В наши дни промышленность потребляет огромные объемы водорода. В чистом виде водород в природе встречается в очень малых количествах. Незначительное количество его в газообразном виде выделяется при извержениях вулканов. Еще немного водорода сопутствующего нефти улетает в атмосферу при бурении из нефтяных скважин. Поэтому так важен поиск дешевых и эффективных способов получения этого газа.
В лабораторных условиях водород начали получать достаточно давно, еще в XVI веке. Для этого использовались кислоты и металлы. Такие, например, как соляная кислота и цинк. Для получения достаточного количества водорода в больших масштабах этот способ неудобен и слишком дорог. Постоянные поиски новых путей получения водорода привели к тому, что на сегодняшний день этот газ в промышленности производится несколькими различными способами. При этом используются разные сырьевые источники и разительно отличающиеся физические и химические методы воздействия на них.
Как сейчас получают водород
Паровой конверсией метана и природного газа получают приблизительно половину технического водорода. При этом кислород, пар и природный газ смешиваются в определенных пропорциях. Это нужно, чтобы часть метана сгорала в кислороде, поддерживая высокую температуру, которая необходима для реакции конверсии. Оставшийся метан реагирует с парами воды. В результате этой реакции получаются оксиды углерода и водород.
Другой метод получения водорода из метана – крекинг представляет собой процесс нагревания этого газа. При достижении температур выше 1000 градусов по шкале Цельсия он начинает разлагаться с выделением газообразного водорода и углерода (сажи газовой).
Газификация угля – это самый старый из промышленных способов получения водорода. Сначала из твердого кускового, мелкозернистого или пылевидного угольного сырья получают синтез-газ, генераторный или воздушный газ, водяной, коксовый или смешанный газ. Все они содержат водород, но в зависимости от состава исходного сырья и условий обработки состав этих газов несколько отличается. Процент водорода в них колеблется от 15 процентов в смешанном газе до 51 процента в коксовом газе. Примесями в разных случаях выступают угарный газ (монооксид углерод), углекислый газ, азот, метан и этилен.
На следующей стадии происходит разделение смеси с выделением чистого водорода. Для этого используются такие методы, как низкотемпературная конденсация или фракционирование. Иначе извлечь этот газ из смеси можно адсорбционным выделением посредством применения молекулярных сит или с помощью жидких растворителей.
Газификация углей, которые невыгодно или неудобно извлекать из шахт, часто проводится подземным способом. При этом полученный газ, с помощью трубопроводов отводится с места производства и транспортируется к местам дальнейшей переработки или использования. Этот же способ – газификация, применяется и для выработки водорода из древесных отходов. Этот способ не требует таких высоких температур, как газификация угля. Нагрев проводится до 500-800 градусов Цельсия.
Электролиз воды позволяет получать водород разложением воды под воздействием электрического тока. Это один из наиболее известных методов получения этого газа, обеспечивающих достаточно высокую чистоту конечного продукта. Сопутствующим продуктом в данном случае является не менее важный в производстве и применении промышленных газов кислород. Шире всего пользуются этим способом страны, обладающие большими запасами воды. Поэтому крупнейшие электрохимические комплексы расположены в странах, имеющих выход к морям и океанам.
Под воздействием мощного электрического тока ионы, на которые распались молекулы воды, движутся к электродам. На них эти частицы теряют или приобретают заряд, образуя новые двухатомные молекулы газов кислорода и водорода.
Пиролиз, то есть термическое разложение органических соединений, таких например как нефтепродукты, древесина или даже некоторые виды промышленных и бытовых отходов при недостатке кислорода. В результате их плазменного пиролиза получается синтез-газ, из которого можно, используя разные методы, выделить водород.
Отходы сельского хозяйства и пищевых производств тоже могут служить дополнительным источником водорода. Это могут быть навоз и птичий помет, отходы молочных, рыбоперерабатывающих и соковых заводов, мясокомбинатов, отходы переработки картофеля и других производств. Энергетические культуры, например, силосная кукуруза, сильфий или некоторые виды водорослей выращивают специально для получения биомассы.
Из нее посредством метанового брожения под воздействием гидролизных, кислотообразующих и метанообразующих бактерий образуется биогаз. В состав этого газа входит незначительное количество водорода. В основном он состоит из метана и углекислого газа. Поэтому следующим этапом превращения таких отходов в водород становятся конверсия или крекинг метана.
Для биотехнологического способа получения водорода используются Rodobacter speriodes и Enterobacter cloacae, бактерии способные вырабатывать этот газ в процессе своей жизнедеятельности.
Интересные факты
Источником относительно дешевого водорода могут стать морские и сточные, канализационные воды. Chlamydomonas reinhardtii, зеленые водоросли, живущие в таких водах, способны при определенных условиях «переключаться» с обычной для процесса фотосинтеза выработки кислорода на производство водорода. Еще в 1939 году немецкими учеными был обнаружен этот эффект. В 1997 году удалось выяснить, что в роли «переключателя» выступает недостаток серы и кислорода, также присутствие медных или платиновых катализаторов. Следующим шагом стало генетическое модифицирование одноклеточной водоросли. Результатом стало значительное повышение производительности этого метода. Газа получалось на 20-25 процентов больше, чем при использовании природных водорослей. Предполагается, что именно этот, не требующий больших затрат, способ производства водорода создаст предпосылки для широкого использования этого газа в качестве топлива для автомобилей.
На волне всеобщей обеспокоенности экологическим состоянием планеты, все более популярной становится идея производства водорода из мусора. Некоторые фракции обычных бытовых отходов можно подвергнуть пиролизу с получением водорода или анаэробному (без доступа кислорода) сбраживанию с последующим выделением его из получившегося биогаза.
Производство большого количества дешевого биоводорода может стать решением многих экологических проблем Земли. Своеобразным «отходом» работы водородного двигателя станет вода, вместо множества вредных веществ, выделяющихся при работе бензинового двигателя. При производстве биоводорода в атмосферу не выделяется настолько большого объема диоксида углерода, вызывающего парниковый эффект, как при производстве водорода из нефти, природного газа или угля.
В Компании «DP Air Gas» можно приобрести чистый газообразный водород, а также другие технические газы. Компания предлагает к реализации и разнообразные смеси технических газов разного назначения. «DP Air Gas» гарантирует чистоту и качество всех поставляемых промышленных газов. Осуществляется доставка их в любую точку Украины, производится послепродажное обслуживание: освидетельствование и необходимый ремонт газовых баллонов. Более широкий и подробный список реализуемых газов и сопутствующих услуг находится здесь.
