Водородное топливо — сможет ли оно спасти экологию нашей планеты? Потенциал водородной энергетики. В конце — видео про добычу топлива из воды.
Содержание статьи:
- Зарождение водородных технологий
Преимущества водородной энергии
Методы добычи водорода
Водородный автотранспорт
Потенциал водородной энергии
Видео про добычу топлива из воды
Для полноценного развития и активной жизнедеятельности современного общества необходима энергия, каковую сейчас поставляет нефть. Однако, используемая абсолютно во всех отраслях, она не является бесконечным ресурсом и стремительно приближается к исчезновению.
Большие надежды ученые возлагают на водород — самый лёгкий и обильный элемент на планете. Сможет ли он предотвратить экологическую и экономическую катастрофу на Земле?
Зарождение водородных технологий
Плотное изучение водорода как потенциального топлива началось в США в 70-х годах, когда впервые заговорили о скором истощении топливных ископаемых.
Первый водородный двигатель был опробован японским автопроизводителем Honda, который очень серьезно подошел к новой разработке.
На несколько лет лучшие специалисты компании бросили все силы на работу над автомобилем с водородным двигателем, приостановив прочую деятельность, в том числе участие в престижной Формуле 1.
С конца 80-х годов японская корпорация серийно выпускает водородные автомобили, которые продемонстрировали и сравнимую с электрическими агрегатами экологичность, и достойную производительность. А в части технических характеристик они даже превосходят своих прямых конкурентов.
Единственным на сегодня недостатком водородных агрегатов по сравнению с электрическими является невозможность подзарядки — специальных заправочных водородных станций пока насчитывается лишь несколько десятков во всем мире.
Преимущества водородной энергии
При сгорании водорода с целью получения топлива из него выделяется исключительно вода, что делает такую энергетику наиболее выигрышной с точки зрения решения экологических проблем планеты. Именно поэтому правительства многих развитых государств, а также крупные частные компании инвестируют колоссальные денежные средства в развитие этой отрасли.
Среди преимуществ водорода — такие факторы, как:
- большие запасы – это самый распространенный элемент, запасы которого неистощимы;
чистота – это действительно самое чистое вещество из всех рассматриваемых в качестве топлива, не выделяющее никаких вредных газов в атмосферу;
воспламеняемость – этот параметр будет способствовать быстрому запуску двигателя в любую погоду и температуру;
мощность – водородные двигатели позволят даже маленьким автомобилям развивать солидную скорость.
При таком количестве достоинств минусом можно назвать лишь один – при безграничности элемента его добыча представляется процедурой очень трудоемкой как в части получения, так и хранения, а также последующей транспортировки.
Методы добычи водорода
Водород — не чистое «ископаемое», которое можно просто обнаружить и начать разрабатывать с помощью обычной техники, поэтому требует особой технологии переработки.
Наиболее распространенный метод производства водородного топлива носит название парового риформинга, отличающегося низким энергопотреблением.
Вследствие эндотермической реакции природный или сжиженный газ, сырая нефть и прочие легкие углеводороды преобразуются в чистый водород. Полученное топливо не имеет в своем составе вредных веществ, а потому не будет вредить окружающей среде в процессе эксплуатации.
Если это вещество настолько идеально, почему его до сих пор массово не применяют в разных сферах промышленности?
Проблема состоит в том, что при риформинге в воздух выбрасывается огромный объем углекислого газа, что ставит водород на одну ступень по уровню опасности с прочими источниками энергии.
Аналогичным образом некоторые двигатели сконструированы таким образом, что могут самостоятельно перерабатывать водород в топливо. Но и они во время данной процедуры производят слишком большое количество углекислого газа, чтобы получить широкое распространение.
Вторым доступным методом является электролиз, заключающийся в воздействии тока на воду и распаде ее на водород и кислород. Он существенно экологичнее, позволяет дополнительно получить кислород, но при этом несоизмеримо дороже.
Наконец, третий способ, наиболее перспективный, заключается в переработке аммиака, который вследствие определенного химического воздействия распадается на азот и водород.
Этот способ дешевле электролиза и безопаснее риформинга. Кроме того, сам аммиак более пригоден для его транспортировки к перерабатывающему предприятию.
Водородный автотранспорт
Активное использование водорода на автомобилях в первую очередь связано с проблемой безопасного и одновременно компактного хранения вещества на борту.
Если большие его объемы, каковые встречаются в ракетно-космической или авиационной технике, хранятся в криогенном виде, то для транспорта такое решение не применимо. Для небольшого расхода в городском цикле более эффективным станет сжатый вид или металлопластиковые баллоны для природного газа (метана).
Вторая задача состоит в том, чтобы получать водород непосредственно на борту автомобиля, для чего сейчас проектируется и тестируется компактное бортовое оборудование для риформинга.
Сейчас практически все крупные компании-автомобилестроители занимаются изучением возможностей водородной энергии. В России такие работы ведет ОАО «АвтоВАЗ», однако вследствие недостаточного финансирования отечественные разработки отстают от зарубежных конкурентов как минимум на одно десятилетие.
Потенциал водородной энергии
При всех неоспоримых преимуществах переход на водородную энергию займет несколько десятков лет и многочисленные изыскания.
Например, для применения автотранспорта на водородных двигателях в городе-миллионнике потребуется производить около 500 т водорода в сутки. Если применять электролитический метод получения топлива, то энергетические затраты составят 15 млрд. кВт*ч в год или 30000 млрд. кВт*ч в год в мировом масштабе. Текущая же мировая выработка электроэнергии находится на уровне 15000 млрд. кВт*ч, что наглядно демонстрирует невозможность производства достаточного количества энергии при имеющихся мощностях.
Безусловно, хотя бы постепенный переход к освоению водорода для нужд автотранспортной системы необходим. Для его производства можно задействовать крупные электростанции (АЭС, ТЭС, ГЭС), что будет оправдано с экономической точки зрения.
Так, расчеты показали, что только на Ленинградской атомной электростанции (ЛАЭС) использование избыточных мощностей даст около 7,2 тыс. т водорода ежегодно, обеспечив топливом до 6 тысяч единиц транспорта.
Стоимость такого топлива с учетом затрат на электроэнергию, а также капитальных вложений в развитие соответствующей инфраструктуры составит примерно 93 руб./кг.
При этом в стоимость водорода следует заложить колоссальное снижение экологического ущерба, который оценен в мегаполисе с миллионным населением в 800-900 тыс. долл. в год.
То есть, при должных экономических механизмах капитальные затраты на развитие водородной энергетики окупятся за несколько лет благодаря экономии бензина и уменьшению вредных выбросов.
Заключение
Проводимые исследования показывают реальный технический и экономический потенциал для применения водородной энергии на основе избыточных электрических мощностей существующих станций, что позволит ощутимо улучшить экологическую обстановку в крупных городах.
Такие двигатели могут прослужить до 10 лет без обслуживания, превосходят по КПД классические бензиновые агрегаты и способны преодолевать до 500-600 км на одном баллоне.
Кроме того, водородные двигатели абсолютно бесшумны, что существенно оздоровит население мегаполисов, страдающих от дорожного шума. Автопроизводители даже устанавливают на свои модели «искусственный шум», чтобы автомобиль можно было заметить и избежать столкновения.
Безусловно, подобная перспектива вызывает определенное недовольство нефтяных компаний, которые опасаются снижения собственных доходов.
Даже глава Tesla Илон Маск называет подобный путь развития тупиковым, считая, что водородные ячейки в качестве мест для хранения энергии основательно уступают аккумуляторам из-за больших потерь в процессе преобразования химической энергии в электрическую.
Другие критики заявляют о небезопасности таких двигателей для жизни и здоровья, так как отсутствие запаха и цвета не позволят автомобилисту заметить утечку топлива.
Хотя Toyota и Honda, которые уже несколько лет поставляют на рынок водородные автомобили, единогласно акцентируют внимание на том, что вещество помещается в герметичные и ударопрочные углеволоконные контейнеры, угроза взрыва от удара во время ДТП остается слишком велика.
Широкомасштабные программы по изучению и развитию водородной энергетики, проводимые в разных странах, говорит о заинтересованности в переходе на новый вид топлива, который не только сэкономит природные ресурсы, но и восстановит уничтожаемую экосистему.
Видео про добычу топлива из воды:
Источник: