الرئيسيةعريقبحث

إنتاج الهيدروجين

☰ جدول المحتويات

إنتاج الهيدروجين يصف مجموعة العمليات الكيميائية لإنتاج الهيدروجين. إن الطريقة الأكثر استخداماً لإنتاج الهيدروجين في الوقت الحالي هو إجراء عملية إصلاح بخاري للهيدروكربونات.

الإصلاح البخاري

يعد الوقود الأحفوري المصدر الرئيسي لإنتاج الهيدروجين في الصناعة.[1] يمكن تطبيق عملية إصلاح بخاري على الهيدروكربونات باختلافها وخاصة على أبسطها مثل غاز الميثان أو على الغاز الطبيعي.[2]

عند درجات حرارة مرتفعة تتراوح بين 700–1100°س يمرر بخار الماء H2O على الميثان في تفاعل ماص للحرارة ليعطي غاز الاصطناع، وهو مزيج من غازي الهيدروجين وأحادي أكسيد الكربون.[3]

CH4 + H2O → CO + 3H2

في مرحلة ثانية تتولّد كميّات إضافية من الهيدروجين نتيجة حدوث التفاعل الناشر للحرارة وهو تفاعل انزياح ماء-غاز:

CO + H2O → CO2 + H2

يحدث خلال هذا التفاعل عملية تجريد لذرة أكسجين من بخار الماء المضاف من أجل أكسدة CO إلى CO2. عملية الأكسدة هذه تزود الوسط بالطاقة. يمكن تزويد العملية بالطاقة من خلال حرق قسم من الميثان.

طرق أخرى لإنتاج الهيدروجين من الوقود الأحفوري

أكسدة جزئية

يمكن إجراء عملية أكسدة جزئية للهيدروكربونات بإدخال مزيج من الوقود والهواء في وحدة الإصلاح، مما يولّد غاز اصطناع غني بالهيدروجين. يمكن التمميز بين نوعين من عملية الأكسدة الجزئية؛ وهما الأكسدة الجزئية الحرارية (TPOX) أو الأكسدة الجزئية الحفزية (CPOX). يجري التفاعل الكيميائي وفق ما يلي:

CnHm + n/2 O2 → n CO + m/2 H2

إصلاح بلازمي

من الطرق الحديثة لإنتاج الهيدروجين استخدام حرّاق بلازما لحرق الهيدروكربونات لتحويلها إلى أسود الكربون وغاز الهيدروجين دون تشكل غاز ثنائي أكسيد الكربون CO2. تدعى هذه العملية باسم عملية كفيرنر Kværner-process نسبة إلى الشركة النرويجية التي ابتدعتها في ثمانينات القرن العشرين.[4]

تجري حالياً الأبحاث لتطوير كفاءة هذه الطرق والتي تدعى تغويز البلازما.[5]

من الماء

التحليل الكهربائي

ينتج الهيدروجين من التحليل الكهربائي للماء ولكن على نطاق ضيق صناعياً.[6] هنالك ثلاثة أنواع من خلايا التحليل الكهربائي للماء وهي خلايا تحليل الأكسيد الصلب (SOEC's) وخلايا تحليل الغشاء البوليميري (PEM) وخلايا تحليل قلوية (AEC's).

هنالك اقتراحات عدة للتقليل من استهلاك الطاقة اللازمة لعملية التحليل الكهربائي وذلك بإجراء عملية التحليل الكهربائي عند درجات حرارة مرتفعة، عادة حوالي 800°س، وفي نفس الوقت تأمين مصدر لهذه الطاقة مثل الطاقة الصادرة عن حرق المخلفات الصناعية أو من المحطات النووية، أو من الطاقة الشمسية المركزة.[6][7][8]

دورة كيميائية حرارية

يجمع أسلوب الدورة الكيميائية الحرارية استخدام مصادر كيميائية وحرارية لفصل الماء إلى مكوناته من الهيدروجين والأكسجين.[9] يستخدم للفظ دورة لأن المواد المستخدمة في هذه العملية يعاد تدويرها.

طريقة فيروسليكون

يستخدم الفيروسليكون لإنتاج الهيدروجين بشكل سريع وفعال على نطاق ضيق. تتضمن الطريقة استعمال كل من هيدروكسيد الصوديوم والفيروسليكون والماء ومزجها مع بعضها البعض.[10] يملأ وعاء ضغط بالهيدروكسيد والفيروسليكون ثم تضاف كميات مدروسة من الماء، ينتج عنها الهيدروجين وبخار الماء بالإضافة إلى سيليكات الصوديوم.[11]

مراجع

  1. Häussinger, Peter; Lohmüller, Reiner; Watson, Allan M. (2011). "Hydrogen, 1. Properties and Occurrence". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. doi:10.1002/14356007.a13_297.pub2.  .
  2. Fossil fuel processor - تصفح: نسخة محفوظة 27 أبريل 2009 على موقع واي باك مشين.
  3. "HFCIT Hydrogen Production: Natural Gas Reforming". U.S. Department of Energy. 2008-12-15. مؤرشف من الأصل في 09 فبراير 2014.
  4. Bellona-HydrogenReport - تصفح: نسخة محفوظة 03 يونيو 2016 على موقع واي باك مشين.
  5. Kværner-process with plasma arc waste disposal technology - تصفح: نسخة محفوظة 13 مارس 2014 على موقع واي باك مشين.
  6. Ogden, J.M. (1999). "Prospects for building a hydrogen energy infrastructure". Annual Review of Energy and the Environment. 24: 227–279.
  7. Hauch, Anne; Ebbesen, Sune Dalgaard; Jensen, Søren Højgaard; Mogensen, Mogens (2008). "Highly efficient high temperature electrolysis". Journal of Materials Chemistry. 18 (20): 2331–40. doi:10.1039/b718822f.
  8. "Nuclear power plants can produce hydrogen to fuel the 'hydrogen economy" (Press release). American Chemical Society. March 25, 2012. مؤرشف من الأصل في 10 ديسمبر 2019March 9, 2013.
  9. Producing hydrogen: The Thermochemical cycles نسخة محفوظة 11 ديسمبر 2013 على موقع واي باك مشين.
  10. Report No 40: The ferrosilicon process for the generation of hydrogen - تصفح: نسخة محفوظة 06 يونيو 2011 على موقع واي باك مشين.
  11. Candid science: conversations with famous chemists, István Hargittai, Magdolna Hargittai, p. 261, Imperial College Press (2000) نسخة محفوظة 14 أبريل 2019 على موقع واي باك مشين.

موسوعات ذات صلة :