Ученые представили новую технологию производства чистого водорода из аммиака без использования ископаемого топлива, предлагая экологически чистую альтернативу водородным автомобилям и многообещающие применения в устойчивой энергетике и транспорте. На этом изображении изображен первый безуглеродный реактор разложения аммиака. Фото: Корейский институт энергетических исследований.
KIER достиг исторической вехи в Корее, успешно производя водород исключительной чистоты из аммиака, полностью исключив при этом выбросы углекислого газа.
Исследовательская группа доктора Юнг Унхо из отдела исследований водорода Корейского института энергетических исследований (KIER) разработала первую в Корее технологию производства чистого водорода. Этот инновационный подход основан на разложении аммиака и не использует ископаемое топливо. Прорыв команды может проложить путь к более устойчивому и экологически чистому источнику энергии. Это позволяет производить водород высокой чистоты, соответствующий международным стандартам для автомобилей с водородным двигателем, без выбросов углекислого газа, образующихся при использовании ископаемого топлива.
Аммиак, соединение водорода и азота, имеет плотность хранения водорода в 1,7 раза выше, чем у сжиженного водорода, и он привлекает внимание как наиболее экономичный метод транспортировки водорода. В частности, поскольку он уже более 100 лет используется в различных областях, таких как производство удобрений, он соответствует стандартам инфраструктуры, обращения и безопасности. Это считается наиболее практичным решением проблем хранения и транспортировки водорода.
Основные принципы технологии производства безуглеродного водорода на основе аммиака (см. выше). Сравнение существующей технологии и технологии KIER (ниже). Фото: Корейский институт энергетических исследований.
Процесс производства чистого водорода
Аммиак состоит только из водорода и азота, поэтому при отделении водорода не выделяется углерод. Процесс разложения требует подачи тепловой энергии свыше 600℃, и в настоящее время используется ископаемое топливо, что приводит к выбросам углекислого газа. Поэтому для производства чистого водорода необходимо использовать безуглеродный источник энергии, даже в процессе разложения аммиака.
Используя небольшие количества водорода и аммиака, оставшиеся после реакции разложения, исследователи смогли производить водород без использования ископаемого топлива.
Исследователи Чон Унхо, Ку Ки Ён и Пак Ёнха (справа). Фото: Корейский институт энергетических исследований.
Для получения чистого водорода из аммиака разложение аммиака проводится при температуре выше 600℃ с использованием рутениевого (Ru) катализатора с последующей очисткой водорода с помощью технологии адсорбции при переменном давлении (PSA). При реализации этого метода образуется остаточная газовая смесь азота и водорода, которая повторно используется в качестве нагревательного элемента реактора разложения аммиака. Несмотря на это, сам по себе остаточный газ не обеспечивает достаточного тепла реакции, поэтому необходимо добавлять дополнительное тепло.
Преодоление проблем с помощью инновационных решений
В случае существующей технологии недостаточная теплота реакции дополняется ископаемым топливом, таким как природный газ (СПГ) или сжиженный нефтяной газ (СНГ), поэтому при сгорании выделяется углекислый газ. Однако, используя систему, разработанную на этот раз, за счет подачи аммиака вместо ископаемого топлива, можно подавать тепло реакции и блокировать выбросы углекислого газа в источнике.
С помощью разработанной системы производится водород высокой чистоты более 99,97%, который можно подавать в топливные элементы водородных электромобилей, в объеме 5 Нм3 (около 0,45 кг) в час. Кроме того, получаемый водород имеет концентрацию примесей менее 300 ppm для азота и менее 0,1 ppm для аммиака. Он соответствует ISO 14687, международному стандарту для электромобилей, работающих на водороде.
Система производства водорода на основе аммиака с PEMFC класса 1 кВт. Фото: Корейский институт энергетических исследований.
Исследовательская группа достигла важной вехи, продемонстрировав систему топливных элементов мощностью 1 кВт для зданий, которая генерирует электроэнергию без выбросов углекислого газа, используя водород, извлеченный из аммиака. Эта демонстрация, проведенная в сотрудничестве с бизнес-подразделением Doosan Fuel Cell Power, имеет большое значение, поскольку позволяет решить проблему выбросов углекислого газа, которая считается недостатком систем топливных элементов на основе природного газа (СПГ). Это показывает потенциал выработки электроэнергии с использованием чистых водородных топливных элементов.
По словам ведущего исследователя доктора Юнга Унхо, недавно разработанная технология имеет большое значение, поскольку она позволяет производить безуглеродное производство водорода с использованием аммиака, заполняя предыдущий пробел в этой области. Ожидается, что он найдет практическое применение в различных областях, использующих чистый водород. В своем выступлении он далее сказал: «Сочетание аммиака и топливных элементов представляет собой жизнеспособный вариант для питания эко-кораблей. И по мере расширения масштабов мы также сможем оказать существенное влияние на сектор чистой водородной энергетики».
Между тем, данное исследование проводилось при поддержке Korea Southern Power Co., Ltd. (KOSPO).