Wasserstoff ist das einfachste und am weitesten verbreitete Element in der Natur. Es macht etwa 1 Prozent der Erdkruste aus, einschließlich Wasser und Luft. Wasserstoff wird hauptsächlich durch einen chemischen Prozess aus kohlenwasserstoffhaltigen fossilen Brennstoffen hergestellt. Wasserstoff kann auch durch Extraktion aus Wasser durch biologische Produktion in einem Algen-Bioreaktor oder unter Verwendung von Chemikalien (d. h. chemische Reduktion), Elektrizität (d. h. Elektrolyse) und Wärme (d. h. Thermolyse) hergestellt werden. Diese Methoden werden jedoch nicht weit verbreitet verwendet, wenn es um die Massenproduktion von Wasserstoffgas geht.
Aus Kohlenwasserstoffen
- Die Methode der Herstellung von Wasserstoff aus Kohlenwasserstoffverbindungen umfasst das Kombinieren einer Base mit einer Kohlenwasserstoffverbindung, was einer Reaktion folgt, die Wasserstoffgas als Hauptprodukt freisetzt. Die Reaktion kann durch einen Katalysator und/oder Wasser zur Reaktionsmischung beschleunigt werden. Das so erzeugte Wasserstoffgas ist etwa 80 Prozent rein. Die Kohlenwasserstoffumwandlung produziert auch schädliches Kohlendioxidgas als Nebenprodukt. Dieses Kohlenoxid kann getrennt und ordnungsgemäß entsorgt werden.
Durch Elektrolyse
- Wasserstoffgas wird auch durch Elektrolyse von Wasser mit etwas Säure oder Lauge aus Wasserstoffionen gewonnen. Eine Methode beinhaltet die Elektrolyse einer warmen, gesättigten Lösung von Bariumhydroxidlösung mit Nickelelektroden. Durch die Elektrolyse von Wasser erzeugtes Wasserstoffgas ist sehr rein. Etwa 18 Prozent der weltweiten Wasserstoffgasproduktion werden auf diese elektrochemische Weise gewonnen. Dieser Prozess kann wirtschaftlich machbar sein, wo Elektrizität billig ist. In einer bevorzugten Ausführungsform können erneuerbare Energiequellen wie Windturbinen, Photovoltaikzellen und Wasserkraft zur Produktion von Wasserstoffgas verwendet werden, das wirtschaftlicher und ohne Umweltverschmutzung ist.
Herstellung von Wasserstoff durch Einwirkung von Metallen
- Wasserstoff wird aus wässrigen Lösungen von Säuren oder Wasser durch viele Metalle befreit, d. h. Lithium, Natrium und Kalium, die im elektrochemischen Potenzialreihenfolgewert auf Wasserstoff folgen (d. h. in der elektrochemischen Potenzialreihe sind Metalle in der Reihenfolge zunehmender Leichtigkeit der Reduktion oder Fähigkeit, Elektronen abzugeben, angeordnet). Daher reagieren alle Alkalimetalle gewaltsam mit Wasser und explosiv mit Säurelösungen, selbst bei Raumtemperatur. Im Labormaßstab basiert die übliche Methode zur Herstellung von Wasserstoff auf der Einwirkung von verdünnter Schwefelsäure auf metallisches Zink.
Aus Wassergas
- Wassergas entsteht, wenn Dampf über glühendes Kohlenstoff geleitet wird. Wassergas in einer Mischung mit Dampf in Gegenwart eines Eisenkatalysators oder Kobaltoxid als Katalysatorförderer bei 400 Grad Celsius verwandelt sich in eine Mischung aus Kohlendioxid und Wasserstoffgas. Aus dieser Mischung wird Wasserstoffgas extrahiert, indem Kohlendioxid durch Absorption in Wasser unter 20 Atmosphäre Druck entfernt wird.
Durch Einwirkung von Dampf auf Eisen
- Auf einer großen industriellen Skala wird Wasserstoffgas durch die Reaktion zwischen Dampf und Eisen produziert. Dampf wird über glühendes Eisen geleitet. Das Eisen wird durch Erhitzen in Wassergas oder einem anderen reduzierenden Gas regeneriert und wiederverwendet.
