クリーン燃料としてさまざまな名前が付けられている水素燃料であるゼロカーボン燃料は、最も入手しやすく未来的な燃料です。 燃料とは、他の物質と反応してエネルギーを放出することができるものであり、バイオマス、天然ガス、原子力などの国内資源に水素が存在することで、未来の燃料になります。 太陽光や風力などの再生可能エネルギーで生産することもできます。 これらすべての品質を組み合わせることで、輸送、発電アプリケーション、ポータブル電子機器、および電源バックアップシステムの代替燃料オプションになります。
多くの点で、水素は完璧な燃料です。 それは最もクリーンな燃焼であり、最も効率的であり、再生可能で環境に無害なエネルギーループを作成します。 水素はほとんどの元素と化学的に結合するため、長年にわたって幅広い用途で工業用化学物質として利用されてきました。 その豊富な存在感で、生産方法はたくさんあることがわかります。 水素の生産に移りましょう。
水素燃料製造の画期的な技術
水素は、陽子XNUMXつと電子XNUMXつだけの化学組成で、さまざまな物質と反応しやすく、将来の燃料の大きな問題を解決できる形に変化するため、最も単純な元素です。 水素のエネルギー効率と環境への影響は、水素がどのように生成されるかに完全に依存します。 水素燃料を製造するために業界で使用されるいくつかの方法があります。 それらのいくつかは以下で話されています：
電解プロセス： 電流を使って水を水素と酸素に分離するこの方法は、電気分解と呼ばれます。 太陽光や風力などの再生可能エネルギー源によって生成された電気、結果として生じる水素も再生可能と見なされ、多くの排出利益があることは明らかです。 電力から水素へのプロジェクトが始まり、余剰の再生可能電力が利用可能な場合は、電気分解によって水素を生成するために使用されます。
メタン熱分解： 天然ガスのメタン熱分解を使用した水素製造は、最近の「温室効果ガスなし」のワンステッププロセスです。 この方法を使用して大量生産を開発することは、工業プロセス、燃料電池電気大型トラック輸送、およびガスタービン発電で水素を使用することにより、より迅速な炭素削減を可能にするための鍵です。 メタン熱分解は、高温（4 K、1340°C、または1065°F）で溶融金属触媒を介して泡立たせたメタンCH1950を使用して、汚染のない水素H2ガスを大量に、低コストで生成し、汚染のない固体炭素を生成します。温室効果ガスを排出しないC。
CH4（g）→C（s）+ 2 H2（g）ΔH°= 74 kJ / mol
メタン熱分解は開発中であり、商業的なバルク水素製造に適していると考えられています。
水蒸気改質（工業的方法）： 水素は多くの場合、天然ガスを使用して生成されます。これには、非常に高温で炭化水素から水素を除去することが含まれ、水素生成の48％は水蒸気改質によるものです。 商業用バルク水素は通常、大気中の温室効果ガスの放出を伴う天然ガスの水蒸気改質、またはCCSと気候変動の緩和を使用した捕捉によって生成されます。 水蒸気改質はボッシュ法としても知られており、水素の工業的調製に広く使用されています。
高温（1000〜1400 K、700〜1100°C、または1300〜2000°F）では、蒸気がメタンと反応して一酸化炭素とH2を生成します。
CH4 + H2O→CO + 3 H2
生物学的プロセス： 生物学的プロセスは、バクテリアや微細藻類などの微生物を使用し、生物学的反応を通じて水素を生成することができます。 微生物バイオマス変換では、微生物はバイオマスや廃水などの有機物を分解して水素を生成しますが、光生物学的プロセスでは、微生物はエネルギー源として太陽光を使用します。
ソーラー駆動プロセス： ソーラー駆動は、基本的に太陽光または放射線を使用して水素を生成します。 この種の太陽駆動プロセスには、基本的に、光生物学、光電気化学、太陽熱化学のXNUMXつがあります。 光生物学的プロセスは、バクテリアと緑藻の自然な光合成活性を利用して水素を生成します。 光電気化学プロセスでは、特殊な半導体を使用して水を水素と酸素に分離します。 太陽熱化学水素製造では、集光型太陽光発電を使用して、金属酸化物などの他の種と一緒に水分解反応を促進します。
技術産業における実用的なアプリケーション
自動車産業でのアプリケーション
水素は、その高効率とゼロ炭素排出のために、自動車産業の代替燃料であると考えられています。 車両での水素の使用は、燃料電池の研究開発の主要な焦点です。 米国のような国では、水素補給ステーションもあります。 ほとんどの水素燃料車は、水素燃料電池を動力源とする電気モーターを搭載した自動車や路線バスです。 これらの車両のいくつかは、水素を直接燃焼します。 燃料電池の高コストと水素燃料ステーションの限られた利用可能性は、水素燃料車の数を制限してきました。 水素燃料電池でさえドイツの列車で使用されており、今後XNUMX年以内に英国、フランス、イタリア、日本、米国に到達する可能性があることがわかりました。 自家用車については、大手自動車メーカーXNUMX社が自家用水素燃料電池電気自動車（FCEV）を開発しています。 注目すべきモデルには、トヨタミライ、ホンダクラリティ、ヒュンダイネクソ、BMWなどがあります。
電気の生産において
水素燃料電池は、水素原子と酸素原子を組み合わせて電気を生成します。 水素は、バッテリーと同様に電気化学セル全体で酸素と反応して、電気、水、および少量の熱を生成します。 さまざまな種類の燃料電池が幅広い用途に利用できます。 小さな燃料電池は、ラップトップコンピュータ、さらには携帯電話、さらには軍事用途にも電力を供給できます。 大型燃料電池は、建物のバックアップまたは非常用電力に電力を供給し、電力網に接続されていない場所に電力を供給することができます。
それとは別に、水素は主に多くの海洋アプリケーション、宇宙アプリケーション、および電力バックアップ生成でも使用されます。
代替燃料としての水素がもたらす課題
コインには両面があるといつも聞いていますが、同じことが新しい将来の燃料にも当てはまります。 産業で水素燃料を使用する際の課題について言えば、かなり多くのことが合理的で避けられません。 それらのいくつかを以下に示します：-
水素抽出
宇宙でそのように豊富に利用可能であるにもかかわらず、抽出は非常に困難です。 水素はそれ自体では存在しないため、電気分解によって水から抽出するか、炭素化石燃料から分離する必要があります。 これらのプロセスは両方とも、達成するためにかなりの量のエネルギーを必要とします。 このエネルギーは、水素自体から得られるエネルギーよりも多く、高価である可能性があります。
原材料費とさらなる投資
水素を取り出すには触媒として白金やイリジウムなどの貴金属が必要で、電気分解には電解槽もほとんど必要ありません。これらすべての追加費用により、原材料のコストが高くなります。コストが高いため、水素燃料電池への投資を思いとどまる人もいる テクノロジー。水素燃料電池をすべての人にとって実行可能な燃料源にするためには、そのようなコストを削減する必要があります。水素燃料電池は、真に実行可能なエネルギー源となるまで開発するための投資が必要です。これには、技術を改善し成熟させるために開発に時間と資金を投資するという政治的意志も必要となる。
インフラと水素貯蔵
化石燃料は何十年にもわたって使用されており、この電源のインフラストラクチャはすでに存在しています。 自動車用途での水素燃料電池技術の大規模な採用には、それをサポートするための新しい給油インフラストラクチャが必要ですが、HGVや配送トラックなどの長距離用途では、最初から最後までの給油が使用される可能性があります。
水素の貯蔵と輸送は、化石燃料に必要なものよりも複雑です。 これは、エネルギー源として水素燃料電池を検討するための追加コストを意味します。
水素燃料は、近い将来、持続可能で代替燃料として最適な選択肢であり、その用途は、環境だけでなく、燃料に対する需要の高まりにとっても重要です。 研究者や革新的な企業は、水素を水と同じように工業用だけでなく個人用にも利用できるようにするための努力を惜しまないでください。
シーバチャウハン
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