Hvordan laver vi brint af kul, og er det virkelig et rent brændstof?

Energigiganten AGL afslørede i denne uge planer om at producere brintkraft på deres Loy Yang A-kulstation. Men hvordan forvandler vi kul, som ofte opfattes som blot lavet af kulstof, til brint – et helt andet grundstof?

Faktisk, kul er ikke kun lavet af kulstof. Den indeholder også andre elementer, hvoraf den ene er brint. Men for at få en masse brint, kullet skal "forgasses" i stedet for at brænde, skabe forbindelser, der derefter kan reageres med vand for at lave brint. Det er her størstedelen af ​​brint kommer fra i dette tilfælde - ikke fra kullet i sig selv.

Hvad er kul lavet af?

Enkelt sagt, kul er en blanding af to komponenter:kulstofbaseret stof (de forfaldne rester af forhistorisk vegetation) og mineralstof (som kommer fra jorden, hvorfra kullet er gravet). Det kulstofbaserede stof er sammensat af fem hovedelementer:kulstof, brint, ilt, nitrogen og svovl.

Man kan tænke på kuls dannelsesproces som en progression fra biomasse (nydødt plantestof) til trækul (næsten rent kulstof). Over tid, ilten og noget brint fjernes gradvist, efterlader mere og mere kulstof.

Brunkul indeholder således lidt mere brint end sortkul, selvom den største forskel mellem de to er i deres kulstof- og iltindhold.

Hvad er forgasning?

Vi kan forstå forgasning ved først at forstå forbrænding. Forbrænding, eller brændende, er den fuldstændige oxidation af et brændstof såsom kul, en proces, der producerer varme og kuldioxid. Kuldioxid i sig selv kan ikke oxideres yderligere, og dermed er det ikke-brændbare slutprodukt af brændingsprocessen.

Ved forgasning, imidlertid, kullet er ikke helt oxideret. I stedet, kullet omsættes med en forbindelse kaldet et forgasningsmiddel. Forgasning er endoterm, hvilket betyder, at den ikke producerer varme. Tværtimod, faktisk – det har brug for varmetilførsel for at udvikle sig. Fordi den resulterende gas ikke er fuldstændig oxideret, det betyder, at det selv kan brændes som brændstof.

Så hvordan laver vi brint?

Nu kender vi nøglebegreberne, lad os starte igen fra starten. At producere brint fra kul, processen begynder med delvis oxidation, hvilket betyder, at der tilføres noget luft til kullet, som genererer kuldioxidgas gennem traditionel forbrænding. Der er ikke tilføjet nok, selvom, at brænde kullet fuldstændigt - kun nok til at lave lidt varme til forgasningsreaktionen. Den partielle oxidation danner også sit eget forgasningsmiddel, carbondioxid.

Kuldioxid reagerer med resten af ​​kulstoffet i kullet for at danne kulilte (dette er den endoterme forgasningsreaktion, som har brug for varmetilførsel). Ingen brint endnu.

Kulilte i gasstrømmen omsættes nu yderligere med damp, genererer brint og kuldioxid. Nu vi laver noget brint. Brinten kan derefter køres gennem en brændselscelle på stedet for at generere højeffektiv elektricitet, selvom planen hos Loy Yang A er at sætte brinten under tryk og sende den til Japan til deres OL-showcase.

Brunkul foretrækkes generelt til forgasning frem for sorte kul af flere årsager, hvilket gør brunkulet i Victoria's Latrobe Valley til en god udsigt til denne proces.

Hovedårsagen er, at på grund af det høje iltindhold i denne type kul, det er mindre kemisk stabilt og derfor nemmere at bryde fra hinanden under forgasningsreaktionen. Derudover er der et lille løft fra det brint, der allerede er til stede i kullet.

Brint fremstillet på denne måde er ikke et nul-emissionsbrændstof. Kuldioxid udsendes gennem forbrændings- og termiske nedbrydningsreaktioner, og er også et produkt af reaktionen mellem kulilte og vand til fremstilling af brint og kuldioxid.

Så hvorfor gider lave brint?

Når brint bruges som brændstof, det frigiver kun vand som et biprodukt. Dette gør det til et nul-emissionsrent brændstof, i hvert fald på brugsstedet.

Fremstilling af brint fra kul i et stort, central facilitet betyder, at forureningskontrol kan etableres. Partikler, og potentielt kuldioxid, kan fjernes fra gasstrømmen meget effektivt.

Dette er ikke muligt i lille skala, såsom at hænge bag på din bil. Vejtransport udsender i øjeblikket farlige niveauer af forurenende stoffer i vores byer hver dag.

Forgasningsprocesser, der bruger brintbrændselsceller på stedet, kan øge deres effektivitet væsentligt sammenlignet med traditionel kulfyret kraft. Imidlertid, afhængig af brintens slutanvendelse, og efterfølgende transportprocesser, du er måske bedre stillet med hensyn til energiproduktion, eller effektivitet (og dermed kulstofemissioner), bare lige at brænde kul for at lave elektricitet.

Men ved at bruge forgasning af kul til at lave brint, vi kan begynde at bygge tiltrængt infrastruktur og udvikle forbrugermarkeder (dvs. brintbrændselscellekøretøjer) for et virkelig rent fremtidigt brændstof.

Jeg forudser, at brintkraft vil være nul-emission en dag. Det kan fremstilles på en række forskellige måder gennem spaltning af rent vand (inklusive elektrolyse, eller gennem termokemiske og fotoelektrokemiske solenergiteknologier, for at nævne et par stykker). Det er der ikke endnu med hensyn til pris eller praktiske, men det er bestemt på vej. At øge udviklingen af ​​brintøkonomien gennem produktion fra kul i mellemtiden er, i min bog, ikke en forfærdelig idé generelt.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.