L'élément le plus abondant dans l'univers, l'hydrogène joue un rôle crucial dans un certain nombre de produits et de procédés. Les utilisations de l'hydrogène comprennent la production d'ammoniac, l'affinage des métaux et de carburant de fusée. La plupart du temps, cependant, l'hydrogène libre ne se produit pas dans la nature. Il doit être séparé des autres sources, telles que le gaz naturel ou l'eau à travers une variété de procédés.
reformage à la vapeur
Une méthode de production d'hydrogène utilisé avec du gaz naturel, reformage à la vapeur, implique l'interaction de la vapeur, le méthane et un catalyseur. Ce procédé permet d'obtenir un gaz de synthèse (syngas), composé de monoxyde de carbone et d'hydrogène. Le syngaz subit alors un processus appelé la réaction de gaz à l'eau. La réaction de déplacement eau-gaz consiste à introduire un second catalyseur et la vapeur d'eau pour créer plus de dioxyde de carbone et de l'hydrogène séparé. Un procédé de purification sépare l'hydrogène en une forme utilisable. Le ministère de l'Énergie (DEO) signale que des processus similaires fonctionnent avec du propane, de l'éthanol et de l'essence pour produire de l'hydrogène.
Gazéification
processus de gazéification transforment les matières premières telles que la biomasse - déchets organiques comme les rognures de gazon - ou de charbon, en hydrogène. Le processus essentiel appelle à l'exposition de la biomasse ou du charbon (matières premières) à un mélange de vapeur d'eau, de la chaleur et des quantités soigneusement contrôlées d'oxygène pour décomposer la matière première. Ce processus produit syngas, qui subit une réaction de gaz à l'eau un peu comme celui de reformage à la vapeur. Selon le DOE, gazéification de la biomasse peut nécessiter des étapes supplémentaires pour éliminer les hydrocarbures en excès du gaz de synthèse.
Électrolyse
Électrolyse peut produire de l'hydrogène à partir d'eau. Les processus exacts varient, mais les fondamentaux restent les mêmes. L'électricité est appliquée à l'eau. L'eau se divise en oxygène et en hydrogène. Le DOE décrit deux approches principales pour obtenir de l'hydrogène par électrolyse. Dans un système à membrane d'électrolyte polymère (PEM), les ions d'oxygène et d'hydrogène se forment à l'anode. Les ions d'hydrogène se déplacent vers la cathode, se combinent avec des électrons et des formes de l'hydrogène gazeux. Dans les systèmes d'électrolyte solide, l'hydrogène gazeux et des ions d'oxygène forment à la cathode. Les ions d'oxygène se déplacent vers l'anode et perdent des électrons. Dans les deux cas, la récolte d'hydrogène représente l'objectif.
Considérations
L'intérêt pour la production d'hydrogène provient de la nécessité de trouver un remplacement à long terme pour la fourniture limitée de combustibles fossiles. L'abondance même de l'hydrogène dans la nature en fait un choix naturel. En tant que gaz combustible, lorsqu'il est mélangé avec de l'oxygène, l'hydrogène pourrait remplacer l'essence comme carburant pour les véhicules. Le procédé de combustion de l'hydrogène de l'oxygène produit de l'eau comme sous-produit. Cela en fait une alternative plus respectueuse de l'environnement. Le principal défi est de trouver un moyen économique et efficace pour générer de l'hydrogène à partir de sources autres que les combustibles fossiles comme le charbon et le gaz naturel.