Possibilities of hydrogen production from natural gas

mgr. Marta Gburzyńska – Zakład Inżynierii Środowiska – Państwowa Akademia Nauk Stosowanych im. Ignacego Mościckiego w Ciechanowie

STRESZCZENIE: Wytwarzanie wodoru stanowi kluczowy obszar w dziedzinie energetyki i mobilności, dlatego istotne jest zrozumienie technologii oraz rozwijanie bardziej zrównoważonych metod produkcji tego cennego nośnika energii. W artykule skoncentrowano się na aspektach technologicznych związanych z wytwarzaniem wodoru z gazu ziemnego, wykorzystując cztery metody: SMR, POX, ATR, piroliza. Przedstawiono informacje dotyczące technologii produkcji wodoru przy użyciu gazu ziemnego, szczegółowo omawiając procesy związane z każdą z metod. Zaprezentowane zostały schematy produkcyjne dla każdej z metod, a także przeanalizowane reakcje chemiczne charakteryzujące poszczególne procesy. W celu pełniejszego zrozumienia omawianych metod, podsumowano również wady i zalety każdego z procesów.

Słowa kluczowe: Wodór, wytwarzanie wodoru, magazynowanie wodoru, zerowa emisja gazów, odnawialne źródła energii, gaz ziemny, reforming pary wodnej, piroliza, dwutlenek węgla.

ABSTRACT: The production of hydrogen is a crucial area in the field of energy and mobility, making it essential to understand the technology and develop more sustainable methods for producing this valuable energy carrier. The article focuses on the technological aspects of hydrogen production from natural gas, utilizing four methods: SMR, POX, ATR, and pyrolysis. Information regarding the technology of hydrogen production using natural gas is presented, with a detailed discussion of the processes associated with each method. Production schematics are provided for each method, along with an analysis of the chemical reactions characterizing each process. To enhance comprehension of the discussed methods, the article also summarizes the advantages and disadvantages of each process.

Keywords: Hydrogen, hydrogen production, hydrogen storage, zero emissions, renewable energy sources, natural gas, steam methane reforming, pyrolysis, carbon dioxide.

WPROWADZENIE

Wodór jest jednym z najważniejszych nośników energii, który znalazł szerokie zastosowanie w różnych dziedzinach życia, w tym jako: paliwo, surowiec w przemyśle chemicznym i źródło energii do napędu pojazdów zasilanych ogniwami paliwowymi. Wodór, może stanowić kluczowe rozwiązanie w zapełnieniu luki w elektryfikacji [10]. Zwłaszcza w przemyśle ciężkim, który wymaga dużych ilości energii, gazy niskoemisyjne mogą znacząco przyczynić się do zaspokojenia jego potrzeb [4]. Zatem, choć energia elektryczna będzie pełnić ważną rolę w przyszłym systemie energetycznym, gazy niskoemisyjne, takie jak wodór, mają potencjał do wypełnienia luki w przemysłowych zastosowaniach i przyczynić się do bardziej zrównoważonej transformacji energetycznej. Według Międzynarodowej Agencji Energii (IEA) produkcja wodoru ze źródeł odnawialnych powinna wzrosnąć do 35 mln ton rocznie do 2030 r. [7].

Produkcja wodoru na skalę globalną wzrosła niemal do 95 Mt w 2022 r., co oznacza wzrost o 3% w porównaniu z 2021 r. (rys. 1). Podobnie jak w poprzednim roku, głównym źródłem produkcji było nieograniczone wykorzystanie paliw kopalnych. Gaz ziemny, bez przechwytywania, wykorzystywania i składowania dwutlenku węgla (CCUS), stanowił 62% globalnej produkcji, natomiast nieorganiczny węgiel, głównie w Chinach, odpowiadał za 21% światowej produkcji. Wodór uboczny, powstający w rafineriach i przemyśle petrochemicznym podczas reformingu naftowego, często wykorzystywany do innych procesów rafinacyjnych i konwersyjnych, stanowił 16% światowej produkcji [7].

Literatura

[1] Boo J, Ko EH, Park N-K, Ryu C, Kim Y-H, Park J, Kang D. 2021. “Methane Pyrolysis in Molten Potassium Chloride: An Experimental and Economic Analysis”. Energies. 14(23):8182.

[2] Chmielniak Tadeusz. 2021, „Wodór w energetyce”. ACADEMIA – magazyn Polskiej Akademii Nauk Nr 1 (65) Energetyka: 72-78.

[3] Gburzyńska M. 2023. „Wytwarzanie wodoru z gazu ziemnego – analiza technologii wytwarzania”, Gaz, Woda i Technika Sanitarna (12).

[4] Gurzyńska Marta, Kwaśniewski Michał. 2023. „Wodór – niebiesko-zielona rewolucja”, Gaz, Woda i Technika Sanitarna (7-8).

[5] Instytut Energetyki. Analiza potencjału technologii wodorowych w Polsce do roku 2030 z perspektywą do 2040 roku.

[6] International Energy Agency. 2007. “Hydrogen Production & Distribution,” IEA Energy Technology Essentials.

[7] International Energy Agency. 2023. Global Hydrogen Review 2023.

[8] Jurczyk M. 2018, „Przegląd wybranych metod wytwarzania wodoru”. Współczesne problemy energetyki IV: 145-152.

[9] Liu K., Song C., Subramani V. 2010. Hydrogen and Syngas Production and Purification Technologies, USA Wiley.

[10] Mapa rozwoju rynku i technologii dla obszaru technologii wodorowych. 2022. PARP, Grupa PFR.

[11] Nikolaidis P., Poullikkas A. 2017. “A comprehensive overview of hydrogen production process”. Renewable and Sustainable Energy Reviews 67: 597–611.

[12] Shashank Reddy Patlolla,Kyle Katsu,Amir Sharafian,Kevin Wei,Omar E. Herrera,Walter Mérida. 2023. „A review of methane pyrolysis technologies for hydrogen production”. Renewable and Sustainable Energy Reviews:181.

[13] www.cire.pl

[14] www.greenh2world.com

[15] www.hydrogeneurope.eu

Czyaj więcej: https://www.sigma-not.pl/zeszyt-7408-przeglad-techniczny-2024-2.html