Nejjednodušším a nejdostupnějším způsobem výroby vodíku doma je vytvoření reakce mezi alkálií a hliníkem. Navíc čistota výsledného plynu bude mnohem vyšší než při reakci s kyselinou.

K výrobě vodíku potřebujete hliník a alkalický roztok.

Pro hliník se nejlépe hodí obyčejná fólie. Z čokolády nebo jídla.

Jako základ pro alkalický roztok je třeba vzít prostředek proti ucpávání „Mole“. V obchodech je ho dostatek a mnoho lidí má tento produkt doma.

Do skleněné nádoby, například dvou nebo třílitrové sklenice, nasypte trochu prášku nebo granulí produktu „Mole“ asi několik polévkových lžic a zalijte sto gramy vody při pokojové teplotě. Roztok důkladně a jemně promíchejte, dokud se prášek/granule zcela nerozpustí. Snažíme se zabránit tomu, aby se roztok dostal na povrch naší kůže nebo do otevřených orgánů těla.

Fólii srolujte dlaněmi na malé kuličky o průměru jeden až dva centimetry a tyto kuličky házejte do zavařovací sklenice. Reakce na uvolnění vodíku začne okamžitě. To lze vidět vizuálně a určit to uvolňováním tepla. Poté musíte chvíli počkat a ujistit se, že reakce začne probíhat mnohem intenzivněji. To je obvykle od 20 do 60 sekund. Poté do sklenice přidejte další lžíci „Mole“ a další fólii. Voila! Výroba vodíku doma probíhala. Pokud sklenici uzavřete silným plastovým víčkem, nejprve do ní vyvrtejte otvor a do tohoto otvoru vložte trubici, pomocí této trubice pak můžete akumulovat vodík. Například v balónu.

Hlavní věc k zapamatování je, že vodík je extrémně hořlavý a výbušný plyn a všechny takové experimenty mohou vést k požáru a zranění. Proto je bezpodmínečně nutné dodržovat nejpřísnější protipožární opatření.

Kde použít výsledný vodík, to si musí každý rozhodnout sám. Zároveň ale musíte pochopit, že tento experiment není výrobním zařízením pro průmyslovou výrobu plynu a v akumulační nádrži nebude možné vytvořit slušný tlak. A víko nádoby může dokonce odletět pod tlakem vodíku. To zase zvýší riziko požáru.

Takové otázky jsou dojemné, protože průměrnému člověku se zdá, že získat vodík je docela jednoduché, ale zatím, i když to lze udělat za běžných podmínek, je to stále docela nebezpečné. První věc, kterou musíte vědět, je, že takové experimenty je třeba provádět pouze na otevřeném (venkovním) vzduchu, protože vodík je velmi, velmi lehký plyn (asi 15krát lehčí než standardní vzduch) a bude se hromadit u stropu a vytvářet vysoce výbušná směs. Pokud přijmete všechna nezbytná opatření, abyste předešli problematickým problémům, můžete provést reakci mezi alkálií a hliníkem.

Vezmeme baňku (nejlépe) nebo 1/2 litrovou skleněnou láhev, zátku (uprostřed otvor), hadičku na odstranění vodíku, 10 gramů hliníku a vitriolu (měď), kuchyňskou sůl (asi 20 gramů), voda v množství 200 ml. a kuličku (gumu) pro sběr vodíku. V zahrádkářských prodejnách kupujeme vitriol a jako hliníkové suroviny mohou sloužit plechovky od piva nebo drát. Smalt se samozřejmě nejprve odstraní vypálením, potřebujete čistý hliník, bez nečistot.

READ
Jak připojit plastové trubky?

Na 10 gramů vitriolu vezměte 100 ml vody, respektive připravte druhý roztok – 20 gramů soli bude trvat 100 ml vody. Odstín roztoků bude následující: vitriol – modrý, sůl – bezbarvý. Dále vše smícháme dohromady a získáme takový nazelenalý roztok. Do ní se přidává předem připravený hliník. Směs začne pěnit – to je vodík. Hliník nahrazuje měď a na vlastní oči to můžete vidět podle načervenalého odstínu hliníkové suroviny. Objeví se bělavá suspenze, zde můžeme začít sbírat vodík, který potřebujeme.

Během procesu vzniká dodatečné teplo, v chemii je takový proces klasifikován jako exotermický. Je jasné, že pokud proces nebude řízen, skončíte s něčím jako gejzírem, který bude chrlit porce vařící vody, takže je třeba kontrolovat počáteční koncentraci. K tomuto účelu slouží zátka s hadičkou pro bezpečné odstranění vodíku venku. Průměr trubky by mimochodem neměl přesáhnout 8 milimetrů. Sebraný vodík lze použít k nafouknutí balónku, který bude mnohem lehčí než okolní vzduch, což znamená, že mu umožní stoupat vzhůru. Upřímně řečeno, takové experimenty se musí cvičit mimořádně pečlivě a pečlivě, jinak se nelze vyhnout zraněním a popáleninám.

Perspektivy a nevýhody vodíkové energie

Palivové články slouží k ukládání a výrobě energie z vodíku. První vodíkový palivový článek navrhl anglický vědec William Grove ve 30. letech 19. století. Grove a Christian Schönbein, kteří s ním pracovali paralelně, předvedli možnost výroby energie ve vodíkovo-kyslíkovém palivovém článku pomocí kyselého elektrolytu.

V roce 1959 Francis T. Bacon z Cambridge přidal do vodíkového palivového článku iontoměničovou membránu, aby usnadnil transport hydroxidových iontů. O Baconův vynález se okamžitě začala zajímat americká vláda a NASA, aktualizovaný palivový článek se začal používat na kosmické lodi Apollo jako hlavní zdroj energie při jejich letech.

Na rozdíl od kyslíku se vodík na Zemi v čisté formě prakticky nevyskytuje, a proto je extrahován z jiných sloučenin pomocí různých chemických metod.

Podle těchto metod se dělí na barevné gradace.

Zelený — vyrobené z obnovitelných zdrojů energie elektrolýzou vody. Stačí k tomu voda, elektrolyzér a velká zásoba elektřiny.

Modrá — vyrábí se ze zemního plynu a nebezpečný odpad se zachycuje k recyklaci. Tuto metodu však nelze nazvat dokonale čistou.

READ
Jak posílit starou cihlovou zeď?

Růžové nebo červené – vyrábí se pomocí atomové energie.

Šedá — vodík se vyrábí přeměnou methanu. Při jeho výrobě se do ovzduší uvolňují škodlivé odpady.

Hnědý — vodík se získává jako výsledek zplyňování uhlí. Tato metoda také zanechává skleníkové plyny.

Stále existují technologie na výrobu biovodíku z odpadků a etanolu, ale jejich podíl je extrémně malý.

Výrobní náklady podle typu vodíku, dolar za kilogram

Zelený 10
Modrá $ 2
Červený $ 2
Šedá 2-2,5 $
Hnědý 2-2,5 $

Výrobní náklady podle typu vodíku, dolar za kilogram

Zelený $ 10
Modrá $ 2
Červený $ 2
Šedá 2-2,5 $
Hnědý 2-2,5 $

Energie vodíku

Zpracování uhlí tvoří 18 % produkce vodíku, 4 % pochází ze zeleného vodíku a 78 % ze zpracování zemního plynu a ropy. Výrobní metody založené na fosilních palivech generují 830 milionů tun emisí CO2 každý rok rovnající se emisím Spojeného království a Indonésie dohromady. Vodík je však čistší alternativou tradičních paliv.

Existují tři hlavní zdroje emisí globálního oteplování: doprava, výroba elektřiny a průmysl. Vodík lze použít ve všech třech oblastech. Při použití v palivových článcích zanechává vodíková energie minimální ztráty a po použití zbude jako vedlejší produkt pouze voda, ze které lze vodík znovu extrahovat.

Zdroj: IEA

Průmyslový výhled

Podle zprávy IEA by do roku 2050 měla celosvětová poptávka po vodíku dosáhnout 528 milionů tun – z 87 milionů v roce 2020 – a jeho podíl na celosvětové spotřebě bude 18 %, z čehož 10 % bude tvořit zelený vodík.

Do roku 2050 plánuje IEA snížit náklady na výrobu tohoto ekologického paliva na 2 dolary za kilogram, což je výrazně méně než současných 10 dolarů. Stane se tak díky rozvoji technologií obnovitelných zdrojů energie a levnější výrobě větrné a solární energie.

V červnu 2020 Německo oznámilo národní vodíkovou strategii s investicí 7 miliard EUR, aby se stalo lídrem v této oblasti.

Japonsko, Francie, Jižní Korea, Austrálie, Nizozemsko a Norsko zahájily svou vodíkovou cestu dříve než Německo a Japonsko to udělalo jako první – v prosinci 2017.

Ministerstvo energetiky připravilo v červenci 2020 plán rozvoje vodíkové energetiky v Ruské federaci na období 2020-2024. Rosatom, Gazprom a Novatek plánují výrobu vodíku. Plán obsahuje následující opatření:

  • podpora pilotních projektů na výrobu vodíku;
  • pobídky pro vývozce a kupující na domácím trhu;
  • První vodíková zařízení budou spuštěna v roce 2024 v jaderných elektrárnách, zařízeních na výrobu plynu a zpracování fosilních paliv.

V roce 2021 oznámil HydrogenOne Capital, první investiční fond na světě zaměřený na zelený vodík, vstup na londýnskou burzu. Fond investuje do projektů s kapacitou 20-100 MW s možností jejich rozšíření na 500 MW.

READ
Jak udělat uzemnění v pračce?

Výhody vodíkové energie

Vysoká použitelnost. Elektrifikace dopravy pomůže snížit emise, ale letectví, lodní dopravu a dálkovou nákladní dopravu je obtížné přeměnit na elektrickou energii, protože tato odvětví vyžadují paliva s vysokou energetickou hustotou. Zelený vodík může tyto potřeby splnit. Například Airbus představil koncepty letadel na vodíkový pohon a doufá, že je bude mít v provozu do roku 2035.

Nikola staví návěsy, které jezdí jak na baterie, tak na vodík. Společnost tvrdí, že její palivové články mohou pracovat při nižších teplotách než baterie. A jsou lehčí, díky čemuž jsou praktičtější pro nákladní automobily a další těžká zařízení. Nikola také tvrdí, že takový kamion bude mít na nádrž vodíku dojezd 900 mil. Pro srovnání, bateriemi poháněná Tesla Semi, která by se mohla začít vyrábět koncem tohoto roku nebo v roce 2022, má uváděný dojezd 200 až 300 mil.

Své podobné dopravní modely představily také Toyota, Honda a BMW.

Doba doplňování paliva u elektromobilu s palivovými články je v průměru méně než čtyři minuty. Navíc se na rozdíl od baterií nemusí dobíjet. Protože mohou fungovat nezávisle na síti, lze je použít jako záložní generátory elektřiny nebo tepla.

Důležitým prvkem přechodu na vodík je jeho využití v bydlení a komunálních službách. Kromě pilotních projektů ve Spojeném království se Leeds stane prvním městem, které bude poháněno výhradně vodíkem. Podle plánu na něj budou převedeny veškeré plynárenské sítě a dopravní zařízení.

Zásoby vodíku jsou prakticky neomezené. Protože se vyskytuje téměř všude, lze jej použít všude tam, kde se vyrábí. Na rozdíl od baterií, které nedokážou uchovat velké množství elektřiny po dlouhou dobu, lze vodík vyrábět z přebytečné obnovitelné energie a ve velkém množství skladovat.

Energetická účinnost. Vodík obsahuje téměř třikrát více energie než fosilní paliva, takže k jakékoli práci ho potřebuje mnohem méně. Například oproti elektrárně, která spaluje palivo s účinností 33 až 35 %, budou vodíkové palivové články plnit stejnou funkci s účinností až 65 %. Například solární články mají účinnost 20 % a větrné články 40 %.

Na jaře 2020 byla ve městě Fukušima spuštěna největší vodíková elektrárna na světě. Pro napájení elektrolýzních instalací jsou na něm umístěny solární panely o celkovém výkonu 20 MW. Celkem stanice vyrobí 1,2 tisíce metrů krychlových vodíku za hodinu.

V automobilech využívají palivové články 40–60 % energie paliva a také snižují spotřebu paliva o 50 %.

READ
Jak poznáte, zda je laminát vodotěsný nebo ne?

Zelený vodík je vynikající médium pro skladování energie. Například Německo má problém se svým energetickým systémem. Za jasných a větrných dnů solární panely a větrné turbíny na severu produkují více elektřiny, než může tato část země spotřebovat. Německo je kvůli tomu nuceno prodávat přebytečnou elektřinu do sousedních zemí se ztrátou. Přebytečná elektřina z obnovitelných zdrojů energie může být uložena jako vodík a poté spálena k výrobě elektřiny v případě potřeby.

Nevýhody vodíkové energie

Náklady na zelený vodík. Jak již bylo zmíněno výše, jsou to právě náklady na výrobu nejčistší formy vodíku, která představuje nejvýznamnější překážky jejího rozvoje. Podle slov a prognóz Ministerstva energetiky Ruské federace jsou vyhlídky vodíkové energie spojeny se snížením nákladů na vodík vyrobený elektrolýzou vody. Za hlavní faktory pro zajištění konkurenceschopnosti zeleného vodíku je považováno slibné snížení kapitálových nákladů na elektrolyzéry a také nákladů na elektřinu z obnovitelných zdrojů energie.

Při rozšiřování výroby elektrolyzérů by jejich cena mohla do roku 1000 podle JP Morgan klesnout ze současných 200 na 2050 $/kW – dokonce na 100 $/kW. Pokud bude tento scénář realizován, do roku 2050 by náklady na elektrolyzéry mohly klesnout na méně než 2 $/kg. Ale s přihlédnutím k využívání různých státních dotačních programů na vodíkovou energii lze tyto lhůty zkrátit.

Náklady na produkci zeleného vodíku v jednotlivých zemích do roku 2050, euro za 1 kg

Argentina 1,5
Austrálie 1,25
Brazílie 1,25
Kanada 1,5
Chile 1,25
Čína 1,25
Francie 2
Německo 2,25
Indie 1,25
Japonsko 2,75
Maroko 1,25
Polsko 2,5
Rusko 1,5

Náklady na produkci zeleného vodíku v jednotlivých zemích do roku 2050, euro za 1 kg

Argentina 1,5
Austrálie 1,25
Brazílie 1,25
Kanada 1,5
Chile 1,25
Čína 1,25
Francie 2
Německo 2,25
Indie 1,25
Japonsko 2,75
Maroko 1,25
Polsko 2,5
Rusko 1,5

Hořlavost. Ve srovnání s benzínem, zemním plynem a propanem je vodík ve vzduchu hořlavější a sebemenší prasklina v nádrži může vést k tragédii. Někteří kritici se však mýlí, když říkají, že s rozvojem vodíkové energie bude „svět sedět na obrovském sudu s prachem“. Protože je vodík tak lehký – asi 57krát lehčí než benzínové páry – může se rychle rozptýlit do atmosféry, což je bezpečnostní výhoda.

Skladování a přeprava. Protože vodík je nejlehčí z chemických prvků, vejde se ho do daného objemu mnohem méně než jiné druhy paliva. Například k ujetí auta na danou vzdálenost by byla potřeba mnohem větší válec s plynným vodíkem. Stávající nádrže na plyn jsou příliš malé na to, aby pojaly množství vodíku potřebné k překonání vzdálenosti, kterou urazí plná nádrž plynu. K vyřešení tohoto problému se nyní modernizují metody přeměny vodíku na kapalné nebo plynné skupenství. Musí být buď ochlazen na -253 °C, aby zkapalnil, nebo stlačen na 700násobek atmosférického tlaku, než může být dodán jako stlačený plyn.

READ
Jak vytvořit hustý trávník?

V současné době se vodík dopravuje speciálními potrubími, v nízkoteplotních cisternách na kapaliny, v trubkových přívěsech přepravujících plynný vodík, po železnici nebo na člunech.

Na druhé straně národní vlády již „rezervují“ budoucí objemy vodíkových surovin vyjednáváním a podepisováním příslušných mezinárodních dohod. Příklady zahrnují německo-marockou dohodu o spolupráci v oblasti zeleného vodíku z června 2020, japonsko-australské společné prohlášení o spolupráci v oblasti vodíku a palivových článků z ledna 2020 a rusko-německé prohlášení o záměru udržitelné energetické spolupráce.

Výroba

V odvětví vodíkové energetiky existuje velký výběr společností. Největšími zástupci jsou výrobci vodíku, kteří využívají především nejlevnější způsob výroby – parní reformování. Menší společnosti se zaměřují výhradně na specifické aspekty používání vodíku. Lze je rozdělit především na výrobce elektrolyzérů a výrobce palivových článků. Některé společnosti pracují na tom, aby se staly plně vertikálně integrovaným poskytovatelem vodíkové energie. Podívejme se na každou kategorii zvlášť.

Producenti vodíku

Air Products. Hlavní činností Air Products je výroba atmosférických a procesních plynů a souvisejících zařízení pro různá průmyslová odvětví, včetně rafinace ropy, petrochemie a metalurgie.

Společnost v roce 2020 oznámila plány na výstavbu elektrárny na zelený vodík v Saúdské Arábii o výkonu 4 GW poháněné větrnou a solární energií, která je nyní největším projektem na světě. Dokončená továrna bude denně vyrábět 650 tun zeleného vodíku, což postačí pro pohon asi 20 XNUMX autobusů.

Linde je jednou z největších světových společností specializujících se na oblast průmyslových technologií pro úpravu, separaci a zkapalňování zemního plynu. V roce 2021 společnost oznámila, že podepsala dlouhodobou smlouvu s Infineon Technologies na výrobu a skladování zeleného vodíku. Linde postaví, bude vlastnit a provozovat dvoumegawattovou elektrolýzu v Rakousku. Závod bude vyrábět zelený vodík pomocí technologie protonové výměnné membrány (PEM) od ITM Power.

Cummins představil vodíkovou strategii v listopadu 2020. V roce 2019 společnost získala společnost Hydrogenics, která jí dala technologii palivových článků a elektrolyzéry.

Všechno jsou to velké společnosti s bohatými zkušenostmi v oblasti průmyslového plynu. Jejich hlavním zaměřením je dnes šedý vodík, ale přecházejí i k čistším řešením. Akcie těchto společností rutinně rostou s trhem a lze říci, že jsou cenově dostupné mezi ostatními reprezentanty.