کاربرد گاز هیدروژن

هیدروژن گاز همه کاره است و به روش های مختلفی قابل استفاده است.
این چندین کاربرد را می توان به دو دسته بزرگ طبقه بندی کرد.

  1. هیدروژن به عنوان مواد اولیه است. نقشی که اهمیت آن برای دهها سال شناخته شده و رشد و تکامل خود را ادامه خواهد داد.
  2. هیدروژن به عنوان یک بردار انرژی قادر به انتقال انرژی است.استفاده از هیدروژن در این زمینه از قبل آغاز شده و به تدریج در حال افزایش است. در آینده این زمینه رشد چشمگیری خواهد داشت.تطبیق پذیری هیدروژن و استفاده چندگانه آن به همین دلیل است که هیدروژن می تواند به دفع گاززدایی اقتصادهای موجود کمک کند.نقش هیدروژن در فرآیند دفع گاززدایی را می توان همانطور که در نمودار زیر نشان داده شده است خلاصه کرد:
کاربرد گاز هیدروژن

کاربرد گاز هیدروژن

استفاده طولانی مدت – هیدروژن به عنوان مواد اولیه (استفاده از مواد)

امروزه در چندین فرآیند صنعتی از هیدروژن استفاده می شود. از دیگر کاربردها ، اشاره به کاربرد آن به عنوان ماده اولیه در صنایع شیمیایی و همچنین به عنوان یک عامل کاهش دهنده در صنعت متالورژی مهم است.هیدروژن یک ساختمان اساسی برای ساخت آمونیاک و از این رو کودها و متانول است که در ساخت بسیاری از پلیمرها مورد استفاده قرار می گیرد. پالایشگاه ها ، که در آن از هیدروژن برای پردازش محصولات نفتی واسطه استفاده می شود ، یکی دیگر از مناطق مورد استفاده است.بنابراین ، حدود 55٪ از هیدروژن تولید شده در سرتاسر جهان برای سنتز آمونیاک ، 25٪ در پالایشگاه ها و حدود 10٪ برای تولید متانول استفاده می شود. سایر برنامه های کاربردی در سراسر جهان تنها حدود 10٪ از تولید جهانی هیدروژن را تشکیل می دهند.

آمونیاک – کودهای شیمیایی

کاربرد گاز هیدروژن : مهمترین ترکیب هیدروژن و نیتروژن آمونیاک (NH3) است ، همچنین به عنوان آزان شناخته می شود. از نظر فنی ، آمونیاک در مقیاس بزرگ با فرآیند هابر-بوش به دست می آید. این فرایند هیدروژن و نیتروژن را مستقیماً با ترکیب ترکیب می کند. برای این منظور ابتدا باید نیتروژن و هیدروژن مواد اولیه را بدست آورد. در مورد نیتروژن این با جداسازی دمای پایین هوا حاصل می شود ، در حالی که امروزه هیدروژن از اصلاح بخار گاز طبیعی سرچشمه می گیرد.
تقریبا 90٪ آمونیاک به تولید کود می رود. برای این منظور ، بخش بزرگی از آمونیاک به نمک کود جامد تبدیل شده و یا پس از اکسیداسیون کاتالیزوری ، به اسید نیتریک (HNO3) و نمکهای آن (نیترات) تبدیل می شود. آمونیاک به دلیل داشتن انرژی بالای تبخیر ، در کارخانه های برودتی به عنوان یک مبرد سازگار با محیط زیست و ارزان تولید می شود.نام فنی آن R-717 است.
آمونیاک

زمینه های صنعتی

کاربرد گاز هیدروژن : هیدروژن در کاربردهای مختلف صنعتی مورد استفاده قرار می گیرد.اینها شامل فلزکاری (در درجه اول در آلیاژ فلز) ، تولید شیشه مسطح (هیدروژن به عنوان گاز بی اثر یا محافظ استفاده می شود) ، صنعت الکترونیک (که به عنوان یک گاز محافظ و حامل استفاده می شود ، در فرآیندهای رسوب ، برای تمیز کردن ، اچ کردن ، در فرآیندهای کاهش ، و غیره) ، و برنامه های کاربردی در تولید برق ، به عنوان مثال برای خنک کننده ژنراتور یا برای جلوگیری از خوردگی در خطوط لوله نیروگاهی.
کاهش مستقیم سنگ آهن – یعنی جداسازی اکسیژن از سنگ آهن با استفاده از گاز هیدروژن و سنتز – می تواند به یک فرآیند مهم صنعتی در تولید فولاد تبدیل شود ، زیرا در روش کوره انفجار سنتی مقادیر زیادی کربن آزاد می شود. در حالی که کاهش مستقیم با گاز طبیعی اکنون در تولید فولاد به خوبی تثبیت شده است (World Steel Association 2015) ، روشهای تولید متناظر بر اساس هیدروژن تاکنون فقط در مقیاس آزمایشی وجود دارد.

تولید سوخت

از هیدروژن برای پردازش روغن خام به سوخت های تصفیه شده مانند بنزین و دیزل و همچنین برای از بین بردن آلاینده ها مانند گوگرد از این سوخت ها استفاده می شود.
مصرف هیدروژن در پالایشگاهها به دلایل مختلف در سالهای اخیر افزایش یافته است:
(i) مقررات سختگیرانه ای که نیاز به گوگرد کم در دیزل دارند ،
(ب) افزایش مصرف روغن خام “سنگین” با کیفیت پایین ، که به تصفیه هیدروژن بیشتری نیاز دارد و
(iii) افزایش مصرف نفت در اقتصادهای در حال توسعه مانند چین و هند.
تقریبا 75٪ از هیدروژن که در حال حاضر در سراسر جهان توسط پالایشگاه های نفت مصرف می شود توسط گیاهان بزرگ هیدروژن تولید می شود که هیدروژن را از گاز طبیعی یا سایر سوخت های هیدروکربنی تولید می کنند.
هیدروژن همچنین یک ماده اساسی مهم برای تولید متانول (CH 3 OH) است. تولید متانول (سنتز متانول) با استفاده از هیدروژن زدایی کاتالیزوری مونوکسید کربن صورت می گیرد.
از متانول مستقیماً به عنوان سوخت در موتورهای احتراق داخلی استفاده می شود. همچنین در سلولهای سوخت مستقیم متانول یا پس از اصلاح در سلولهای سوختی PEM استفاده می شود. مواد افزودنی سوخت از متانول تولید می شود و از آن برای تراریخته شدن روغن های گیاهی جهت تشکیل استرهای متیل (بیودیزل) استفاده می شود.

استفاده های مبتنی بر انرژی – مبتنی بر انرژی

در زمینه انرژی ، بیشتر هیدروژن از طریق سلولهای سوختی (FC) استفاده می شود. سلول سوختی وسیله ای الکتروشیمیایی است که هیدروژن و اکسیژن را برای تولید برق با آب و گرما به عنوان فرآورده های جانبی ترکیب می کند. در ساده ترین شکل آن ، یک سلول سوختی واحد از دو الکترود – یک آند و یک کاتد – تشکیل شده است که یک الکترولیت بین آنها وجود دارد. در آند ، هیدروژن با یک کاتالیزور واکنش نشان می دهد ، یک یون با بار مثبت و یک الکترون با بار منفی ایجاد می کند. سپس پروتون از طریق الکترولیت عبور می کند ، در حالی که الکترون از طریق یک مدار عبور می کند و یک جریان ایجاد می کند. در کاتد ، اکسیژن با یون و الکترون واکنش نشان می دهد و آب و گرمای مفید را تشکیل می دهد.

هیدروژن در حمل و نقل

کاربرد گاز هیدروژن : در صورت تولید منابع انرژی تجدیدپذیر از طریق فرآیند الکترولیز ، سوخت هیدروژن نامزد مناسبی برای کمک به جداشدن بخش حمل و نقل جاده ای است. در این حالت ، مهمترین مزیت وسایل نقلیه الکتریکی سلول سوختی ، میزان صفر انتشار CO 2 و آلاینده ها است (انتشار در دم دستی فقط آب است) و راندمان بالاتر سلولهای سوخت در مقایسه با موتورهای احتراق داخلی است. خودروهای مسافری و اتوبوسهای شهری ، از جمله وسایل نقلیه دیگر ، به عنوان تجهیزات انتقال مواد و غیره ، نمونه های خوبی از فناوری جدید آماده تجاری سازی گسترده در سال های آینده است.
گزینه های کاربردی هیدروژن به عنوان سوخت برای تحرک می تواند در مرحله اول با فرم شیمیایی یا پیوند هیدروژن و دوم توسط مبدل انرژی که با استفاده از آن انرژی ذخیره شده در هیدروژن در دسترس قرار می گیرد ، تفکیک شود.

  • در استفاده مستقیم ، هیدروژن مولکولی (خالص) خالص (H2) با استفاده از وسایل حمل و نقل به طور مستقیم ، یعنی بدون تبدیل بیشتر ، به عنوان منبع انرژی استفاده می شود. در این حالت هیدروژن می تواند هم در موتورهای احتراق داخلی و هم در سلولهای سوخت (سیستمهای سوخت سوخت) مورد استفاده قرار گیرد.
  • در استفاده غیر مستقیم ، از هیدروژن برای تولید منابع انرژی نهایی استفاده می شود یا با استفاده از مراحل تبدیل اضافی به سوخت های حاوی هیدروژن گازی یا مایع تبدیل می شود. چنین سوخت های PtG (قدرت به گاز) و PtL (قدرت به مایعات) می توانند به نوبه خود در موتورهای گرما مورد استفاده قرار گیرند. استفاده از سلول های سوخت نیز ممکن است (در بعضی موارد) با استفاده از یک اصلاح کننده انجام شود ، اما از نظر اقتصادی قابل استفاده نیست