Vodikove elektrarne — trendi in obeti

Čeprav so jedrske elektrarne dolgo veljale za zelo varne, je nesreča v japonski jedrski elektrarni Fukušima leta 2011 znova prisilila energetike po vsem svetu k razmišljanju o morebitnih okoljskih težavah, povezanih s tovrstno energijo.

Vlade mnogih držav, vključno s številnimi državami EU, so izrazile jasen namen, da svoja gospodarstva preusmerijo na alternativno energijo, ne da bi varčevale z naložbami, in obljubile milijarde evrov za to industrijo v naslednjih 5-10 letih. In ena najbolj obetavnih in okolju varnih vrst takšne alternative je vodik.

Če zmanjka premoga, plina in nafte, je vodika v oceanih preprosto neomejeno, čeprav tam ni shranjen v čisti obliki, temveč v obliki kemične spojine s kisikom - v obliki vode.

Vodik je okolju najprijaznejši vir energije. Pridobivanje, transport, shranjevanje in uporaba vodika zahteva razširitev našega znanja o njegovi interakciji s kovinami.

Tu je veliko težav.Tukaj je le nekaj izmed njih, ki čakajo na svojo rešitev: proizvodnja visoko čistih vodikovih izotopov z uporabo membranskih filtrov (na primer iz paladija), ustvarjanje tehnološko ugodnih vodikovih baterij, problem boja proti vodikovim stroškom materialov itd.

O okoljski varnosti vodika v primerjavi z drugimi tradicionalnimi vrstami virov energije nihče ne dvomi: produkt zgorevanja vodika je spet voda v obliki pare, medtem ko je popolnoma nestrupen.

Vodik kot gorivo lahko enostavno brez temeljnih sprememb uporabimo v motorjih z notranjim zgorevanjem, pa tudi v turbinah, pridobili pa bomo več energije kot iz bencina. Če je specifična toplota zgorevanja bencina v zraku približno 44 MJ / kg, potem je za vodik ta številka približno 141 MJ / kg, kar je več kot 3-krat več. Strupeni so tudi naftni derivati.

Skladiščenje in transport vodika ne bosta povzročala posebnih težav, logistika je podobna kot pri propanu, vendar je vodik bolj eksploziven kot metan, tako da je tukaj še nekaj nians.

Rešitve za shranjevanje vodika so naslednje. Prvi način je tradicionalno stiskanje in utekočinjenje, ko bo za ohranitev tekočega stanja vodika potrebno zagotoviti njegovo ultra nizko temperaturo. To je drago.

Drugi način je bolj obetaven - temelji na sposobnosti nekaterih kompozitnih kovinskih gobic (visoko poroznih zlitin vanadija, titana in železa), da aktivno absorbirajo vodik in ga pri nizkem segrevanju sprostijo.

Vodilna naftna in plinska podjetja, kot sta Enel in BP, danes aktivno razvijajo vodikovo energijo.Pred nekaj leti je italijanski Enel zagnal prvo vodikovo elektrarno na svetu, ki ne onesnažuje ozračja in ne izpušča toplogrednih plinov. Toda glavna pereča točka v tej smeri je naslednje vprašanje: kako poceniti industrijsko proizvodnjo vodika?

Težava je v tem elektroliza vode zahteva veliko električne energije, in če se proizvodnja vodika vzpostavi ravno z elektrolizo vode, potem bo za gospodarstvo v eni sami državi ta način industrijske proizvodnje vodika zelo drag: trikrat, če ne štirikrat , glede na ekvivalentno zgorevalno toploto iz naftnih derivatov Poleg tega lahko iz enega kvadratnega metra elektrod v industrijskem elektrolizerju pridobimo največ 5 kubičnih metrov plina na uro. To je počasno in ekonomsko nepraktično.

Eden najbolj obetavnih načinov za proizvodnjo vodika v industrijskih količinah je plazemsko-kemijska metoda. Tu se vodik pridobiva ceneje kot z elektrolizo vode. V neravnovesnih plazmatronih poteka električni tok skozi ioniziran plin v magnetnem polju, v procesu prenosa energije od "ogretih" elektronov do molekul plina pa pride do kemične reakcije.

Temperatura plina je v območju od +300 do +1000 ° C, medtem ko je hitrost reakcije, ki vodi do proizvodnje vodika, višja kot pri elektrolizi. Ta metoda omogoča pridobivanje vodika, ki se izkaže za dvakrat (ne trikrat) dražji od tradicionalnega goriva, pridobljenega iz ogljikovodikov.

Plazemsko-kemijski proces poteka v dveh stopnjah: najprej se ogljikov dioksid razgradi na kisik in ogljikov monoksid, nato ogljikov monoksid reagira z vodno paro, kar vodi do vodika in istega ogljikovega dioksida, ki je bil na začetku (se ne porabi, če pogledate celotno transformacijo zanke).

V eksperimentalni fazi - plazemsko-kemična proizvodnja vodika iz vodikovega sulfida, ki ostaja škodljiv produkt povsod pri razvoju plinskih in naftnih polj. Rotirajoča plazma s centrifugalnimi silami preprosto izvrže molekule žvepla iz reakcijskega območja in obratna reakcija pretvorbe v vodikov sulfid je izključena. Ta tehnologija izenačuje ceno proizvedenega vodika s tradicionalnimi vrstami fosilnih goriv, ​​poleg tega se vzporedno pridobiva žveplo.

In Japonska se je že danes lotila praktičnega razvoja vodikove energije. Kawasaki Heavy Industries in Obayashi nameravata do leta 2018 začeti uporabljati vodikovo energijo za napajanje mesta Kobe. Postali bodo pionirji med tistimi, ki bodo dejansko začeli uporabljati vodik za veliko proizvodnjo električne energije, tako rekoč brez škodljivih izpustov.

Vodikova elektrarna z močjo 1 MW bo zgrajena neposredno v Kobeju, kjer bo z elektriko oskrbovala mednarodni kongresni center in delovne prostore za 10.000 lokalnih prebivalcev. In toplota, proizvedena v postaji v procesu pridobivanja električne energije iz vodika, bo postala učinkovito ogrevanje lokalnih hiš in poslovnih stavb.

Plinske turbine, ki jih proizvaja Kawasaki Heavy Industries, seveda ne bodo oskrbovane s čistim vodikom, temveč z mešanico goriva, ki bo vsebovala le 20 % vodika in 80 % zemeljskega plina.Tovarna bo porabila enako kot 20.000 vozil na vodikove gorivne celice na leto, vendar bo ta izkušnja začetek velikega razvoja vodikove energije na Japonskem in drugod.

Zaloge vodika bodo shranjene neposredno na ozemlju elektrarne in tudi v primeru potresa ali druge naravne nesreče bo v postaji gorivo, postaja ne bo odrezana od vitalnih komunikacij. Do leta 2020 bo imelo pristanišče Kobe infrastrukturo za večji uvoz vodika, saj Kawasaki Heavy Industries načrtuje razvoj velike mreže elektrarn na vodik na Japonskem.