Ūdeņraža elektrostacijas — tendences un perspektīvas

Lai gan atomelektrostacijas jau sen tiek uzskatītas par ļoti drošām, Japānas Fukušimas atomelektrostacijas avārija 2011. gadā kārtējo reizi lika enerģētikas inženieriem visā pasaulē aizdomāties par iespējamām vides problēmām, kas saistītas ar šāda veida enerģiju.

Daudzu valstu, tostarp vairāku ES valstu, valdības ir paziņojušas par skaidru nodomu pārcelt savu ekonomiku uz alternatīvo enerģiju, nesaudzējot ieguldījumus, solot šai nozarei miljardiem eiro nākamajos 5-10 gados. Un viens no daudzsološākajiem un videi nekaitīgākajiem šādas alternatīvas veidiem ir ūdeņradis.

Ja ogles, gāze un nafta patiešām beigsies, tad okeānos vienkārši ir neierobežots ūdeņraža daudzums, lai gan tas tur netiek uzglabāts tīrā veidā, bet gan ķīmiska savienojuma veidā ar skābekli - ūdens veidā.

Ūdeņradis ir videi draudzīgākais enerģijas avots. Lai iegūtu, transportētu, uzglabātu un izmantotu ūdeņradi, ir jāpaplašina mūsu zināšanas par tā mijiedarbību ar metāliem.

Šeit ir daudz problēmu.Šeit ir tikai daži no tiem, kas gaida savu risinājumu: ļoti tīru ūdeņraža izotopu ražošana, izmantojot membrānfiltrus (piemēram, no pallādija), tehnoloģiski izdevīgu ūdeņraža akumulatoru radīšana, ūdeņraža materiālu izmaksu apkarošanas problēma utt.

Neviens neapšauba ūdeņraža vides drošību, salīdzinot ar citiem tradicionālajiem enerģijas avotiem: ūdeņraža sadegšanas produkts atkal ir ūdens tvaika veidā, bet tas ir pilnīgi netoksisks.

Ūdeņradi kā degvielu var viegli izmantot iekšdedzes dzinējos bez fundamentālām izmaiņām, kā arī turbīnās, un tiks iegūts vairāk enerģijas nekā no benzīna. Ja benzīna īpatnējais sadegšanas siltums gaisā ir aptuveni 44 MJ / kg, tad ūdeņradim šis skaitlis ir aptuveni 141 MJ / kg, kas ir vairāk nekā 3 reizes lielāks. Arī naftas produkti ir toksiski.

Ūdeņraža uzglabāšana un transportēšana īpašas problēmas nesagādās, loģistika ir līdzīga propānam, bet ūdeņradis ir sprādzienbīstamāks par metānu, tāpēc šeit joprojām ir dažas nianses.

Ūdeņraža uzglabāšanas risinājumi ir šādi. Pirmais veids ir tradicionālā saspiešana un sašķidrināšana, kad būs nepieciešams nodrošināt tā īpaši zemu temperatūru, lai saglabātu ūdeņraža šķidro stāvokli. Tas ir dārgi.

Otrs veids ir daudzsološāks — tas ir balstīts uz dažu kompozītmetāla sūkļu (ļoti porainu vanādija, titāna un dzelzs sakausējumu) spēju aktīvi absorbēt ūdeņradi un zemā karsējumā to atbrīvot.

Vadošie naftas un gāzes uzņēmumi, piemēram, Enel un BP, šodien aktīvi attīsta ūdeņraža enerģiju.Pirms dažiem gadiem itāļu Enel uzsāka pasaulē pirmo ūdeņraža elektrostaciju, kas nepiesārņo atmosfēru un neizdala siltumnīcefekta gāzes. Bet galvenais degšanas punkts šajā virzienā slēpjas šādā jautājumā: kā padarīt ūdeņraža rūpniecisko ražošanu lētāku?

Problēma ir tāda ūdens elektrolīze prasa daudz elektrības, un, ja ūdeņraža ražošanu iedarbina tieši ar ūdens elektrolīzi, tad vienas valsts ekonomikai šī rūpnieciskās ūdeņraža ražošanas metode izmaksās ļoti dārgi: trīs, ja ne četras reizes. , pēc naftas produktu ekvivalentā sadegšanas siltuma.Turklāt no viena kvadrātmetra elektrodu rūpnieciskajā elektrolizatorā var iegūt ne vairāk kā 5 kubikmetrus gāzes stundā. Tas ir lēni un ekonomiski nepraktiski.

Viens no daudzsološākajiem veidiem, kā ražot ūdeņradi rūpnieciskos apjomos, ir plazmas ķīmiskā metode. Šeit ūdeņradi iegūst lētāk nekā ar ūdens elektrolīzi. Nelīdzsvara plazmatronos elektriskā strāva tiek izvadīta caur jonizētu gāzi magnētiskajā laukā, un enerģijas pārnešanas procesā no "uzkarsētiem" elektroniem uz gāzes molekulām notiek ķīmiska reakcija.

Gāzes temperatūra ir diapazonā no +300 līdz +1000 ° C, savukārt reakcijas ātrums, kas izraisa ūdeņraža veidošanos, ir lielāks nekā elektrolīzē. Šī metode ļauj iegūt ūdeņradi, kas izrādās divreiz (ne trīsreiz) dārgāks nekā tradicionālā degviela, kas iegūta no ogļūdeņražiem.

Plazmas ķīmiskais process notiek divos posmos: pirmkārt, oglekļa dioksīds sadalās skābeklī un oglekļa monoksīdā, pēc tam oglekļa monoksīds reaģē ar ūdens tvaikiem, kas noved pie ūdeņraža un tā paša oglekļa dioksīda, kas bija sākumā (tas netiek patērēts, ja paskatās uz visu cilpas transformāciju).

Eksperimenta stadijā - plazmas ķīmiskā ūdeņraža ražošana no sērūdeņraža, kas joprojām ir kaitīgs produkts visur gāzes un naftas atradņu attīstībā. Rotējošā plazma vienkārši izstumj sēra molekulas no reakcijas zonas ar centrbēdzes spēkiem, un reversā pārvēršanās reakcija uz sērūdeņradi ir izslēgta. Šī tehnoloģija izlīdzina saražotā ūdeņraža cenu ar tradicionālajiem fosilā kurināmā veidiem, turklāt paralēli tiek iegūts arī sērs.

Un Japāna jau šodien ir sākusi praktiski attīstīt ūdeņraža enerģiju. Kawasaki Heavy Industries un Obayashi plāno līdz 2018. gadam sākt izmantot ūdeņraža enerģiju Kobes pilsētas energoapgādei. Viņi kļūs par pionieriem starp tiem, kas faktiski sāks izmantot ūdeņradi liela mēroga elektroenerģijas ražošanai, praktiski neradot kaitīgas emisijas.

Tieši Kobē tiks uzbūvēta 1 MW ūdeņraža elektrostacija, kur tā piegādās elektroenerģiju starptautiskajam konferenču centram un darba birojiem 10 000 vietējo iedzīvotāju. Un siltums, kas saražots stacijā elektrības ražošanas procesā no ūdeņraža, kļūs par efektīvu vietējo māju un biroju ēku apkuri.

Kawasaki Heavy Industries ražotajām gāzturbīnām, protams, netiks piegādāts tīrs ūdeņradis, bet gan degmaisījums, kas satur tikai 20% ūdeņraža un 80% dabasgāzes.Rūpnīca patērēs 20 000 ūdeņraža degvielas šūnu transportlīdzekļu ekvivalentu gadā, taču šī pieredze būs sākums lielai ūdeņraža enerģijas attīstībai Japānā un ārpus tās.

Ūdeņraža rezerves tiks glabātas tieši elektrostacijas teritorijā, un arī zemestrīces vai citas dabas katastrofas gadījumā stacijā būs degviela, stacija netiks atslēgta no vitāli svarīgām komunikācijām. Līdz 2020. gadam Kobes ostā būs infrastruktūra lielajam ūdeņraža importam, jo ​​Kawasaki Heavy Industries plāno Japānā attīstīt lielu ūdeņraža spēkstaciju tīklu.