Инструменты пользователя

Инструменты сайта


Боковая панель

2015:07:15:водородная-энергетика

Водородная энергетика

Водородная энергетика – направление выработки и потребления энергии человечеством, основанное на использовании водорода в качестве средства для аккумулирования, транспортировки и потребления энергии людьми, транспортной инфраструктурой и различными производственными направлениями. Водород ‒ самый распространенный элемент на поверхности земли и в космосе, его теплота сгорания наиболее высока, а продуктом сгорания в кислороде является вода, не токсичная и не наносящая ущерба окружающей среде.

Производство

Сейчас в мире производится 400 миллиардов кубических метров водорода – это по энергетике соответствует 10 процентам производства нефти. В производстве водорода есть два главных направления: традиционное – получение водорода с помощью обычных процессов реформинга натурального газа или реформинга угля с последующим транспортом водорода и использование его в разной форме; и второе направление ‒ получение водорода из воды с помощью электролиза. Естественно, при электролизе для получения водорода необходима электроэнергия. Ветер, солнце, геотермальное тепло могут обеспечить электроэнергией производство необходимого количества водорода в мире с помощью обычного электролиза. При таких методах получения водорода минимизируется использование углеродосодержащего сырья.

Применение водорода

Основные области промышленного использования водорода следующие: его большая часть идет на переработку нефти, четверть производимого водорода расходуется на синтез аммиака NH3 – один из важнейших продуктов химической промышленности. Также водород расходуется на получение хлороводородной кислоты. Реакция горения водорода в кислороде используется в ракетных двигателях, выводящих в космос летательные аппараты. Например, самая мощная ракета «Энергия» использует более 2000 тонн топлива, большую часть которого составляют жидкий водород и кислород. Водород применяют и для получения металлов из оксидов. Таким способом получают тугоплавкие металлы молибден и вольфрам, необходимые в производстве нитей накаливания электролампочек. Водород также находит применение в производстве маргарина из растительных масел. Реакцию горения водорода в кислороде применяют и для сварочных работ. Температура водородно-кислородного пламени достигает 3000 °C. Если же использовать специальные горелки, то можно повысить температуру пламени до 4000 °C. При такой температуре проводят сварочные работы с самыми тугоплавкими материалами. Водород – наиболее эффективное топливо для топливных элементов – химических источников тока с внешней подачей реагентов, где идет прямое преобразование химической энергии в электрическую с высокими значениями коэффициента полезного действия (КПД), не лимитированными, в отличие от «тепломеханических» систем, циклом карно (обратимый круговой процесс, состоящий из двух адиабатических и двух изотермических процессов). Именно топливные элементы и являются двигателем водородной энергетики, так как их высокий КПД, экологическая чистота и бесшумность работы делают водородную энергетику такой привлекательной.

Презентация Низкоуглеродной транспортной инновационной платформы в Великобритании (Department for Business, Innovation and Skills, Creative Commons)

Последнее десятилетие во всем мире основным направлением работ в области топливных элементов являлось создание автотранспорта на их основе. В январе 2006 года Mazda начала продажи битопливного автомобиля Mazda RX-8 с роторным двигателем, который может потреблять и бензин, и водород. В июле 2006 года транспортная немецкая компания Berliner Verkehrsbetriebe объявила о закупках к 2009 году 250 автобусов MAN с двигателями внутреннего сгорания, работающими на водороде, что составит 20 % от автопарка компании. В 2006 году Ford Motor Company начал выпуск автобусов с двигателями внутреннего сгорания, работающими на водороде. В автомобильных приложениях преобладают PEM технологии. В 2005 году был изготовлен всего один автомобиль с PAFC топливным элементом ‒ остальные на PEM-технологиях.

Penn State вместе с Collier Technologies, Inc. создали автобус, который в качестве топлива использует водород и метан (Penn State, Creative Commons)

Разработчики смогли снизить стоимость автомобильных водородных топливных элементов с $275 за кВт мощности в 2002 году до $110 за кВт в 2005. Департамент Энергетики США (DoE) планирует снизить стоимость до $30 за кВт мощности к 2020 году. К концу 2008 года во всем мире функционировало 2000 водородных автомобильных заправочных станций. Из общего количества заправочных станций, построенных 2004‒2005 году, всего 8 % работают с жидким водородом, остальные с газообразным. General Motors заявлял о возможных планах строительства 12000 водородных заправочных станций в городах США и вдоль главных автострад. Стоимость проекта компания оценивает в 12 млрд. долларов.

Водородная энергетика в мире

В 2005 году Министерством коммерции, индустрии и экономики Южной Кореи принят план строительства водородной экономики к 2040 году. Цель ‒ производить на топливных элементах 22 % всей энергии и 23 % электричества, потребляемого частным сектором. С 2010 года правительство Южной Кореи будет дотировать покупателю 80 % от стоимости стационарной энергетической установки на водородных топливных элементах. С 2013 по 2016 год будет дотироваться 50 % стоимости, а с 2017 до 2020 года ‒ 30 %. В Индии создан Индийский национальный комитет водородной энергетики. В 2005 году комитет разработал «Национальный план водородной энергетики», которым предусмотрены инвестиции в размере 250 млрд рупий (примерно $5,6 млрд) до 2020 года. Из них 10 млрд рупий будет выделено на исследования и демонстрационные проекты, а 240 млрд рупий на строительство инфраструктуры по производству, транспортировке, хранению водорода. Планом поставлена цель ‒ к 2020 году вывести на дороги страны 1 миллион автотранспортных средств, работающих на водороде. Также к 2020 году будет построено 1000 МВт водородных электростанций. В США в 2005 году приняли Закон об энергетической политике, которым предусмотрено выделение более $3 млрд на различные водородные проекты и $1,25 млрд на строительство новых атомных реакторов, производящих электроэнергию и водород. В Исландии планируется построить водородную экономику к 2050 году.

Фильм «Энергия будущего. Водород»: http://www.youtube.com/watch?v=KHBH0nBzUnQ

2015/07/15/водородная-энергетика.txt · Последние изменения: 2015/07/15 14:56 (внешнее изменение)