מדענים הציגו טכנולוגיה חדשה להפקת מימן נקי מאמוניה ללא דלקים מאובנים, המציעה אלטרנטיבה ידידותית לסביבה לכלי רכב המונעים במימן ויישומים מבטיחים באנרגיה ותחבורה בת קיימא. תמונה זו מתארת את הכור הראשון לפירוק אמוניה ללא פחמן. קרדיט: מכון קוריאה לחקר האנרגיה
ה-KIER השיג אבן דרך היסטורית בקוריאה על ידי ייצור מוצלח של מימן בטוהר יוצא דופן מאמוניה, תוך ביטול מוחלט של פליטת פחמן דו חמצני בתהליך.
צוות המחקר של ד"ר יונג אונהו במחלקת מחקר המימן של המכון לחקר האנרגיה של קוריאה (KIER) פיתח את טכנולוגיית ייצור המימן הנקי הראשונה של קוריאה. גישה חדשנית זו מבוססת על פירוק אמוניה ואינה משתמשת בדלקים מאובנים. פריצת הדרך של הצוות עשויה לסלול את הדרך למקור אנרגיה בר-קיימא וידידותי יותר לסביבה. הדבר מאפשר ייצור של מימן בטוהר גבוה העומד בסטנדרטים הבינלאומיים לכלי רכב המונעים במימן, ללא פליטת פחמן דו חמצני שנוצר באמצעות דלקים מאובנים.
לאמוניה, תרכובת של מימן וחנקן, צפיפות אגירת מימן גבוהה פי 1.7 מזו של מימן נוזלי, והיא זוכה לתשומת לב כשיטה החסכונית ביותר להובלת מימן. בפרט, מכיוון שהוא נמצא בשימוש בתחומים שונים כגון דשן כבר למעלה מ-100 שנה, הוא מצויד בתקני תשתית, טיפול ובטיחות. זה נחשב לפתרון המעשי ביותר להתמודדות עם אתגרי אחסון מימן ותחבורה.
עקרונות בסיסיים של טכנולוגיית ייצור מימן ללא פחמן על בסיס אמוניה (לעיל). השוואה בין הטכנולוגיה הקיימת לטכנולוגיית KIER (להלן). קרדיט: מכון קוריאה לחקר האנרגיה
תהליך ייצור מימן נקי
אמוניה מורכבת רק ממימן וחנקן, ולכן לא נפלט פחמן כאשר המימן מופרד. תהליך הפירוק דורש אספקת אנרגיית חום של מעל 600℃, וכיום נעשה שימוש בדלקים מאובנים, וכתוצאה מכך פליטת פחמן דו חמצני. לכן, כדי לייצר מימן נקי, יש להשתמש במקור אנרגיה נטול פחמן, גם בתהליך של פירוק אמוניה.
על ידי ניצול הכמויות הקטנות של מימן ואמוניה שנותרו מתגובת הפירוק, הצליחו החוקרים לייצר מימן ללא שימוש בדלק מאובנים.
החוקרים Jung Unho, Koo Kee Young, Park Youngha מימין. קרדיט: מכון קוריאה לחקר האנרגיה
כדי ליצור מימן טהור מאמוניה, פירוק האמוניה מתבצע בטמפרטורה של מעל 600 ℃ באמצעות זרז רותניום (Ru), ולאחר מכן טיהור מימן באמצעות טכנולוגיית ספיחה בתנופת לחץ (PSA). תוך כדי ביצוע שיטה זו, נוצרת תערובת גז שיורית של חנקן ומימן ומשמשת מחדש כגוף חימום לכור פירוק האמוניה. למרות זאת, הגז השיורי לבדו אינו מציע חום תגובה מספק, ולכן יש להוסיף חום נוסף.
התגברות על אתגרים עם פתרונות חדשניים
במקרה של טכנולוגיה קיימת, חום תגובה לא מספיק מתווסף לדלקים מאובנים כגון גז טבעי (LNG) או גז נפט נוזלי (LPG), ולכן פחמן דו חמצני נפלט במהלך הבעירה. עם זאת, באמצעות המערכת שפותחה הפעם, על ידי אספקת אמוניה במקום דלק מאובנים, ניתן לספק את חום התגובה ולחסום פליטת פחמן דו חמצני במקור.
באמצעות המערכת המפותחת, מימן בטוהר גבוה של יותר מ-99.97%, שניתן לספק לתאי דלק לרכבים חשמליים מימן, מיוצר במהירות של 5Nm3 (כ-0.45 ק"ג) לשעה. בנוסף, למימן המיוצר יש ריכוז טומאה של פחות מ-300ppm עבור חנקן ופחות מ-0.1ppm עבור אמוניה. הוא עמד בתקן ISO 14687, התקן הבינלאומי לכלי רכב חשמליים מונעי מימן.
מערכת ייצור מימן מבוססת אמוניה עם PEMFC בדרגה 1 קילוואט. קרדיט: מכון קוריאה לחקר האנרגיה
צוות המחקר הגיע לאבן דרך משמעותית על ידי הדגמת מערכת תאי דלק של 1kW למבנים המייצרת חשמל ללא פליטת פחמן דו חמצני, תוך שימוש במימן המופק מאמוניה. להדגמה זו, שנערכה בשיתוף עם Doosan Fuel Cell Power BU (יחידה עסקית), יש חשיבות רבה שכן היא מתגברת על סוגיית פליטת הפחמן הדו-חמצני, שנחשבה לחסרון של מערכות תאי דלק מבוססות גז טבעי (LNG). זה מראה את הפוטנציאל לייצר חשמל באמצעות תאי דלק מימן נקיים.
לדברי החוקר הראשי ד"ר יונג אונהו, לטכנולוגיה החדשה שפותחה יש משמעות רבה שכן היא מאפשרת ייצור מימן ללא פחמן באמצעות אמוניה, וממלאת פער קודם בתחום זה. יש ציפייה שהיא תמצא פרקטיות בתחומים מגוונים המשתמשים במימן נקי. בדבריו הוא המשיך ואמר, "השילוב של אמוניה ותאי דלק מהווה אופציה מעשית להנעת ספינות אקולוגיות. וככל שאנו מתרחבים, אנו יכולים גם להשפיע באופן משמעותי בתחום כוח המימן הנקי."
בינתיים, מחקר זה נערך בתמיכתה של Korea Southern Power Co., Ltd. (KOSPO).
