Wasserstoffproduktion und-verteilung

Obwohl Wasserstoff als Element auf der Erde reichlich vorhanden ist, wird Wasserstoff fast immer als Teil einer anderen Verbindung wie Wasser (H2O) oder Methan (CH4) gefunden und muss zur Verwendung in Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen in reinen Wasserstoff (H2) getrennt werden. Wasserstoffbrennstoff verbindet sich mit Sauerstoff aus der Luft durch eine Brennstoffzelle und erzeugt Strom und Wasser durch einen elektrochemischen Prozess.,

Produktion

Wasserstoff kann aus verschiedenen inländischen Ressourcen wie fossilen Brennstoffen, Biomasse und Wasserelektrolyse mit Strom hergestellt werden. Die Umweltauswirkungen und Energieeffizienz von Wasserstoff hängen davon ab, wie er produziert wird. Mehrere Projekte sind im Gange, um die mit der Wasserstoffproduktion verbundenen Kosten zu senken.

Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, Wasserstoff zu erzeugen:

• Erdgasreformierung/ – vergasung: Synthesegas, ein Gemisch aus Wasserstoff, Kohlenmonoxid und einer kleinen Menge Kohlendioxid, wird durch Reaktion von Erdgas mit Hochtemperaturdampf erzeugt., Das Kohlenmonoxid wird mit Wasser reagiert, um zusätzlichen Wasserstoff zu erzeugen. Diese Methode ist die billigste, effizienteste und gebräuchlichste. Erdgas, das mit Dampf reformiert wird, macht den größten Teil des in den USA jährlich produzierten Wasserstoffs aus.

  Ein Synthesegas kann auch durch Reaktion von Kohle oder Biomasse mit Hochtemperaturdampf und Sauerstoff in einem Druckvergaser erzeugt werden, der in gasförmige Komponenten umgewandelt wird-ein Prozess, der als Vergasung bezeichnet wird. Das resultierende Synthesegas enthält Wasserstoff und Kohlenmonoxid, die mit Dampf reagiert wird, um den Wasserstoff zu trennen.,

• Elektrolyse: Ein elektrischer Strom spaltet Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff. Wenn der Strom aus erneuerbaren Quellen wie Sonne oder Wind erzeugt wird, gilt der resultierende Wasserstoff auch als erneuerbar und hat zahlreiche Emissionsvorteile. Power-to-Hydrogen-Projekte starten, bei denen überschüssiger erneuerbarer Strom, sofern verfügbar, zur Herstellung von Wasserstoff durch Elektrolyse verwendet wird.

• Erneuerbare Flüssigkeitsreformierung: Erneuerbare flüssige Brennstoffe wie Ethanol werden mit Hochtemperaturdampf reagiert, um Wasserstoff in der Nähe des Endverbrauchs zu erzeugen.,

• Fermentation: Biomasse wird in zuckerreiche Rohstoffe umgewandelt, die zu Wasserstoff fermentiert werden können.

Eine Reihe von Wasserstoffproduktionsmethoden sind in der Entwicklung:

• Hochtemperatur-Wasserspaltung: Hohe Temperaturen, die durch Solarkonzentratoren oder Kernreaktoren erzeugt werden, treiben chemische Reaktionen an, die Wasser spalten, um Wasserstoff zu erzeugen.

• Photobiologische Wasserspaltung: Mikroben wie Grünalgen verbrauchen Wasser in Gegenwart von Sonnenlicht und produzieren Wasserstoff als Nebenprodukt.,

• Photoelektrochemische Wasserspaltung: Photoelektrochemische Systeme erzeugen Wasserstoff aus Wasser mit speziellen Halbleitern und Energie aus Sonnenlicht.

Die wichtigsten wasserstoffproduzierenden Staaten sind Kalifornien, Louisiana und Texas. Heute wird fast der gesamte in den USA produzierte Wasserstoff zur Raffination von Erdöl, zur Behandlung von Metallen, zur Herstellung von Düngemitteln und zur Verarbeitung von Lebensmitteln verwendet.,

Die primäre Herausforderung für die Wasserstoffproduktion besteht darin, die Kosten für Produktionstechnologien zu senken, um die daraus resultierenden Wasserstoffkosten mit herkömmlichen Transportkraftstoffen wettbewerbsfähig zu machen. Forschungs-und Entwicklungsprojekte der Regierung und der Industrie reduzieren die Kosten sowie die Umweltauswirkungen von Wasserstoffproduktionstechnologien. Erfahren Sie mehr über die Wasserstoffproduktion im Büro Wasserstoff-und Brennstoffzellentechnologien.

Verteilung

Der meiste Wasserstoff, der in den Vereinigten Staaten verwendet wird, wird an oder in der Nähe seines Einsatzortes produziert—typischerweise an großen Industriestandorten., Die Infrastruktur für die Verteilung von Wasserstoff an das bundesweite Tankstellennetz, die für den flächendeckenden Einsatz von Brennstoffzellen-Elektrofahrzeugen erforderlich ist, muss noch ausgebaut werden. Der erste Rollout für Fahrzeuge und Stationen konzentriert sich auf den Aufbau dieser Vertriebsnetze, vor allem in Süd-und Nordkalifornien.

Derzeit wird Wasserstoff über drei Methoden verteilt:

• Pipeline: Diese kostengünstigste Art, große Wasserstoffmengen zu liefern, ist begrenzt, da derzeit nur etwa 1.600 Meilen US-Pipelines für die Wasserstofflieferung verfügbar sind., Diese Pipelines befinden sich in der Nähe großer Erdölraffinerien und Chemiefabriken in Illinois, Kalifornien und der Golfküste.

• Hochdruckrohranhänger: Der Transport von komprimiertem Wasserstoffgas per LKW, Triebwagen, Schiff oder Lastkahn in Hochdruckrohranhängern ist teuer und wird hauptsächlich für Entfernungen von 200 Meilen oder weniger verwendet.

• Tankwagen mit verflüssigtem Wasserstoff: Die kryogene Verflüssigung ist ein Prozess, der Wasserstoff auf eine Temperatur abkühlt, bei der er zu einer Flüssigkeit wird., Obwohl der Verflüssigungsprozess teuer ist, ermöglicht er einen effizienteren Transport von Wasserstoff (im Vergleich zum Einsatz von Hochdruckrohranhängern) über längere Strecken mit LKW, Triebwagen, Schiff oder Lastkahn. Wenn der verflüssigte Wasserstoff zum Zeitpunkt des Verbrauchs nicht mit einer ausreichend hohen Rate verwendet wird, kocht er aus seinen Containmentgefäßen ab (oder verdampft). Infolgedessen müssen die Wasserstofflieferungs-und Verbrauchsraten sorgfältig abgeglichen werden.,

Die Schaffung einer Infrastruktur für die Wasserstoffverteilung und-lieferung an tausende von zukünftigen einzelnen Tankstellen stellt viele Herausforderungen dar. Da Wasserstoff pro Volumeneinheit weniger Energie enthält als alle anderen Brennstoffe, ist der Transport, die Lagerung und die Bereitstellung bis zum Endverbrauch auf Gallonenäquivalentbasis (pro GGE) teurer. Der Bau eines neuen Wasserstoffrohrleitungsnetzes ist mit hohen Anfangskapitalkosten verbunden, und die Eigenschaften von Wasserstoff stellen einzigartige Herausforderungen für Pipeline-Materialien und das Kompressordesign dar., Da Wasserstoff jedoch aus einer Vielzahl von Ressourcen hergestellt werden kann, kann die regionale oder sogar lokale Wasserstoffproduktion die Nutzung lokaler Ressourcen maximieren und Verteilungsprobleme minimieren.

Es gibt Kompromisse zwischen zentralisierter und verteilter Produktion zu berücksichtigen. Die zentrale Produktion von Wasserstoff in großen Anlagen senkt die Produktionskosten, erhöht jedoch die Vertriebskosten. Die Herstellung von Wasserstoff am Endverbraucherort—beispielsweise an Tankstellen-senkt die Vertriebskosten, erhöht jedoch die Produktionskosten aufgrund der Kosten für den Bau von Produktionskapazitäten vor Ort.,

Forschungs-und Entwicklungsprojekte von Regierung und Industrie überwinden die Hindernisse für eine effiziente Wasserstoffverteilung. Erfahren Sie mehr über die Wasserstoffverteilung im Büro Wasserstoff-und Brennstoffzellentechnologien.