Dampreforming

Dampreforming, hydrogenreforming eller katalytisk oksidasjon er en kjemisk prosess som produserer hydrogen fra hydrokarboner. I industriell skala er det den dominerende metode for å produsere hydrogen. Dampreforming i liten skala er aktuell for fremstilling av hydrogen til brenselceller.

Industriell reforming

Dampreforming av naturgass (engelsk: steam methane reforming, SMR) er den vanligste og rimeligste metoden for å produsere hydrogen til kommersiell bruk eller til videre industriell syntese av ammoniakk. Ved høye temperaturer (700–1100 °C) og med nikkel-basert katalysator reagerer damp med metan og gir karbonmonoksid og hydrogen.

CH₄ + H₂O → CO + 3 H₂

Høyere utbytte av hydrogen kan oppnås gjennom vann/gass-skiftreaksjon med det fremstilte karbonmonoksidet ved lavere temperatur. Reaksjonen:

CO + H₂O → CO₂ + H₂

Den første reaksjonen er endoterm (forbruker varme), den andre reaksjonen er eksoterm (produserer varme).

USA produserer ni millioner tonn hydrogen per år, hovedsakelig ved dampreforming av naturgass. Den globale amoniakkproduksjonen som bruker hydrogen fremstilt fra dampreforming, var 109 millioner tonn i 2004.

Denne SMR-prosessen er svært forskjellig og må ikke forveksles med katalytisk reforming av nafta, en raffineringsprosess som også produserer betydelige mengder av hydrogen ved siden av høyoktan bensin.

Produksjon av etylen foregår ofte ved en ikke-katalytisk prosess kalt steam cracking som spalter store hydrokarbonmolekyler til mindre molekyler. I 2003 ble 97 millioner tonn etylen brukt til å produsere polyetylen og andre petrokjemiske stoffer fremstilt globalt ved steam cracking av ulike hydrokarboner (metan, etan, LPG, nafta og fyringsolje).

Lading av brenselceller

Dampreforming av flytende hydrokarboner regnes som en fremtidig metode for å fremstille brensel for brenselceller. Hovedideen er at for eksempel en metanoltank og en dampreforming-enhet kan erstatte de plasskrevende høytrykks hydrogentankene som ellers ville være nødvendige.

Det er flere utfordringer med denne teknologien:

• Reformingreaksjonen krever høye temperaturer, noe som gjør den langsom å starte opp og krever dyre høytemperaturmaterialer.
• Svovelforbindelser i bensinen forgifter visse katalysatorer og gjør det vanskelig å kjøre denne type system fra ordinær bensin. Enkelte nye teknologier har løst denne utfordringen med svoveltolerante katalysatorer.
• Karbonmonoksid (CO) som dannes i reaktoren, forgifter brenselcellen og gjør det nødvendig å inkludere komplekse systemer for fjerning av CO.
• Termodynamisk effektivitet av prosessen er mellom 70% og 85% (LHV basis), avhengig av renheten til hydrogenproduktet.
• Det største problemet for reformerbaserte systemer er brenselcellen selv med hensyn til både kostnad og levetid. Katalysatoren brukt i vanlige polymer-elektrolytt-membran brenselceller som er mest anvendelig til transportformål, er svært sensitiv til overskudd av karbonmonoksid i bensinen, som enkelte reformere ikke klarer å fjerne i tilstrekkelig grad. Membraner blir forgiftet av karbonmonoksid og ytelsen nedsettes.
• Katalysatorer er ofte veldig dyre.