Το στοιχειακό υδρογόνο (γνωστό και ως «διυδρογόνο», H2) παρήχθηκε για πρώτη φορά τεχνητά στις αρχές του 16ου αιώνα, με ανάμειξη μετάλλων και ισχυρών οξέων. Τη χρονική περίοδο 1766 - 1781, ο Henry Cavendish αναγνώρισε πρώτος ότι το αέριο υδρογόνο παρήγαγε νερό όταν καίγονταν. Με βάση αυτή τη βασική του ιδιότητα το ονόμασε «υδρογόνο», συνενώνοντας τις ελληνικές λέξεις «ὕδωρ» και «γεννῶ».
Επί του παρόντος το υδρογόνο έχει κυρίως βιομηχανική χρήση ενώ οι ενεργειακές χρήσεις του αποτελούν ελάχιστο ποσοστό. Η βιομηχανία αμμωνίας καταναλώνει το 50% του παραγόμενου υδρογόνου και τα διυλιστήρια το 37%. Σημαντικές καταναλώσεις έχει και η βιομηχανία τροφίμων (υδρογόνωση ελαίων). Ο βασικός ενεργειακός χρήστης του υδρογόνου είναι η διαστημική βιομηχανία.
Οι μέθοδοι που χρησιμοποιούνται για την παρασκευή υδρογόνου είναι πολυάριθμες και περιλαμβάνουν τις αντιδράσεις απλής αντικατάστασης, τις θερμοχημικές, τις ηλεκτρολυτικές και τις φωτολυτικές αντιδράσεις. Όλες είναι άμεσα ή έμμεσα ενεργοβόρες αντιδράσεις.
-Αναμόρφωση υδρογονανθράκων
Οι τεχνικές χημικής μετατροπής υδρογονανθράκων για την παραγωγή υδρογόνου συμπεριλαμβάνουν την αεριοποίηση, την αναμόρφωση παρουσία καταλυτών και την μερική οξείδωση. Η αεριοποίηση περιλαμβάνει θέρμανση στους 750C παρουσία υδρατμών και οξυγόνου, που το διασπούν σε υγρά, αέρια και στερεά προϊόντα. Σε αυτή τη περίπτωση όμως πρέπει να τονιστεί ότι έχουμε παραγωγή ανεπιθύμητου διοξειδίου του άνθρακα (το οποί συλλέγεται σε ειδικά φίλτρα αν απαιτηθεί) αλλά προς το παρόν είναι από τις πιο φθηνές μεθόδους παραγωγής υδρογόνου προς άμεση χρήση.
-Με την επίδραση νερού σε νάτριο (ή κάλιο) «εν ψυχρώ»
-Με την επίδραση αλκοόλης σε νάτριο «εν ψυχρώ»
Η αντίδραση πραγματοποιείται και με άλλες αλκοόλες και με K, οι περισσότερες πιο αργά απ' ότι με το νερό, αλλά με αρωματικές όπως η φαινόλη, σε υγρή κατάσταση, ταχύτερα. Με χρήση καλίου η αντίδραση είναι ακόμη πιο βίαιη.
-Με την επίδραση υπέρθερμων υδρατμών σε διάπυρο σίδηρο
-Με την επίδραση υπέρθερμων υδρατμών σε διάπυρο άνθρακα
-Με την επίδραση νερού σε υδρίδια, όπως το υδρίδιο του λιθίου
-Με ηλεκτρόλυση νερού: Στην πράξη πρόκειται για ηλεκτρόλυση διαλύματος NaOH που αντιστοιχεί έμμεσα σε ηλεκτρόλυση νερού. (Το αποσταγμένο νερό είναι κακός αγωγός του ηλεκτρισμού και δεν περιέχει ιόντα για να γίνει ηλεκτρόλυση):
Η πιο «καθαρή» και ασφαλής μέθοδος παραγωγής είναι η ηλεκτρόλυση νερού με χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας όπως η ηλιακή και αιολική.
Υπάρχουν δύο (2) ειδών μονάδες ηλεκτρόλυσης αρκετά αναπτυγμένες και οι δύο στις μέρες μας. Πέρα από τη συμβατική ηλεκτρόλυση νερού, όπου χρησιμοποιείται ένα μικρο-πορώδες διάφραγμα για το διαχωρισμό των παραγόμενων αερίων (οξυγόνο στην κάθοδο και υδρογόνο στην άνοδο) από το αλκαλικό διάλειμμα (Αλκαλικές Μονάδες Ηλεκτρόλυσης), κατασκευάζονται σήμερα μονάδες ηλεκτρόλυσης που παράγουν υδρογόνο σε υψηλή πίεση (έως 30bar), οι οποίες αποτελούνται από διπολικές πλάκες/ηλεκτρόδια, ενώ ερευνάται η λειτουργία τους σε πίεση έως 150bar. Επίσης έχουν αναπτυχθεί και μονάδες ηλεκτρόλυσης μεμβράνης ανταλλαγής πρωτονίων (Μονάδες Ηλεκτρόλυσης τύπου ΡΕΜ), οι οποίες δεν περιέχουν καυστική ποτάσα (όπως οι αλκαλικές), παράγουν καθαρότερο υδρογόνο, ενώ υπάρχει προοπτική για παραγωγή υδρογόνου υπό πίεση.
-Από τα οξέα, με αντικατάσταση του Η από ηλεκτροθετικότερο μέταλλο
Δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν γι' αυτόν το σκοπό μέταλλα λιγότερο ηλεκτροθετικά από το υδρογόνο, όπως π.χ. Cu.
-Από τις βάσεις με την επίδραση επαμφοτεριζόντων στοιχείων
-Από την πυρόλυση του μεθανίου -Aπό το μεθάνιο με την επίδραση νερού και παρουσία νικελίου ως καταλύτη (παραγωγή υδραερίου)
-Από τις βάσεις με την επίδραση επαμφοτεριζόντων στοιχείων
-Από την πυρόλυση του μεθανίου -Aπό το μεθάνιο με την επίδραση νερού και παρουσία νικελίου ως καταλύτη (παραγωγή υδραερίου)
-Με καταλυτική αφυδρογόνωση αιθανίου
-Mε υδροδιάσπαση στους 5000C
Πρόκειται ουσιαστικά για τη θερμοχημική διαδικασία διάσπασης του νερού σε υδρογόνο και οξυγόνο. Η μέθοδος αυτή παρουσιάζει υψηλό θεωρητικό βαθμό μετατροπής θερμικής ενέργειας σε υδρογόνο (της τάξης του 50%), ο οποίος είναι υψηλότερος από τον βαθμό απόδοσης της οδού θερμότητα – ηλεκτρισμός – ηλεκτρόλυση. H μέθοδος ερευνάται ταυτόχρονα για την χρήση τους με νέου τύπου πυρηνικούς αντιδραστήρες (4ης γενιάς), καθώς και άλλες συγκεντρωτικές ηλιακές τεχνολογίες, με πολλαπλά συγκεντρωτικά κάτοπτρα.
Έχει εφεύρει ένα ειδικής σχεδίασης φωτοβολταϊκό σύστημα (ηλιακός συλλέκτης) το οποίο μπορεί να παράγει ηλεκτρική ενέργεια, μέσω της οποίας στη συνέχεια θα παράγεται υδρογόνο με τη μέθοδο της ηλεκτρόλυσης, που δεν αφήνει κατάλοιπα στο περιβάλλον. Aυτό γίνεται εφικτό επειδή το συγκεκριμένο φωτοβολταϊκό σύστημα είναι έτσι κατασκευασμένο, με ειδικούς φακούς πάνω στην πλάκα υποδοχής των ηλιακών ακτίνων, ώστε να εκμεταλλεύεται όλη την ενέργεια του ήλιου που δέχεται κατά τη διάρκεια της ημέρας, ενώ τα συμβατικά αντίστοιχα συστήματα χάνουν πάνω από το 85% της ενέργειας που δέχονται.
O ηλιακός συλλέκτης περιστρέφεται σύμφωνα με την τροχιά του ήλιου με ειδικό φωτοκύτταρο, έτσι ώστε οι ηλιακές ακτίνες να πέφτουν πάντα κάθετα στους φακούς.
Oι φακοί με τη σειρά τους είναι έτσι τοποθετημένοι ώστε οι ηλιακές ακτίνες να έχουν όσο το δυνατόν μεγαλύτερη πυκνότητα πάνω στην πλάκα υποδοχής του συλλέκτη. Eπίσης, ανάμεσα στους φακούς υπάρχει ενσωματωμένη πλάκα αεροστεγής από γυαλί, που δεν αφήνει την ηλιακή ακτινοβολία να χάνεται ανεκμετάλλευτη, μεγιστοποιώντας έτσι την αξιοποίησή της.
Πηγές
http://www.ethnos.gr/article.asp?catid=22770&subid=2&pubid=31032
http://el.wikipedia.org/wiki/%CE%A5%CE%B4%CF%81%CE%BF%CE%B3%CF%8C%CE%BD%CE%BF
http://sciencetube.gr/index.php?option=com_content&view=article&id=375:2011-01-18-14-24-37&catid=37:2009-07-24-18-25-09&Itemid=53
http://egialos.blogspot.com/2011/12/blog-post_6195.html
http://www.tropical.gr/site/index.php?option=content&task=view&id=96