Водородни електроцентрали — тенденции и перспективи

Въпреки че атомните електроцентрали отдавна се считат за много безопасни, аварията в японската атомна електроцентрала Фукушима през 2011 г. отново принуди енергийните инженери по целия свят да помислят за възможни екологични проблеми, свързани с този вид енергия.

Правителствата на много страни, включително редица държави от ЕС, декларират ясно намерение да прехвърлят икономиките си на алтернативна енергия, без да пестят от инвестиции, обещавайки милиарди евро за тази индустрия през следващите 5-10 години. И един от най -обещаващите и екологично безопасни видове на такава алтернатива е водородът.

Ако въглищата, газът и петролът все пак се изчерпят, тогава в океаните просто има неограничен водород, въпреки че той не се съхранява там в чист вид, а под формата на химично съединение с кислород — под формата на вода.

Водородът е най -екологичният енергиен източник. Получаването, транспортирането, съхраняването и използването на водород изисква разширяване на познанията ни за взаимодействието му с металите.

Тук има много проблеми. Ето само някои от тях, които чакат своето решение: производството на високо чисти водородни изотопи с помощта на мембранни филтри (например от паладий), създаването на технологично изгодни водородни акумулатори, проблемът с борбата с водородното оскъпяване на материали и т.н.

Екологичната безопасност на водорода, в сравнение с други традиционни видове източници на енергия, никой не се съмнява: продуктът от изгарянето на водород отново е вода под формата на пара, докато е напълно нетоксичен.

Водородът като гориво може лесно да се използва в двигатели с вътрешно горене без фундаментални промени, както и в турбини и ще се получава повече енергия, отколкото от бензин. Ако специфичната топлина на изгаряне на бензин във въздуха е около 44 MJ / kg, тогава за водорода тази цифра е около 141 MJ / kg, което е повече от 3 пъти по -високо. Петролните продукти също са токсични.

Съхранението и транспортирането на водород няма да създаде особени проблеми, логистиката е подобна на тази за пропан, но водородът е по -експлозивен от метана, така че тук все още има някои нюанси.

Решенията за съхранение на водород са следните. Първият начин е традиционното компресиране и втечняване, когато ще е необходимо да се осигури неговата свръхниска температура, за да се поддържа течното състояние на водорода. Това е скъпо.

Вторият начин е по -обещаващ — той се основава на способността на някои композитни метални гъби (силно порести сплави от ванадий, титан и желязо) да абсорбират активно водород и при ниско нагряване — да го отделят.

Водещите петролни и газови компании като Enel и BP днес активно развиват водородна енергия. Преди няколко години италианският Enel стартира първата в света водородна електроцентрала, която не замърсява атмосферата и не отделя парникови газове. Но основното възпалено място в тази посока се крие в следния въпрос: как да направим индустриалното производство на водород по -евтино?

Проблемът е, че електролиза на вода изисква много електроенергия и ако производството на водород се постави върху потока именно чрез електролиза на вода, тогава за икономиката в една -единствена страна този метод на промишлено производство на водород ще бъде много скъп: три пъти, ако не и четири пъти , по отношение на еквивалентна топлина на горене от петролните продукти.В допълнение, максимум 5 кубически метра газ на час могат да бъдат получени от един квадратен метър електроди в промишлен електролизатор. Това е бавно и икономически непрактично.

Един от най-обещаващите начини за производство на водород в промишлени обеми е плазмено-химическият метод. Тук водородът се получава по -евтино, отколкото чрез електролиза на вода. При неравновесни плазмотрони електрически ток преминава през йонизиран газ в магнитно поле и химична реакция протича в процеса на прехвърляне на енергия от „нагряти“ електрони към молекулите на газа.

Температурата на газа е в диапазона от +300 до +1000 ° C, докато скоростта на реакцията, водеща до производството на водород, е по -висока, отколкото при електролизата. Този метод дава възможност да се получи водород, който се оказва два пъти (а не три пъти) по -скъп от традиционното гориво, получено от въглеводороди.

Плазмено-химичният процес протича на два етапа: първо въглеродният диоксид се разлага на кислород и въглероден окис, след това въглеродният окис взаимодейства с водни пари, което води до водород и същия въглероден диоксид, който е бил в началото (не се консумира, ако погледнете цялата трансформация на цикъла).

На експерименталния етап — плазмено -химичното производство на водород от сероводород, който остава вреден продукт навсякъде при разработването на газови и нефтени находища. Въртящата се плазма просто изхвърля серните молекули от реакционната зона чрез центробежни сили и обратната реакция на превръщане в сероводород е изключена. Тази технология изравнява цената на произвеждания водород с традиционните видове изкопаеми горива, освен това серата се добива паралелно.

И Япония вече се зае с практическото развитие на водородната енергия днес. Kawasaki Heavy Industries и Obayashi планират да започнат да използват водородна енергия за захранване на град Кобе до 2018 г. Те ще станат пионери сред тези, които всъщност ще започнат да използват водород за мащабно производство на електроенергия, практически без вредни емисии.

Водородна електроцентрала с мощност 1 MW ще бъде построена директно в Кобе, където ще доставя електроенергия на международен конгресен център и работни офиси за 10 000 местни жители. И топлината, генерирана на станцията в процеса на генериране на електричество от водород, ще стане ефективно отопление за местни къщи и офис сгради.

Газовите турбини, произведени от Kawasaki Heavy Industries, разбира се, няма да се доставят с чист водород, а с горивна смес, съдържаща само 20% водород и 80% природен газ. Заводът ще консумира еквивалента на 20 000 превозни средства с водородни горивни клетки годишно, но този опит ще бъде началото на развитието на голяма енергия от водород в Япония и извън нея.

Запасите от водород ще се съхраняват директно на територията на електроцентралата и дори в случай на земетресение или друго природно бедствие, в станцията ще има гориво, станцията няма да бъде отрязана от жизненоважни комуникации. До 2020 г. пристанището на Кобе ще има инфраструктура за голям внос на водород, тъй като Kawasaki Heavy Industries планира да развие голяма мрежа от водородни електроцентрали в Япония.