiltzen da “hidrogenoa”, mundu osoan arreta erakarri duen hurrengo belaunaldiko energia iturri gisa? Bi modu nagusitan erabiltzen da: "errekuntza" eta "erregai-pila". Has gaitezen “erre” erabiltzen.
Bi errekuntza mota nagusi erabiltzen dira.
Lehenengoa suziriaren erregai gisa da. Japoniako H-IIA suziriak hidrogeno gasa "hidrogeno likidoa" eta "oxigeno likidoa" erabiltzen ditu, egoera kriogenikoan ere erregai gisa. Bi hauek konbinatuta daude, eta une horretan sortutako bero-energiak sortutako ur molekulen injekzioa bizkortzen du, espaziora hegan. Dena den, teknikoki zaila den motorra denez, Japonia izan ezik, Estatu Batuek, Europak, Errusiak, Txinak eta Indiak baino ez dute arrakastaz konbinatu erregai hori.
Bigarrena energia sortzea da. Gas turbinak energia sortzeko hidrogenoa eta oxigenoa konbinatzeko metodoa ere erabiltzen du energia sortzeko. Beste era batera esanda, hidrogenoak sortzen duen energia termikoa aztertzen duen metodo bat da. Zentral termikoetan, ikatza, petrolioa eta gas naturala erretzearen beroak turbinak bultzatzen dituen lurruna sortzen du. Hidrogenoa bero-iturri gisa erabiltzen bada, zentral elektrikoa karbono neutroa izango da.
Nola erabili hidrogenoa? Erregai Pila gisa erabiltzen da
Hidrogenoa erabiltzeko beste modu bat erregai-pila gisa da, hidrogenoa zuzenean elektrizitate bihurtzen duena. Hain zuzen ere, Toyotak arreta erakarri du Japonian, hidrogenoz elikatzen diren ibilgailuak ibilgailu elektrikoen ordez (EV) gasolinazko ibilgailuen alternatiba gisa, berotze globalaren aurkako neurrien barruan.
Zehazki, alderantzizko prozedura egiten ari gara “hidrogeno berdea” fabrikatzeko metodoa sartzen dugunean. Formula kimikoa honakoa da.
Hidrogenoak ura (ur beroa edo lurruna) sor dezake elektrizitatea sortzen duen bitartean, eta ebaluatu daiteke ingurumenari zamarik ezartzen ez diolako. Bestalde, metodo honek %30-40ko potentzia sortzeko efizientzia nahiko baxua du, eta platinoa behar du katalizatzaile gisa, eta, ondorioz, kostuak handitu behar ditu.
Gaur egun, polimero elektrolitozko erregai-pilak (PEFC) eta azido fosforikoko erregai-pilak (PAFC) erabiltzen ari gara. Batez ere, erregai-pilen ibilgailuek PEFC erabiltzen dute, beraz, etorkizunean hedatzea espero daiteke.
Hidrogenoa biltegiratzea eta garraioa segurua al da?
Honezkero, hidrogeno gasa nola sortzen eta erabiltzen den ulertzen duzula uste dugu. Beraz, nola gordetzen duzu hidrogeno hori? Nola lortu behar duzun tokira? Zer gertatzen da garai hartan segurtasunarekin? Azalduko dugu.
Izan ere, hidrogenoa ere oso elementu arriskutsua da. mendearen hasieran, hidrogenoa gas gisa erabiltzen genuen globoak, puxikak eta aireontziak zeruan flotatzeko, oso argia zelako. Hala ere, 1937ko maiatzaren 6an, AEBetako New Jerseyn, "Hindenburg leherketa aireontzia" gertatu zen.
Istripua gertatu zenetik, oso ezaguna da hidrogeno gasa arriskutsua dela. Batez ere sua hartzen duenean, oxigenoarekin bortizki lehertuko da. Horregatik, ezinbestekoa da “oxigenotik urrun” edo “berotik urrun”.
Neurri hauek hartu ondoren, bidalketa metodo bat asmatu genuen.
Hidrogenoa giro-tenperaturan dagoen gasa da, eta, beraz, oraindik ere gasa den arren, oso handia da. Lehenengo metodoa presio handia aplikatzea eta zilindro bat bezala konprimitzea da edariak karbonatatuak egiterakoan. Prestatu presio handiko depositu berezi bat eta gorde ezazu presio handiko baldintzetan, hala nola 45Mpa.
Toyota, erregai-pilen ibilgailuak (FCV) garatzen dituena, 70 MPa-ko presioa jasan dezakeen presio handiko hidrogeno depositu erretxina garatzen ari da.
Beste metodo bat -253°C-ra hoztea da hidrogeno likidoa egiteko, eta bero-isolatutako tanke berezietan gorde eta garraiatzea. GNL (gas natural likidotua) gas naturala kanpotik inportatzen denean bezala, hidrogenoa likidotu egiten da garraioan, bere bolumena bere gas-egoeraren 1/800era murriztuz. 2020an, munduko lehen hidrogeno likido garraiatzailea osatu genuen. Hala ere, ikuspegi hau ez da egokia erregai-pilen ibilgailuetarako, energia asko behar baitu hozteko.
Horrelako tankeetan gordetzeko eta bidaltzeko metodo bat dago, baina hidrogenoa biltegiratzeko beste metodo batzuk ere garatzen ari gara.
Biltegiratze metodoa hidrogenoa biltegiratzeko aleazioak erabiltzea da. Hidrogenoak metalak barneratzeko eta hondatzeko propietatea du. 1960ko hamarkadan Estatu Batuetan garatu zen garapen aholku bat da. JJ Reilly et al. Esperimentuek frogatu dute hidrogenoa biltegiratu eta askatu daitekeela magnesio eta banadio aleazio bat erabiliz.
Horren ostean, arrakastaz garatu zuen substantzia bat, paladioa adibidez, hidrogenoa bere bolumena 935 aldiz xurga dezakeena.
Aleazio hau erabiltzearen abantaila da hidrogeno-isurketa-istripuak saihestu ditzakeela (leherketa-istripuak batez ere). Hori dela eta, segurtasunez gorde eta garraiatu daiteke. Hala ere, kontuz ibili eta ingurune okerrean uzten baduzu, hidrogenoa biltegiratzeko aleazioek hidrogeno gasa askatu dezakete denborarekin. Tira, txinparta txiki batek ere leherketa-istripu bat sor dezake, beraz, kontuz ibili.
Era berean, hidrogenoaren xurgapen eta desortzio errepikatuak hauskortasuna eragiten duela eta hidrogenoaren xurgapen-tasa murrizten duen desabantaila du.
Bestea hodiak erabiltzea da. Hodien hauskortasuna ekiditeko konprimatu gabea eta presio baxua izan behar duen baldintza dago, baina abantaila da lehendik dauden gas hodiak erabil daitezkeela. Tokyo Gas-ek Harumi FLAG eraikitzeko lanak egin zituen, hiriko gas hodiak erabiliz, erregai-pilak hidrogenoa hornitzeko.
Etorkizuneko Gizartea Hidrogenoaren Energiak sortua
Azkenik, kontuan izan dezagun hidrogenoak gizartean izan dezakeen papera.
Are garrantzitsuagoa dena, karbonorik gabeko gizartea sustatu nahi dugu, hidrogenoa erabiltzen dugu elektrizitatea sortzeko bero-energia gisa beharrean.
Zentral termiko handien ordez, zenbait etxetan ENE-FARM bezalako sistemak sartu dituzte, gas naturala erreformatuz lortutako hidrogenoa erabiltzen dute beharrezko elektrizitatea sortzeko. Hala ere, erreforma-prozesuaren azpiproduktuekin zer egin behar den galdera dago.
Etorkizunean, hidrogenoaren zirkulazioa bera handitzen bada, hidrogenoa hornitzeko estazio kopurua handituz, adibidez, karbono dioxidorik isuri gabe elektrizitatea erabiltzea posible izango da. Elektrizitateak hidrogeno berdea sortzen du, noski, beraz, eguzki-argitik edo haizetik sortutako elektrizitatea erabiltzen du. Elektrolisirako erabiltzen den potentzia izan behar da energia-sorkuntza kopurua kentzeko edo bateria kargagarria kargatzeko energia naturalaren energia soberan dagoenean. Beste era batera esanda, hidrogenoa bateria kargagarriaren posizio berean dago. Hori gertatzen bada, azkenean posible izango da energia termikoen sorkuntza murriztea. Barne-errekuntzako motorra autoetatik desagertzen den eguna hurbiltzen ari da.
Hidrogenoa beste bide batetik ere lor daiteke. Izan ere, hidrogenoa sosa kaustikoaren ekoizpenaren azpiproduktua da oraindik. Besteak beste, burdingintzan kokearen ekoizpenaren azpiproduktu bat da. Hidrogeno hori banaketan jartzen baduzu, hainbat iturri lortu ahal izango dituzu. Horrela ekoizten den hidrogeno gasa hidrogeno estazioek ere hornitzen dute.
Begira dezagun etorkizunera. Galtzen den energia kopurua ere arazo bat da energia hornitzeko hariak erabiltzen dituen transmisio-metodoarekin. Hori dela eta, etorkizunean, hodiek helarazten duten hidrogenoa erabiliko dugu, edari karbonikoak egiteko erabiltzen diren azido karbonikoaren tankeak bezala, eta etxean hidrogeno depositua erosiko dugu etxe guztientzako elektrizitatea sortzeko. Hidrogeno pilekin funtzionatzen duten gailu mugikorrak ohikoak bihurtzen ari dira. Interesgarria izango da halako etorkizun bat ikustea.
Argitalpenaren ordua: 2023-08-08
