Vodik je najjednostavniji i najzastupljeniji element u svemiru. Nalazi se u obliku gasa u zvezdama i planetama, kao iu raznim hemijskim i organskim jedinjenjima, kao što je voda. Kada se transformiše u tečni vodonik, dobija jedinstvena svojstva koja ga čine korisnim u različitim primenama, posebno u industrijskim sektorima i u oblasti energetike.
U ovom članku detaljno objašnjavamo što je tekući vodonik, kako se proizvodi, njegove glavne karakteristike i različite načine na koje se može skladištiti i koristiti.
Obilje vodonika
Vodonik čini više od 70% vidljive materije u svemiru, što ga čini najzastupljenijim elementom. Takođe je fundamentalan u procesima kao što su formiranje i evolucija zvijezda. Iako ga ima u izobilju u svemiru, vodonik u svom molekularnom obliku (H2) teško ga je pronaći u čistom stanju na Zemlji; Obično se kombinuje sa drugim elementima, kao u slučaju vode (H2O) ili u ugljovodonicima kao što su nafta i prirodni gas.
Vodik ima nekoliko izotopa, koji variraju ovisno o broju neutrona u njegovom jezgru:
- procij (1H): Najčešći oblik vodonika, sastavljen od jednog protona i bez neutrona.
- deuterijum (2H): Ima jedan neutron i jedan proton, što ga čini malo težim od protijuma.
- tricij (3H): Sadrži dva neutrona pored protona, što ga čini još težim i radioaktivnijim.
Glavne karakteristike tečnog vodonika
Vodonik prelazi u tečno stanje kada se ohladi na ekstremno niske temperature, tačnije -252,87 °C (ili -423,17 °F). Ovaj proces, iako skup, neophodan je da bi se olakšalo njegovo skladištenje i transport, budući da tečni vodonik zauzima mnogo manji volumen nego u svom gasovitom stanju.
Među najistaknutijim karakteristikama tečnog vodonika nalazimo:
- Niska tačka ključanja: Budući da je tako hladno, može uzrokovati promrzline ili hipotermiju ako se njime rukuje bez odgovarajućih mjera opreza.
- Opasnost od gušenja: Ako se udiše tečni vodonik ili njegove pare, on može zamijeniti kisik u plućima, što može uzrokovati gušenje.
- Formiranje leda: Zbog svoje niske temperature, tečni vodonik može stvoriti led na ventilima i otvorima vaših rezervoara, što može uzrokovati opasne blokade.
- Kontinuirano isparavanje: Tečni vodonik konstantno isparava, stvarajući vodonik u gasovitom stanju. Ovaj plin se mora kontrolirano ispuštati kako bi se izbjeglo miješanje sa zrakom i moguće eksplozije.
Kako se skladišti tečni vodonik
Skladištenje vodika jedan je od najvećih izazova za njegovu široku upotrebu kao izvora energije. S obzirom na njihovu sklonost isparavanju i njihove zapaljive karakteristike, sistemi za skladištenje moraju biti robusni i sigurni.
Postoje dva glavna oblika skladištenja vodika u zavisnosti od njegove upotrebe:
- Stacionarni sistemi za skladištenje: Koristi se u velikim aplikacijama, kao što su industrijska postrojenja ili sistemi za proizvodnju električne energije. Ovi sistemi su obično manje restriktivni u smislu prostora i težine.
- Sistemi skladištenja za transport: Ovdje je izazov održati vodonik u stanju koje omogućava lak transport bez ugrožavanja autonomije vozila. Vozila na vodonik moraju biti u stanju da skladište dovoljne količine, poštujući kriterijume bezbednosti i efikasnosti.
Transportna industrija prednjači u razvoju efikasnijih i sigurnijih metoda skladištenja, jer tečni vodonik nudi jedno od najboljih rješenja za čistu mobilnost u poređenju s tradicionalnim fosilnim gorivima.
Osim toga, istražuju se nove tehnologije skladištenja, kao što je upotreba staklenih mikrosfera, zeolita ili metalnih hidrida, koje nastoje poboljšati sigurnost i efikasnost skladištenja vodonika u tekućem i plinovitom stanju.
Upotreba i primjena tečnog vodonika
Tečni vodik je svestran izvor energije koji se može primijeniti u različitim industrijskim sektorima:
- Industrijsko hlađenje: Njegova visoka efikasnost čini ga odličnim rashladnim plinom. Zahvaljujući svojoj sposobnosti da efikasno prenosi toplotu, vodonik se koristi u sistemima za hlađenje motora i drugoj industrijskoj opremi.
- Alternativno gorivo: Vodonik je ključan za razvoj vozila na gorive ćelije, koja omogućavaju čistiji transport, sa dometom sličnim vozilima sa unutrašnjim sagorevanjem, ali bez stvaranja zagađujućih emisija.
- Vazdušna industrija: Zahvaljujući svojoj sposobnosti skladištenja i oslobađanja velikih količina energije, vodonik se decenijama koristi kao raketno gorivo.
- Proizvodnja hrane: U prehrambenoj industriji koristi se u procesima kao što je hidrogenacija masti kako bi se poboljšala stabilnost i trajnost proizvoda kao što je margarin.
Općenito, tečni vodonik je neophodan u sektorima gdje je potreban čist izvor energije koji ne emituje CO.2. Njegov nizak uticaj na životnu sredinu čini ga sve popularnijom opcijom za dekarbonizaciju industrijskih i transportnih aktivnosti.
Proizvodnja vodonika
Vodik se može proizvesti raznim metodama, od kojih su neke čistije od drugih. Najviše se koristi proces reformisanja prirodnog gasa, koji, iako efikasan, emituje značajnu količinu CO2. Međutim, danas se traže održivije metode, kao što je elektroliza vode, proces koji, ako se provodi pomoću električne energije iz obnovljivih izvora, ne emituje stakleničke plinove.
Mogu se razlikovati tri glavne kategorije proizvodnje vodika, klasificirane po boji prema njihovom utjecaju na okoliš:
- Sivi vodonik: Proizvodi se od fosilnih goriva, uglavnom prirodnog plina, i stvara emisije ugljičnog dioksida.
- plavi vodonik: Slično sivom vodoniku, ali s tom razlikom što emisija CO2 su uhvaćeni i pohranjeni.
- Zeleni vodonik: Najčistiji od svih. Proizvodi se elektrolizom vode koristeći obnovljivu energiju, bez stvaranja emisije ugljika.
Budućnost proizvodnje vodonika povezana je sa promocijom obnovljivih izvora energije i elektrolize vode. Budući da je neiscrpni izvor energije s primjenom u različitim oblastima, zeleni vodonik igra temeljnu ulogu u tranziciji ka održivijoj ekonomiji.
Sa dugoročnom vizijom, nekoliko zemalja ulaže u infrastrukturu za proizvodnju zelenog vodonika. Španija je, na primer, pokrenula sopstvenu mapu puta za razvoj ekonomije zasnovane na obnovljivom vodoniku, sa ciljem značajnog smanjenja emisije CO.2 u narednim decenijama.
Tečni vodonik predstavlja se kao obećavajuće rješenje u tranziciji ka čistijoj i održivijoj energiji. Njegova svestranost i sposobnost skladištenja i transporta u velikim količinama, u kombinaciji sa potencijalom za dekarbonizaciju industrije i transporta, čine ga ključnim elementom u budućnosti energije.