Водородная отрасль энергетики активно развивается. Она направленная на производство и потребление энергии, которое основано на использовании водорода как средства для накапливания, транспортировки и использования энергии людьми, а также в транспортной сфере и всевозможных направлениях в производстве. Водород был выбран из-за его широкого распространения на земле и в космосе. Водород обладает высокой теплотой сгорания, а продуктом сгорания является вода. Этот вид энергетики относится к нетрадиционным.
Производство водорода
Сегодня существует много методов производства водорода в промышленных масштабах.
Конверсия природного газа
Таким способом на сегодняшний день производится около половины всего водорода. При температуре 700—1000 °C и в присутствии катализатора происходит смешивание водяного пара с метаном под давлением. Себестоимость процесса составляет от $2 до $5 за килограмм водорода. Планируется в будущем снизить цены до $2–2,50 (сюда входит доставка и хранение).
Газификация угля
Газификация угля – один из старейших способов получения водорода. При его производстве происходит нагревание угля с водяным паром без доступа воздуха при температуре 800—1300 °C. Самый первый газогенератор был сделан в Великобритании в 40-х годах 19 века. В США по проекту FutureGen предполагают создать электростанцию, которая будет использовать для работы продукты газификации угля. О планах этого строительства еще в 2003 году заявил Спенсер Абрахам — министр энергетики США. Вырабатывать электричество планируется за счет топливных элементов, используя водород, получающийся при газификации угля, как горючее.
Себестоимость процесса составляет от $2 до $2,5 за килограмм водорода. Планируется в будущем снизить цены до $1,50 (сюда входит доставка и хранение).
Атомная энергия
Для производства водорода применение атомной энергии возможно в следующих процессах: высокотемпературный электролиз, электролиз воды, химический процесс. Работы по строительству атомных электростанций нового поколения активно ведутся. Лаборатория Idaho National Engineering Environmental Laboratory из США делает прогнозы о том, что ежедневный объем производства водорода на одном энергетическом блоке атомной станции нового поколения составит не мене 750 000 литров бензина в эквиваленте.
Себестоимость составляет $2,33 за килограмм водорода.
Электролиз воды
Известно, что 2H2O+энергия = 2H2+O2. В топливном элементе же происходит обратная реакция. Себестоимость процесса составляет от $6 до $7 за килограмм водорода при условии, что используется электроэнергия из промышленной сети. Снижение себестоимости до $4 за килограмм возможно в будущем. При использовании энергии ветрогенераторов, себестоимость процесса составляет от $7 до $11. Возможно снижение себестоимости до $3 за килограмм водорода. При использовании солнечной энергии себестоимость процесса составляет от $10 до $30. Снижение себестоимости до $3-4 также возможно.
Биомасса
Для получения водорода из биомассы используют биохимический или термохимический способы. При биохимическом способе водород вырабатывают бактерии, а при термохимическом биомассу без доступа кислорода нагревают до 500—800 °C (в случае с отходами древесины), что гораздо ниже температуры при насыщении газом угля. Таким образом выделяется H2, CO и CH4.
Себестоимость этого процесса составляет от $5 до $7 за килограмм. Планируется достичь снижения себестоимости до $1,0 -3.
Достижение уменьшения цены на водород возможно при развитии инфраструктуры его доставки и хранения. На сегодняшний день в США общая длина водородного трубопровода составляет 750 километров, а в Европе эта цифра достигает 1500 километров. Давление в таких трубопроводах составляет 10—20 бар, а выполнены они из стальных труб 25—30 см в диаметре. Самый старый водородный трубопровод функционирует в районе города Рур (Германия). Его длина — 210 километров, а соединяют этот трубопровод около двух десятков производителей и потребителей. Уже более 50 лет этот трубопровод работает без аварий. А наиболее длинный водородный трубопровод, длина которого составляет 400 километров, работает между Бельгией и Францией.
Малые стационарные приложения
Домашние станции по производству электро- и теплоэнергии мощностью от 0,75 до 1 кВт, предназначены для получения электрической энергии в течение 8 часов за одни сутки, и выработки горячей воды и тепла на протяжении 24 часов в сутки. Более мощные установки (5 кВт) предусмотрены в основном для производства только электроэнергии, рассчитанной на обеспечение электроснабжением нескольких домов.
Для работы малых стационарных приложений используют две основных технологии: твердо-оксидную (SOFC) и протон-обменную (REM).
Как правило, такие станции разработаны для применения газа (пропана), однако некоторые работают с нефтяным сжиженным (LPG), а еще некоторое количество — с керосином.
Стационарные применения
Для производства стационарных установок чаще всего используют расплавные карбонатные топливные элементы (MCFC) и фосфорнокислые технологии (PAFC). Что же касается протонобменных технологий (PMFC), то они применялись в основном в установках мощностью до 10 кВт.
Не смотря на то что большая часть стационарных топливных элементов в данный момент использует для своей работы природный газ, альтернативные виды топлива использует все большее количество установок. К примеру, в 2005 году стали все чаще применять биогаз и сингаз.
Чтобы повысить эффективность работы установок, снизить стоимость энергии, а также утилизировать теплоэнергию, стали применять установки, в которых газовые турбины и топливные элементы.
Водородная энергетика в России
В начале Великой Отечественной войны, техник-лейтенант войск ПВО Борис Шелищ, внес предложение использовать «отработанный» водород, применяемый в заградительных аэростатах войск противовоздушной обороны как топливо для автомобилей ГАЗ-АА. Лебедка автомобиля, которая приводилась в движение мотором, давала возможность осуществлять подъем в воздух аэростатов. В блокадном Ленинграде это предложение успешно было внедрено. При отсутствии бензина в блокадное время перевод автомобилей на водород дал возможность защитить город от множественных атак с воздуха.
Под руководством Е.В.Шатрова в 1979 году коллективом сотрудников НАМИ была разработана и прошла успешные испытания опытная модель микроавтобуса РАФ, который работал как на бензине, так и на водороде.
В конце 80х-начале 90х годов прошлого века был испытан реактивный авиационный двигатель, работающий на жидком водороде, который был установлен на самолете ТУ-154.
В 2003 году была создана Национальная ассоциация водородной энергетики (НП НАВЭ), президентом которой был избран П.Б.Шелищ – сын того самого лейтенанта, которого прозвали «водородным».
Российская академия наук и компания «Норильский никель» в 2003 году подписали соглашение о совместном ведении исследовательских работ в области водородной энергетики. «Норильским никелем» было затрачено на проведенные научные исследования более $40 млн.
Еще через три года, в 2006 году, компанией «Норильский никель» был приобретен контрольный пакет акций инновационной компании Plug Power (США), которая занимает лидирующие позиции по разработкам в области водородной энергетики.
Михаил Прохоров, президент компании «Норильский никель» в феврале 2007 года заявил, что компания потратила на разработку установок, работающих на водороде порядка $70 млн и добилась создания опытных образцов, на внедрение которых понадобится еще некоторое время. Начало реализации «водородного проекта» в промышленных масштабах было намечено на 2008 год.
Метки: альтернативная энергетика, водородная энергетика, новости альтернативной энергетики
