In 1.Енергетика, енергоефективність, 5.Екологія

Нафта, вугілля і газ – ці ресурси вже давно вкорінилися в економічно-політичному житті світу. Проте їхня актуальність для сучасності, як і їхні запаси у надрах Землі, зменшується щороку, поступаючись більш дешевим, екологічно-чистим альтернативним джерелам енергії.

Одним з найбільш перспективних енергоносіїв майбутнього виступає водень: на нього припадає три чверті всієї матерії на планеті. Водень є “сировиною” для нескінченного виробництва енергії зірками, в тому числі, і Сонцем, в ході термоядерних реакцій. Запаси водню на нашій планеті невичерпні і постійно поновлюються, практично будь-яка складна речовина може бути розкладена до цього хімічного елемента.

Водневий двигун був винайдений французом Франсуа Ісааком де Реваз в 1806 році. Практичне ж використання звичних для нас двигунів внутрішнього згоряння почалося лише більш більш ніж півстоліття.

Проте незважаючи на переваги такої технології, широке поширення отримав саме бензиновий, а не водневий двигун. Особливо не пощастило водню в 20 столітті: в 1936 році стався вибух найбільшого дирижабля в світі “Гінденбург”, який працював на водні, а потім була винайдена воднева бомба. Це створило водню репутацію дуже небезпечної речовини. З міркувань безпеки практичне використання якої в якості енергоносія – недоцільно.

Але фізико-хімічні характеристики водню, об’єктивні і не залежать від уявлень людей про них, змусили повернутися до питання про розробку водневих двигунів та інших генеруючих пристроїв на цій сировині. Число таких проектів стало стрімко зростати приблизно 30 років тому, в самих високорозвинених країнах світу – США і Японії.

Необхідно відзначити, що енергоефективність водню в реакції згоряння з киснем (утворення води), становить 120,7 ГДж / тонну сировини, що у багато разів вище, ніж при спалюванні будь-якого іншого палива. Використання водню в якості сировини для двигунів внутрішнього згоряння збільшує їх ККД на 50-70% в порівнянні з бензиновими аналогами. Якщо ж говорити про спеціальні водневі двигуни, то їхня ефективність вище бензинових вже в 2-3 рази.

Основна проблема у впровадженні водню як енергоносія, полягає в розробці технологій його вилучення, переробки і транспортування.

За оцінкою Департаменту енергетики США, якщо ціна водню становитиме 5 доларів за 1 кг, то від використання інших видів палива можна буде впевнено відмовитися. Але поки, існуючі джерела отримання водню не дозволяють досягти такої собівартості його виробництва, хоча вона і постійно знижується. При використанні традиційних технологій виробництва водню, процес залишається економічно невигідним, оскільки вимагає значних затрат електроенергії. При виробництві водню за традиційними технологіями з природного газу, зберігаються і великі втрати, що становлять 30% потенційної енергії.

Нині прийнятними, з економічної точки зору, виступають три технології отримання водню, як потенційного енергоносія.

  • Перша ґрунтується на обробці природного газу парою високої температури (парове вуглеводневе реформування).
  • Друга ґрунтується на газифікації низько-сірчаного вугілля в спеціальних печах при дуже високій температурі з подальшим «очищенням» одержуваного газу і поділу на складові.

Обидві ці технології дозволяють отримати водень за конкурентною ціною, але вони не можуть забезпечити конкурентоспроможність водню в якості палива для транспортних засобів і масової промислової генерації електроенергії.

З огляду на наявність в Україні великих запасів вугілля, високу розвиненість вуглехімічної і металургійної промисловості, можна вже зараз впроваджувати ці технології. Вони дозволять використовувати водень в якості сировини для виробництва електроенергії, споживаної в самому технологічному циклі зазначених галузей, а також для згладжування пікових навантажень в національній енергосистемі, особливо в зимовий час, знижуючи таким чином газову залежність України.

  • Третьою технологією є гідроліз води – це електрохімічне розкладання води на кисень і водень. Але ця технологія передбачає витрату чималої кількості електроенергії. Хоча саме цей процес вже зараз використовується при створенні водневих двигунів найбільшими світовими автовиробниками.

Для вітчизняної економіки, враховуючи поки що високий рівень інтелектуального і інженерно-технічного потенціалу України, перспективним виступає участь вітчизняних підприємств у циклі виробництва цих двигунів, на основі контрактів з європейськими автоконцернами.

У той же час триває активна розробка інших технологій, більш економічно вигідних і технологічно простих.

Одна з них представлена ​​проектом HyperSolar в Університеті Айови, під керівництвом професора Сііда Мубін. Йдеться про використання технології фотоліза: вода, під дією енергії сонячного випромінювання, розкладається на кисень і водень. Важливою перевагою цього проекту є те, що водень в ньому виступає не так сировиною, скільки як своєрідний накопичувач енергії, оскільки сама енергія виробляється в той момент, коли водень знову стає водою.

Ще однією перевагою проекту виступає те, що він може бути реалізований у вигляді пристрою з матеріально замкнутим циклом, тобто без постійного завантаження вихідного палива. Для перспектив можливої ​​співпраці України з авторами цього проекту важливим є і те, що дана технологія порівняно легко може бути інтегрована з сонячною електростанцією, число яких у нас постійно збільшується.

Перспективною для України є і технологія отримання водню за допомогою зелених водоростей виду Chlamydomonasreinhardtii, які при нестачі кисню і сірки, розпочинають бурхливе вироблення водню. Даний метод був винайдений в кінці 20 століття. Але дослідно-конструкторські реалізації даного проекту поки залишаються одиничними, хоча дослідження тривають.

Також, цікавими є проекти, спрямовані на використання зібраної сонячної енергії для виділення водню з джерел, що містять велику його кількість у собі. Варто особливо відзначити, що такими джерелами можуть виступати органічні біомаси, муніципальні і сільськогосподарські відходи. З огляду на великий запас відходів і постійне їх зростання, дана технологія також представляється перспективною для впровадження в нашій країні, адже вирішує не лише енергетично-економічне питання, а й питання екології та збереження навколишнього середовища.

Розробка і впровадження технологій водневої енергетики має для України істотний економічний і соціальний інтерес. Розвиток водневої енергетики дозволить збільшити виробництво електроенергії, внести помітний внесок у вирішення екологічних проблем і вдосконалення структури національної економіки, зберегти і розвинути науковий та інженерний кадровий потенціал країни, досягти енергетичної незалежності країни.

За джерелом: https://24tv.ua/timur_chmeruk_tag5480

Схожі публікації