banner banner banner banner

Водород – энергоноситель будущего для Украины?

Разработка и внедрение технологий водородной энергетики представляет для Украины существенный экономический и социальный интерес

Водород – энергоноситель будущего для Украины?
Фото из открытых источников

Тимур Чмерук

Предприниматель

Разработка и внедрение технологий водородной энергетики представляет для Украины существенный экономический и социальный интерес

С каждым годом во всем мире (Украина – не исключение) растет число публикаций и проектов, направленных на поиск дешевого, экологичного и высокоэффективного энергоносителя. Сейчас уже можно утверждать, что век нефти, угля и газа если еще не закончился, то близится к своему завершению. Активизации поиска альтернативных источников энергии и внедрению технологий их производства способствуют и порождаемые мировым рынком углеводородов политические авантюры, и коммерческие риски. Можно уверенно утверждать, что от успешности такого поиска зависит не только благополучие общества завтрашнего дня, но и само существование человечества.

Одним из наиболее перспективных кандидатов на роль энергоносителя будущего выступает водород. Вспомним из курса школьной химии, что это самый простой химический элемент во Вселенной, на него приходится ¾ всей ее материи. Водород является "сырьем" для бесконечного производства энергии звездами (в том числе и Солнцем) в ходе термоядерных реакций. Запасы водорода на нашей планете неисчерпаемы - они постоянно возобновляются. Практически любое сложное вещество может быть разложено до этого химического элемента. Из этого можно сделать вывод, что проблем с количеством сырья не должно возникнуть, вопрос лишь в том, как его извлечь и переработать.

Интересный факт: водородный двигатель был изобретен французом Франсуа Исааком де Риваз в 1806 году. Практическое использование привычных для нас двигателей внутреннего сгорания началось более чем через полвека. По непонятным причинам широкое распространение получил именно бензиновый, а не водородный двигатель. Особенно не повезло водороду в ХХ веке: в 1936 году произошел взрыв самого большого дирижабля в мире "Гинденбург", который работал на водороде, а затем была изобретена водородная бомба. Это создало "невинному" водороду репутацию крайне опасного, разрушительного вещества, использование которого в качестве энергоносителя нецелесообразно, в первую очередь, из соображений безопасности.

Новости по теме

Но объективные физико-химические характеристики водорода заставляют вернуться к вопросу о разработке водородных двигателей и других генерирующих устройств на этом сырье. Число таких проектов стало стремительно возрастать примерно 30 лет назад в самых высокоразвитых странах мира – США и Японии. Говоря об этих свойствах, необходимо отметить, что энергоотдача водорода в реакции сгорания с кислородом (образование воды), составляет 120,7 ГДж/тонну сырья, что во много раз выше, чем при сжигании любого другого топлива. Использование водорода в качестве сырья для двигателей внутреннего сгорания увеличивает их КПД на 50-70% по сравнению с бензиновыми аналогами. Если же говорить о специальных водородных двигателях, то их эффективность выше бензиновых уже в два-три раза.

Основная проблема внедрения водорода в качестве энергоносителя заключается в разработке технологий его извлечения, переработки и транспортирования. По оценке Департамента энергетики США, если цена водорода будет составлять 5 долларов за 1 кг, то от использования других видов топлива можно будет отказаться. Но пока что источники получения водорода не позволяют достичь такой себестоимости, хотя она постоянно снижается. При использовании традиционных технологий производства водорода процесс остается экономически невыгодным, так как требует в два раза большего объема электроэнергии, чем получение сопоставимых объемов углеводородов. При производстве водорода по традиционным технологиям (из природного газа) сохраняются также большие потери, составляющие 30% возможной энергии. Задача состоит в создании такого технологического процесса получения водорода, который бы не задействовал какой-либо истощаемый материал и не предполагал бы использование электроэнергии в качестве промежуточного этапа.

В настоящее время приемлемы, с экономической точки зрения, три технологии получения водорода как потенциального энергоносителя.

Первая основывается на обработке природного газа паром высокой температуры (паровое углеводородное реформирование). Вторая - на газификации низкосернистых углей в специальных печах при очень высокой температуре с последующей "очисткой" получаемого газа и разделением на составляющие. Обе технологии позволяют получить водород по конкурентной цене, но они не могут обеспечить конкурентоспособность водорода в качестве топлива для транспортных средств и массовой промышленной генерации электроэнергии. Учитывая наличие в Украине больших запасов угля, высокую развитость углехимической и металлургической промышленностей, можно уже сейчас внедрять эти технологии. Они позволят использовать водород в качестве сырья для производства электроэнергии, потребляемой в самом технологическом цикле указанных отраслей, а также для сглаживания пиковых нагрузок в национальной энергосистеме, особенно в зимнее время и для снижении газовой зависимости Украины.

Третья технология - это гидролиз воды, то есть ее электрохимическое разложение на кислород и водород. Но эта технология предусматривает затрату достаточно большого количества электроэнергии. Хотя именно этот процесс уже сейчас используется при создании водородных двигателей крупнейшими мировыми автопроизводителями. Для отечественной экономики, учитывая пока еще высокий уровень интеллектуального и инженерно-технического потенциала Украины, перспективным кажется участие отечественных предприятий в цикле производства этих двигателей на основе контрактов с европейскими автоконцернами.

Новости по теме

В то же время продолжается активная разработка других технологий, экономически более выгодных и технологически более простых.

Одна из них представлена проектом HyperSolar (и не только им), который осуществляют в Университете Айовы под руководством профессора Сиида Мубина. Речь идет об использовании технологии фотолиза, когда вода под действием энергии солнечного излучения разлагается на кислород и водород. Важным достоинством этого проекта является то, что водород в нем представлен не столько как сырье, сколько как своеобразный накопитель энергии, поскольку сама энергия вырабатывается в тот момент, когда водород вновь становится водой. Еще одно достоинство проекта в том, что он может быть реализован в виде устройства с вещественно замкнутым циклом, то есть без постоянной загрузки исходного топлива. Для перспектив возможного сотрудничества Украины с авторами этого проекта важным является то, что эта технология сравнительно легко может быть интегрирована с солнечной электростанцией, число которых у нас постоянно увеличивается.

Перспективной для Украины является и технология получения водорода с помощью зеленых водорослей вида Chlamydomonas reinhardtii, которые при нехватке кислорода и серы начинают бурную выработку водорода. Данный метод был изобретен Анастасиосом Мелисом в конце прошлого века. Однако воплощений этого проекта очень мало, хотя исследования продолжаются.

Интересными являются проекты, направленные на использование собранной солнечной энергии для выделения водорода непосредственно из богатых им источников, особенно органической биомассы, муниципальных и сельскохозяйственных отходов. Учитывая большой запас последних, данная технология также представляется перспективной для внедрения в нашей стране.

Как итог, хочется отметить, что разработка и внедрение технологий водородной энергетики представляет для Украины существенный экономический и социальный интерес. Развитие водородной энергетики позволяет увеличить производство электроэнергии, произвести замещение использования углеводородов, внести заметный вклад в решение экологических проблем и совершенствование структуры национальной экономики, увеличить присутствие Украины в международных имиджевых проектах, сохранить и развить научный и инженерный кадровый потенциал страны.

Тимур Чмерук

Редакция может не соглашаться с мнением автора. Если вы хотите написать в рубрику "Мнение", ознакомьтесь с правилами публикаций и пишите на blog@112.ua.

Источник: 112.ua

видео по теме

Новости партнеров

Loading...

Виджет партнеров

d="M296.296,512H200.36V256h-64v-88.225l64-0.029l-0.104-51.976C200.256,43.794,219.773,0,304.556,0h70.588v88.242h-44.115 c-33.016,0-34.604,12.328-34.604,35.342l-0.131,44.162h79.346l-9.354,88.225L296.36,256L296.296,512z"/>