Водородна енергетика

Водородната икономика и водородна енергетика е отрасъл на енергетиката, основан на използването на водорода като средство за акумулиране, транспортиране, производство и потребление на енергия. Водородът е избран, тъй като е най-разпространеният елемент на повърхността на земята и в космоса, неговата топлина на изгаряне е най-висока, а продуктът от изгарянето му с кислород е вода (която отново влиза в кръговрата на водородната енергетика). Водородната енергетика се отнася към алтернативната енергетика.

Световната структура на производството на водород е разпределена в три основни източника: 18% се падат на преработката на въглища, 4% се осигуряват от „зелен“ водород, получаван посредством възобновяеми източници на енергия, главно чрез електролиза на водата. Накрая, преобладаващият обем – а това са 78% – идва от преработката на природен газ и нефт.

Производство на водород

Понастоящем икономически най-изгодно се счита производството на водород от изкопаеми горива. Намаляването на въглеродните емисии в производствените отрасли може да бъде постигнато чрез използване на водород, произведен чрез нисковъглеродни технологии, като за това може да се прилагат технологии за улавяне и съхранение на въглеродния диоксид, както и електролиза на водата, предимно с енергия от ядрени, хидро-, вятърни и слънчеви енергийни съоръжения.

„Цветната“ градация на водорода зависи от начина на неговото получаване и от въглеродната следа, т.е. от количеството вредни емисии:

• „зелен“ – ако е произведен с помощта на енергия от възобновяеми източници на енергия, по метода на електролиза на водата, се счита за най-чист;
• „син“ – произведен от природен газ; в този случай въглеродният диоксид се събира в специални хранилища;
• „жълт“ – произведен при помощта на атомна енергия.
• „сив“ – при неговото производство вредните емисии се отделят в атмосферата.

Себестойността на „зеления“ водород е около 10 долара за килограм (което се смята за абсолютно нерентабилно); „синият“ и „жълтият“ водород са няколко пъти по-евтини от „зеления“ – около 2 долара за килограм.

Днес съществуват множество методи за индустриално производство на водород: разработени са технологии за производство на водород от боклук, етанол, металургична шлака, биомаса и други технологии.

Парна конверсия на природния газ/метана

Парна конверсия на природния газ (метана) – в днешно време по този метод се произвежда примерно 90 – 95 % от всичкия водород. Водна пара при температура 700 – 1000 °C се смесва с метана под налягане в присъствието на катализатор. Себестойността на процеса е $2 – 5 за килограм водород.

Цветови кодове

Водородът често е означаван в цветови схеми, които да индикират състоянието му (физично и химично), произход и приложение. Употребата на цветовите схеми е нестандартизирана.

Цветове спрямо производителя

Цвят		Източник	Бележки	Източници
тревисто зелен	Зелен	възобновяема енергия и електроенергия	чрез компютърно контролирана електролиза на вода
морски тюркоазен	Син	втечнен неназемен хидроген във бяла среда	-
светло морско синьо	Син	относително състояние на съхранение на водород, вж. физика на повърностите	при съхранение на водород
сиво	Сив	свръх чисти метали, особено стомана	специални свръхнови технологии (без „металургия“) (вж. Hydrogen technology security testing )
лилав	Лилав	неотносително съхранение на водород	без електролиза на вода
бял	Бял	английски медицински	възникнващ в природата водород

Газификация на въглища

Това е най-старият начин за получаване на водород. Въглищата се нагряват с водна пара при температура 800 – 1300 °C без достъп на въздух.

Първият газгенератор е построен във Великобритания през 40-те години на XIX век. Себестойност на процеса: 2 – 2,5 долара за килограм водород.

Използвайки атомна енергия

Използването на атомна енергия за производство на водород е възможно чрез различни процеси: химични, електролиза на водата, високотемпературна електролиза. Себестойност на процеса: $2,33 за килограм водород.

Електролиза на водата

${\ce {2H2O->[+E]2H2 +O2}}$

Обратната реакция става в горивните клетки. Себестойност на процеса: $6 – 7 за килограм водород.

Водород от биомаса

Водород от биомаса се получава чрез термохимичен или биохимичен начин. При термохимичния метод биомасата се нагрява без кислород до температура 500 – 800 °C (за дървесни отпадъци), което е много по-ниско от температурата при процеса на газификация на въглищата. В резултат на процеса се освобождават Н₂, СО и СН₄.

Себестойност на процеса: $5 – 7 за килограм водород.

В биохимичния процес на фиксация на азота водородът изработва различни бактерии, например, Rodobacter speriodes.