Промышленное производство водорода — получение водорода из других веществ с помощью химических методов.

Водород используется в химической, нефтехимической и пищевой промышленности, а также является топливом в водородной энергетике и водородном транспорте.

Ограниченное количество природного водорода не позволяет его использовать в производственных и транспортных целях.

Методы производства В настоящее время существует множество методов промышленного производства водорода.

Исторически используется цветовая градация методов производства водорода в

зависимости от способа его выработки и углеродного следа, то есть количества вредных выбросовВ России нашли альтернативу газу и углю // Лента.ру, 15 апреля 2021.

По состоянию на 2025 год основными методами производства водорода являются:

Из метана или природного газа ("серый водород") Это наиболее распространенный способ получения метана.

Основной химической реакцией является паровая конверсия (риформинг) метана и природного газа с водяным паром при 1000 °C:

Водород можно получать разной чистоты: 95-98 % или особо чистый. В зависимости от дальнейшего использования водород получают под различным давлением: от 1,0 до 4,2 МПа. Сырье (природный газ или легкие нефтяные фракции) подогревается до 350—400° в конвективной печи или теплообменнике и поступает в аппарат десульфирования. Конвертированный газ из печи охлаждается в печи-утилизаторе, где вырабатывается пар требуемых параметров. После ступеней высокотемпературной и низкотемпературной конверсии СО газ поступает на адсорбцию СО2 и затем на метанирование остаточных оксидов. В результате получается водород 95-98,5%-й чистоты с содержанием в нем 1-5 % метана и следов СО и СО2.

В том случае, если требуется получать особо чистый водород, установка дополняется секцией адсорбционного разделения конвертированного газа. В отличие от предыдущей схемы конверсия СО здесь одноступенчатая. Газовая смесь, содержащая H2, CO2, CH4, H2O и небольшое количество СО, охлаждается для удаления воды и направляется в адсорбционные аппараты, заполненные цеолитами. Все примеси адсорбируются в одну ступень при температуре окружающей среды. В результате получают водород со степенью чистоты 99,99 %. Давление получаемого водорода составляет 1,5-2,0 МПа.

Также возможно каталитическое окисление кислородом:

При производстве «серого» водорода вредные выбросы идут в атмосферу.

Из метана или природного газа ("голубой водород") Голубой водород производится таким же методом, как и "серый водород", но образующийся углекислый газ улавливается и хранится, что дает сокращение выбросов углерода примерно в 2 раза.

Из угля ("черный" или "коричневый (или бурый) водород") Этот метод является вторым по объемам производства методом получения водорода в промышленных масштабах. В нем используется пропускание паров воды над раскалённым углем при температуре около 1000 °C:

Старейший способ получения водорода. Себестоимость процесса - 2-2,5 $ за килограмм водорода. В будущем возможно снижение цены до 1,50 $, включая доставку и хранение.

Методом электролиза ("Зеленый водород") При использовании энергии из возобновляемых источников, производство методом электролиза воды считается самым чистымSiemens ввела в эксплуатацию один из крупнейших в ФРГ заводов по выпуску «зеленого» водорода KP.RU, 19 сентября 2022 | на сайте Siemens .

Электролиз водных растворов солей:

Электролиз водных растворов гидроксидов активных металлов (преимущественно, гидроксида калия) 2H2O ->[4e^{-}] 2H2 ^ + O2 ^

Кроме того, существует промышленная технология электролиза химически чистой воды, без применения каких-либо добавок. Фактически, устройство представляет собой обратимый топливный элемент с твёрдой полимерной мембраной.

Высокотемпературный электролиз водных паровВысокотемпературный электролиз требует значительно меньше электроэнергии. При температуре 2500 градусов Цельсия электролиз воды может происходить без внешнего подвода тока. Катализаторы еще сильнее облегчают процесс, снижают начальную температуру запуска реакции.

Методом электролиза ("красный" или "оранжевый водород") Водород, производимый с помощью электрической энергии с АЭС, принятно классифицировать "оранжевым" или "красным".

Из биомассы ("зеленый водород")

Водород из биомассы получается термохимическим или биохимическим способом. Как и в случае энергии из возобновляемых источников, данный вид производства водорода принято классифицировать как "зеленый". При термохимическом методе биомассу нагревают без доступа кислорода до температуры 500°-800° (для отходов древесины), что намного ниже температуры процесса газификации угля. В результате процесса выделяется H2, CO и CH4.

Себестоимость процесса - 5-7 $ за килограмм водорода. В будущем возможно снижение до 1,0-3,0 $.

В биохимическом процессе водород вырабатывают различные бактерии, например, Rodobacter speriodes.

Возможно применение различных энзимов для ускорения производства водорода из полисахаридов (крахмал, целлюлоза), содержащихся в биомассе. Процесс проходит при температуре 30° Цельсия при нормальном давлении. Себестоимость процесса - около 2 $ за кг.

Из цепочки сахар-водород-водородный топливный элемент можно получить в три раза больше энергии, чем из цепочки сахар-этанол-двигатель внутреннего сгорания.

Бытовые системы производства водорода Вместо строительства водородных заправочных станций водород можно производить в бытовых установках из природного газа или электролизом воды. На рынке продается небольшое количество технических решений, позволяющих это делать.

Информация о производителях водорода Международное энергетическое агентство ведет реестр проектов по производство водорода.

В 2023 году к крупнейшим производителям водорода относились компании: Air Liquide Linde AG Praxair ONH Systems Air Products Среди крупнейших производителей "зеленого водорода" в 2025 году выделяли Linde AG, SINOPEC, Shell, Air Liquide и другие компании.

Также отраслевые эксперты выделяют компании, специализирующиеся на хранении водорода.

См. также

Доставка водорода Водородная заправочная станция Водородный транспорт Солнечный коллектор Фотоводород

Примечания

Ссылки Обзор рынка водорода в России // marketing-services.ru, июнь 2011 "Hydrogen Production Processes" // Department of Energy Hydrogen Production: Natural Gas Reforming // Department of Energy] https://web.archive.org/web/20130305093655/http://www.nrel.gov/hydrogen/proj_production_delivery.html https://web.archive.org/web/20160304111204/https://www.iea.org/publications/freepublications/publication/hydrogen.pdf Hydrogen Basics - Production // University of Central Florida Микробная установка вырабатывает водород из дешёвого сырья // Membrana

Категория:Водородная энергетика