Но существуют и другие, более перспективные методы получения водорода.
Для нужд водородной энергетики в будущем предполагается усовершенствовать традиционные методы и разработать новые, нетрадиционные, используя ядерную и солнечную энергию. Предлагаемое усовершенствование основного метода получения водорода – каталитической конверсии природного газа заключается в том, что процесс проводят в кипящем слое катализатора, а тепло в свою очередь подводят от высокотемпературного ядерного газоохлаждаемого реактора (ВТГР). Применение этого метода позволит более чем в 10 раз увеличить объемную скорость процесса, снизить температуру в химическом реакторе на 150 °С, а также уменьшить затраты на производство водорода на 20-25%. Однако такие реакторы, обеспечивающие высокие температуры теплоносителя (ок. 1000°С), пока находятся в стадии экспериментальных разработок.
Другой вариант получения водорода - водно-щелочной электролиз под давлением с использованием дешевой электроэнергии, вырабатываемой в ночное время атомной электростанцией. При этом расход электроэнергии на получение 1 м3 Н2 составляет 4,3-4,7 кВт*ч (по обычному способу 5,1-5,6 кВт*ч), напряжение на ячейке 1,7-2,0 В при плотности тока 3-5 кА/м2 и давлении в электролизёре до 3 МПа. Полученный таким способом водород может направляться на нужды промышленности либо использоваться как топливо на электростанции для выработки дополнительной электроэнергии в дневное время.
Другим методом получения водорода является электролиз воды с использованием в качестве электролита расплава щёлочи, твердого полимера (твердополимерный, или ТП-электролиз), или керамики на основе ZrO2 (высокотемпературный, или ВТ-электролиз). Электролитический метод требует затрат электроэнергии на 30-40% меньше, чем традиционные способы получения водорода. Использование твёрдых электролитов позволяет значительно сократить расстояние между электродами в ячейке (до 250 мкм), в результате чего в несколько раз повышается плотность тока без увеличения напряжения на ячейке электролизёра. В качестве электролита при твёрдополимерном электролизе можно использовать пленку из сульфированного фторопласта-4. При этом температура процесса составляет 150°С, достижимый кпд электролизёра 90%, расход электроэнергии на получение 1 м3 Н2 3,5 кВт*ч. Наиболее перспективен высокотемпературный электролиз с использованием тепла от реактора: при этом электролитом служит керамика из оксида циркония ZrO2 с добавками оксидов других металлов (например, Va2O3, CaO, Sc2O3). При этом температура процесса существенно повышается до 800-1000 °С, а достижимый уровень расхода электроэнергии на получение 1 м3 Н2 при плотностях тока 3-10 кА/м2 составляет 2,5 кВт*ч.
Из плазмохимических методов получения водорода наиболее перспективен двухстадийный углекислотный цикл, включающий: 1) диссоциацию углекислоты (2СО2 -> 2СО + О2), осуществляемую в плазмотроне с эффективностью до 75-80%; 2) последующую конверсию СО с водяным паром (СО + Н2О -> Н2 + СО2), после которой образовавшийся СО2 возвращается в плазмотрон.
Термохимические способы получения водорода представляют собой совокупность последовательных химических реакций, приводящих к разложению исходного водородсодержащего сырья – воды при более низкой температуре, чем та, которая требуется для термической диссоциации. Так, степень термической диссоциации воды при 2483°С составляет 11,1%. В этих циклах все компоненты системы, кроме водородсодержащего сырья, регенерируются. Ниже приводятся примеры термохимических циклов разложения воды. При использовании сероводорода (H2S) вместо воды снижаются затраты энергии на получение водорода, т.к. энергия связи Н—S в сероводороде значительно меньше энергии связи Н—О в воде, и кроме водорода образуется сера - важное химическое сырье.
Другим перспективным методам получения водорода относится радиолиз воды и водных растворов СО2, H2SO4, HC1, HBr, H2S, AgCl и др. под действием ядерного излучения (жесткого, нейтронного). Наиболее мощные источники такого излучения - ядерные реакторы. Однако, для развития этого метода необходимо создать источники ядерного излучения с высокой энергонапряженностью, разработать системы, способные поглощать реагирующей средой более 50% энергии излучения и использовать ее с радиационным выходом более 10 молекул водорода на 100 эВ.
Исследуются также и фотохимические методы получения водорода с использованием солнечной энергии. Осуществлен фотоэлектролиз воды (с раздельным получением Н2 и О2); метод будет представлять практический интерес, если его кпд достигнет 10-12% (пока он составляет ок. 3%).
Другим интересным способом получения водорода является биофотолиз воды. Биофотолиз воды основан на том, что некоторые микроорганизмы и микроводоросли (например, хлорелла), поглощающие солнечную энергию, способны разлагать воду с выделением водорода. Однако кпд трансформации солнечной энергии такими микроорганизмами очень низок – примерно 8%.
В последнее время как альтернативу водородной энергетики предлагается использовать тяжёлую воду. В ходе ядерной реакции двух атомов дейтерия образуется водород и гелий:
D + D = H + He
В такой реакции неприменим закон сохранения массы, каким пользуется обычная химия; в результате реакции получается недостача:
(2x2,014-1,008-3,016)г=0,004г
Она означает, что если бы удалось найти условия, при которых может протекать реакция между двумя молями тяжелого водорода, то, согласно уравнению Эйнштейна:
E=mc2
можно было бы получить энергию:
0,00433х(3,0х1010)2 эрг=3,9х1018 эрг=3,9х1011 Дж.
В наше время, чтобы получить такую энергию, приходится сжигать 14 т угля.
Между тем в соответствии с уравнением ядерной реакции такую энергию можно получить при затрате всего лишь двух молей дейтерия, которые содержатся в одном моле тяжелой воды. Следовательно, простой воды для этого потребуется:
6700x18/1000 кг = 120,6 кг
или 120 л. Значит, из одного литра обычной воды можно добыть больше энергии, чем можно получить ее из ста килограммов высококачественного угля. А запасы воды на нашей Земле огромны.