Біоводень: відмінності між версіями
| [неперевірена версія] | [неперевірена версія] |
| Рядок 17: | Рядок 17: | ||
== Застосування == |
== Застосування == |
||
[[Файл:Fuel-cell bus London.jpg|міні|[[Автобус]] Mercedes на водневих паливних елементах, [[Лондон]].]] |
Водневий транспорт[[Файл:Fuel-cell bus London.jpg|міні|[[Автобус]] Mercedes на водневих паливних елементах, [[Лондон]].]] |
||
[[Файл:TotalEnergies hydrogen station (350 bar) in Magdeburg.jpg|міні|[[Воднева заправна станція]] ([[Магдебург]])]] |
[[Файл:TotalEnergies hydrogen station (350 bar) in Magdeburg.jpg|міні|[[Воднева заправна станція]] ([[Магдебург]])]] |
||
Застосування водню в [[транспорт]]і (у [[Водневий двигун|водневих двигунах]], [[Воднева система на автомобіль|водневих системах на автомобіль]] та [[Водневе авто|водневих автомобілях]]) й в [[Енергетика|енергетиці]] потребує розвинутої інфраструктури [[Воднева заправна станція|водневих заправних станцій]]. Створюються, впроваджуються та використовуються моделі водневих автомобілів, громадського транспорту і техніки, що працює на паливних водневих елементах. |
Застосування водню в [[транспорт]]і (у [[Водневий двигун|водневих двигунах]], [[Воднева система на автомобіль|водневих системах на автомобіль]] та [[Водневе авто|водневих автомобілях]]) й в [[Енергетика|енергетиці]] потребує розвинутої інфраструктури [[Воднева заправна станція|водневих заправних станцій]]. Створюються, впроваджуються та використовуються моделі водневих автомобілів, громадського транспорту і техніки, що працює на паливних водневих елементах. |
||
=== Сільське господарство === |
|||
Прикладом може бути дослідження , що демонструє концепцію біопереробки з використанням біомаси Chlorella sp. та листя цукрової тростини для виробництва біоводню, метану, полігідроксіалканоатів (PHA), ліпідів і ґрунтових добавок, прагнучи до нульових відходів. Досягнувши максимального виходу водню 207,65 мл-H2/г, процес забезпечив також утворення метану, PHA та ліпідів з водневих стоків, тоді як тверді залишки та підкислені суспензії були використані як компостні матеріали. Інтегрована кругова платформа біопереробки ефективно використовувала біомасу Chlorella sp. та листя цукрової тростини, демонструючи безвідходний підхід і пропонуючи основу для оптимального використання сировини.<ref>{{Cite news|title=Co-generation of biohydrogen and biochemicals from co-digestion of Chlorella sp. biomass hydrolysate with sugarcane leaf hydrolysate in an integrated circular biorefinery concept|url=https://biotechnologyforbiofuels.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13068-021-02041-6|work=Biotechnology for Biofuels|date=2021-12|accessdate=2023-11-23|issn=1754-6834|pmc=PMC8487135|pmid=34598721|doi=10.1186/s13068-021-02041-6|volume=14|issue=1|language=en|first=Napapat|last=Sitthikitpanya|first2=Sureewan|last2=Sittijunda|first3=Sontaya|last3=Khamtib|first4=Alissara|last4=Reungsang}}</ref> |
|||
== Виклики == |
== Виклики == |
||
| Рядок 31: | Рядок 34: | ||
* [[Електрогідрогенез]] |
* [[Електрогідрогенез]] |
||
* [[Мікробні паливні елементи]] |
* [[Мікробні паливні елементи]] |
||
* [[Виробництво водню]] |
|||
* [[Водневий двигун]] |
* [[Водневий двигун]] |
||
* [[Водневе авто]] |
* [[Водневе авто]] |
||
Версія за 19:39, 23 листопада 2023
Біоводень (англ. biohydrogen) — газоподібний різновид біопалива, що використовується в водневій енергетиці, одержуваний разом із біобутанолом[1] шляхом бутилового або ацетонобутилового зброджування (ферментації) залишків сільськогосподарських рослин[2], стічних вод[3] та органічних відходів[4][5].
Виробництво
Існують різні шляхи виробництва біоводню, кожен зі своїми перевагами та обмеженнями.
Методом бутилового бродіння сахарози або крохмалю з 1 тонни меляси можна одержати до 140 м3 водню, 1 т стебел солодкого сорго — 50 м3, 1 т картоплі — 42 м3. При ацетонбутиловому зброджуванні з 1 т картоплі одержують 25 м3 водню, тоді як 1 т стебел солодкого сорго дає 30 м3.
Біоводень також можна одержувати термомеханічним способом з відходів деревини, однак собівартість даного методу висока.
Методи біофотолізу і фотоферментації вимагають освітлення, тоді як темнова ферментація проводиться в темних умовах. Побічні продукти темнової ферментації, такі як леткі жирні кислоти (ЛЖК) і етанол, можуть бути використані у фотоферментації і мікробній електролізній комірці. У процесі біофотолізу вода або органіка, що виробляється мікроорганізмами, можуть бути використані як субстрати для виробництва біоводню, тоді як темнова ферментація і фотоферментація потребують зовнішніх субстратів. Біогаз, отриманий шляхом бродіння (ферментації), містить не лише біоводень, але й CO2, H2S та інші слідові гази.[6]
Виробництво біоводню за допомогою мікробів забезпечує відновлюваний запас водню за рахунок використання таких сировинних матеріалів, як невичерпне природне сонячне світло, вода і органічні відходи, що, як передбачається, одночасно вирішить дві проблеми «енергопостачання та захисту навколишнього середовища». Гідрогенази та нітрогенази є двома класами ключових ферментів, які беруть участь у виробництві біоводню і можуть застосовуватися в різних біологічних умовах.[7]
Для очищення та відділення біоводню перед зберіганням необхідні такі заходи, як кріогенна адсорбція, адсорбція при зміні тиску та мембранне відділення.[8] Після очищення біоводню його потрібно зберігати та доставити для подальшого використання.
Водень має найнижчу молекулярну щільність, а його щільність енергії за обсягом надзвичайно низька. При температурі навколишнього середовища та тиску 1 кг водню займає приблизно 11 м3. Таким чином, збільшення щільності зберігання водню має вирішальне значення. В даний час широко досліджені різні технології зберігання водню з хорошими можливостями зберігання водню, такі як стиснений водень, рідкий водень та спеціальні водневі сховища. Водень транспортується до різних кінцевих споживачів трубопроводами, кораблями, вантажівками, залізницями та іншими способами транспортування.[9]
Застосування
Водневий транспорт
_in_Magdeburg.jpg)
Застосування водню в транспорті (у водневих двигунах, водневих системах на автомобіль та водневих автомобілях) й в енергетиці потребує розвинутої інфраструктури водневих заправних станцій. Створюються, впроваджуються та використовуються моделі водневих автомобілів, громадського транспорту і техніки, що працює на паливних водневих елементах.
Сільське господарство
Прикладом може бути дослідження , що демонструє концепцію біопереробки з використанням біомаси Chlorella sp. та листя цукрової тростини для виробництва біоводню, метану, полігідроксіалканоатів (PHA), ліпідів і ґрунтових добавок, прагнучи до нульових відходів. Досягнувши максимального виходу водню 207,65 мл-H2/г, процес забезпечив також утворення метану, PHA та ліпідів з водневих стоків, тоді як тверді залишки та підкислені суспензії були використані як компостні матеріали. Інтегрована кругова платформа біопереробки ефективно використовувала біомасу Chlorella sp. та листя цукрової тростини, демонструючи безвідходний підхід і пропонуючи основу для оптимального використання сировини.[10]
Виклики
Ускладнюють можливість використання водню як палива також проблеми безпеки: водень може створювати з повітрям вибухонебезпечну суміш — гримучий газ; зріджений водень має виняткові проникаючі властивості, вимагаючи застосування особливих матеріалів.
Переваги
Однак, за екологічними параметрами безпеки, водню немає рівних. Реакція розкладання водню — Н2 + 0,5О2 = Н2О — супроводжується виділенням великої кількості енергії (285,8 кДж/моль). При цьому не відбувається ніякого забруднення атмосфери, тому що в результаті реакції утворюються тільки пари води.
Див. також
- Воднева енергетика
- Електрогідрогенез
- Мікробні паливні елементи
- Виробництво водню
- Водневий двигун
- Водневе авто
- Воднева система на автомобіль
- Воднева заправна станція
Посилання
|
| ||||||||||||||||||||||
- ↑ Brindha, Kothaimanimaran; Mohanraj, Sundaresan; Rajaguru, Palanichamy; Pugalenthi, Velan (10 лютого 2023). Simultaneous production of renewable biohydrogen, biobutanol and biopolymer from phytogenic CoNPs-assisted Clostridial fermentation for sustainable energy and environment. Science of The Total Environment. Т. 859. с. 160002. doi:10.1016/j.scitotenv.2022.160002. ISSN 0048-9697. Процитовано 20 листопада 2023.
- ↑ Kukharets, S.; Sukmanyuk, O.; Yarosh, Y.; Kukharets, М. (28 грудня 2020). ОЦІНКА ПОТЕНЦІАЛУ ТА ШЛЯХІВ ВИРОБНИЦТВА ВОДНЮ ІЗ АГРАРНОЇ БІОМАСИ. Vidnovluvana energetika (укр.). № 4(63). с. 89—99. doi:10.36296/1819-8058.2020.4(63).89-99. ISSN 2664-8172. Процитовано 20 листопада 2023.
- ↑ Козар, Марина Юріївна; Щурська, Катерина Олександрівна; Саблій, Лариса Андріївна; Кузьмінський, Євгеній Васильович (11 грудня 2013). Очищення стічних вод солодового заводу з одержанням біоводню. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies (укр.). Т. 6, № 10(66). с. 33—36. doi:10.15587/1729-4061.2013.19141. ISSN 1729-4061. Процитовано 20 листопада 2023.
- ↑ Korniyenko, Irina; Yastremska, Larysa; Kuznietsova, Olena; Baranovskyy, Mykhailo; Vizer, Anna (6 жовтня 2022). БІОКОНВЕРСІЯ ОРГАНІЧНИХ ВІДХОДІВ ‒ ЄВРОПЕЙСЬКИЙ ДОСВІД ТА УКРАЇНСЬКІ ПРАКТИКИ. Technologies and Engineering (укр.). № 3. с. 37—51. doi:10.30857/2786-5371.2022.3.4. ISSN 2786-538X. Процитовано 20 листопада 2023.
- ↑ Samrot, Antony V.; Rajalakshmi, Deenadhayalan; Sathiyasree, Mahendran; Saigeetha, Subramanian; Kasipandian, Kasirajan; Valli, Nachiyar; Jayshree, Nellore; Prakash, Pandurangan; Shobana, Nagarajan (2023-01). A Review on Biohydrogen Sources, Production Routes, and Its Application as a Fuel Cell. Sustainability (англ.). Т. 15, № 16. с. 12641. doi:10.3390/su151612641. ISSN 2071-1050. Процитовано 21 листопада 2023.
{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання) - ↑ Feng, Siran; Hao Ngo, Huu; Guo, Wenshan; Woong Chang, Soon; Duc Nguyen, Dinh; Thanh Bui, Xuan; Zhang, Xinbo; Ma, Xiaoyan Y.; Ngoc Hoang, Bich (1 вересня 2023). Biohydrogen production, storage, and delivery: A comprehensive overview of current strategies and limitations. Chemical Engineering Journal. Т. 471. с. 144669. doi:10.1016/j.cej.2023.144669. ISSN 1385-8947. Процитовано 21 листопада 2023.
- ↑ Xuan, Jinsong; He, Lingling; Wen, Wen; Feng, Yingang (2023-01). Hydrogenase and Nitrogenase: Key Catalysts in Biohydrogen Production. Molecules (англ.). Т. 28, № 3. с. 1392. doi:10.3390/molecules28031392. ISSN 1420-3049. PMC 9919214. PMID 36771068. Процитовано 23 листопада 2023.
{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки з PMC з іншим форматом (посилання) Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання) - ↑ Chusut, Wichayaporn; Kanchanasuta, Suwimon; Inthorn, Duangrat (13 жовтня 2023). Optimization for biohydrogen purification process by chemical absorption techniques. Sustainable Environment Research. Т. 33, № 1. с. 35. doi:10.1186/s42834-023-00196-5. ISSN 2468-2039. Процитовано 23 листопада 2023.
{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання) - ↑ Feng, Siran; Hao Ngo, Huu; Guo, Wenshan; Woong Chang, Soon; Duc Nguyen, Dinh; Thanh Bui, Xuan; Zhang, Xinbo; Ma, Xiaoyan Y.; Ngoc Hoang, Bich (1 вересня 2023). Biohydrogen production, storage, and delivery: A comprehensive overview of current strategies and limitations. Chemical Engineering Journal. Т. 471. с. 144669. doi:10.1016/j.cej.2023.144669. ISSN 1385-8947. Процитовано 21 листопада 2023.
- ↑ Sitthikitpanya, Napapat; Sittijunda, Sureewan; Khamtib, Sontaya; Reungsang, Alissara (2021-12). Co-generation of biohydrogen and biochemicals from co-digestion of Chlorella sp. biomass hydrolysate with sugarcane leaf hydrolysate in an integrated circular biorefinery concept. Biotechnology for Biofuels (англ.). Т. 14, № 1. doi:10.1186/s13068-021-02041-6. ISSN 1754-6834. PMC 8487135. PMID 34598721. Процитовано 23 листопада 2023.
{{cite news}}: Обслуговування CS1: Сторінки з PMC з іншим форматом (посилання) Обслуговування CS1: Сторінки із непозначеним DOI з безкоштовним доступом (посилання)