Водородное топливо из биомассы

На всех предыдущих страницах этого раздела углерод биомассы и был целью — топливом, мономером, продуктом. Производство водорода переворачивает схему. Газификация биомассы с паром, как и паровой риформинг биометана, — это построение, в котором углерод служит восстановителем, отрывающим водород от воды, а сам заканчивает в виде CO2 — на выброс, на использование или на хранение. Сам водород несёт около 120 МДж на килограмм — наивысшую удельную массовую плотность среди химических топлив, — но он носитель, а не источник: любой путь к нему есть энергетическая транзакция.

Цепочка: газифицировать, конвертировать, очистить

Паровая газификация ведёт реакцию C + H2O в CO + H2, поглощая около 131 кДж на моль, — тепло обычно дают сжиганием части сырья, и это первый, неустранимый налог с выхода. Конверсия водяного газа затем меняет CO + H2O на CO2 + H2, отдавая около 41 кДж на моль и превращая каждую молекулу монооксида в ещё один водород. Стехиометрический потолок для целлюлозы с паром — двенадцать молей водорода на моль целлюлозы, порядка пятнадцати процентов её массы, причём весь углерод уходит в CO2. Реальные растения сидят куда ниже: действующий индийский проект превращает двадцать пять тонн отходов в одну тонну водорода в сутки — примерно четверть потолка; разница ушла на технологическое тепло, потерялась в смолах и угле или осталась невыбранной. Короткоцикловая адсорбция завершает цепочку, поднимая чистоту до 99,97%, которых требуют топливные элементы, — а элементы с протонообменной мембраной добавляют последнее условие, терпя монооксид углерода лишь на уровне миллионных долей: CO отравляет их платиновый анод.

Планка электролиза

Водород из биомассы спорит не с другими биотопливами, а с прямым разложением воды. Электролизу нужно около 50–55 кВт·ч электричества на килограмм водорода против теоретического пола в 33, — он чист на катализаторе и ровно настолько, насколько чиста его сеть. Биомасса-в-водород покупает восстановительные эквиваленты у твёрдого топлива, а не у провода, поэтому выигрывает ровно там, где сходятся три условия: отходный или остаточный углерод уже собран и дешев, электричество дорого или дефицитно, и есть применение концентрированному потоку биогенного CO2, который процесс выдаёт под давлением, — включая геологическое хранение, превращающее это в единственный маршрут водорода, способный уйти в углеродный минус. Где любое из условий нарушено, электролиз на дешёвой энергии проще и масштабируется без возки соломы.

Биологическая периферия

Тёмное брожение — микробы, выделяющие водород из сахаров, — существует и подчиняется жёсткому пределу, известному десятилетиями: максимум четыре моля водорода на моль глюкозы, при том что реальные культуры выжимают два-три, а остальное запирается в ацетате и бутирате. Это предмет исследований, а не маршрут.

Итак, лимитируют три величины: стехиометрический потолок, счёт за тепло, оплаченный сырьём, и спецификация чистоты, унаследованная от платины. Платформа синтез-газа общая вплоть до очистки — расходится только назначение; а выбранные на странице drop-in-топлив и странице газовой ферментации назначения конкурируют за тот самый водород, который эта страница хочет заполучить даром.