Esiselvitys laboratoriomittakaavan vedyntuotantoon

Abstract

Fossiiliset polttoaineet ja energialähteet pyritään tulevaisuudessa parhaan mukaan korvaamaan uusiutuvilla energialähteillä. Vety on alkuaineena tunnettu, ja vetytalous tuo mahdollisen ratkaisun ja yhden vaihtoehdon, kun pyritään vähentämään fossiilisia polttoaineita. Vedyn tuottaminen on suurelta osin vielä painottunut fossiilisiin polttoaineisiin, mutta erilaiset ympäristöystävällisemmät vaihtoehdot ovat yleistymässä.

Vety voidaan jakaa luokkiin värien mukaan. Harmaalla vedyllä tarkoitetaan fossiilisesti tuotettua vetyä eli esimerkiksi maakaasulla tuotettua vetyä. Vihreä vety käyttää uusiutuvaa energialähdettä vedyn tuotantoon.

Työssä tutkittiin erilaisia tapoja tuottaa vetyä ja selvitettiin, millainen tapa olisi käytännöllinen pienmuotoiseen vedyn valmistukseen laboratoriossa. Tällä hetkellä yleisin tuotantotapa on höyryreformointi, jossa raaka-aineena käytetään maakaasua. Höyryreformointia vastaava vedyn valmistustapa on autoterminen reformointi, jossa on mukana osittaishapetus. Kaasutuksessa vety erotetaan tuotekaasusta, raaka-aineena voi olla biomassaa tai hiiltä.

Vedyn valmistus elektrolyysillä on ympäristöystävällinen ja tähän työhön käytännöllisin tapa. Eri menetelmiä on alkalielektrolyysi, joka on vanhin tapa. PEM-elektrolyysissä kalvo jakaa veden vedyksi ja hapeksi sähkön avulla. SOEC käyttää todella korkeaa lämpötilaa. AEM-elektrolyysissä käytetään erikoiskalvoa.

Kaupallisesti yleisimmät tavat ovat alkalielektrolyysi sekä PEM-elektrolyysi. Näistä opintotarkoituksiin järkevä on uudempi ja nopeampi PEM-menetelmä. Laitteistot ovat kompaktin kokoisia ja käyttölämpötila on suhteellisen alhainen. Menetelmä on kuitenkin herkkä veden epäpuhtauksille. Laitteistoja löytyy Euroopasta sekä Pohjois-Amerikasta. Jakelijat tarjoavat erilaisia vaihtoehtoja ja mahdollisuuksia varastointiin. Lisä- ja varaosia löytyy laajasti monilta jakelijoilta.

Hydrogen is a known element which can be a part of the journey away from fossil fuels. In this thesis, different ways of producing hydrogen and the methods for small-scale hydrogen production in the laboratory were investigated. Different methods like steam reforming, autothermal reforming, gasification and hydrogen production by electrolysis were examined.

This study was conducted by systematically examining the websites of distributors for hydrogen production equipment. The findings stated that the production of hydrogen by electrolysis is environmentally friendly and the most practical way for this work. Among the different methods is the alkaline electrolysis which is the oldest method. In PEM electrolysis the membrane splits water into hydrogen and oxygen using electricity. SOEC uses a really high temperature. A special membrane is used in AEM electrolysis.

The most common commercial methods are alkaline-electrolysis and PEM electrolysis. For study purposes, the newer and faster PEM method is more sensible. The device has a compact size and the operating temperature is relatively low. However, the method is sensitive to water impurities. The equipment can be found in Europe and North America. Distributors offer different options and possibilities for hydrogen storage. Additional and spare parts are widely available from many different distributors.