Vätgaskraftverk — trender och framtidsutsikter

Även om kärnkraftverk länge har ansetts vara mycket säkra, tvingade olyckan vid det japanska kärnkraftverket Fukushima 2011 återigen energiingenjörer runt om i världen att fundera över möjliga miljöproblem förknippade med denna typ av energi.

Regeringarna i många länder, inklusive ett antal EU-länder, har deklarerat en tydlig avsikt att överföra sina ekonomier till alternativ energi, utan att spara några investeringar och lova miljarder euro för denna industri under de kommande 5-10 åren. Och en av de mest lovande och miljösäkra typerna av ett sådant alternativ är väte.

Om kol, gas och olja tar slut, så finns det helt enkelt obegränsat med väte i haven, även om det inte lagras där i sin rena form, utan i form av en kemisk förening med syre - i form av vatten.

Vätgas är den mest miljövänliga energikällan. Att erhålla, transportera, lagra och använda väte kräver att vi utökar vår kunskap om dess interaktion med metaller.

Det finns många problem här.Här är bara några av dem som väntar på sin lösning: produktion av mycket rena väteisotoper med hjälp av membranfilter (till exempel från palladium), skapandet av tekniskt fördelaktiga vätebatterier, problemet med att bekämpa vätekostnaden för material, etc.

Miljösäkerheten för väte, jämfört med andra traditionella typer av energikällor, tvivlar ingen på: produkten av väteförbränning är återigen vatten i form av ånga, medan det är helt giftfritt.

Väte som bränsle kan lätt användas i förbränningsmotorer utan grundläggande förändringar, liksom i turbiner, och mer energi kommer att erhållas än från bensin. Om det specifika förbränningsvärmet av bensin i luft är cirka 44 MJ / kg, är denna siffra för väte cirka 141 MJ / kg, vilket är mer än 3 gånger högre. Petroleumprodukter är också giftiga.

Lagring och transport av väte kommer inte att orsaka särskilda problem, logistiken liknar propanens, men väte är mer explosivt än metan, så det finns fortfarande några nyanser här.

Vätgaslagringslösningar är följande. Det första sättet är den traditionella kompressionen och kondenseringen, då det kommer att vara nödvändigt att säkerställa dess ultralåga temperatur för att bibehålla det flytande tillståndet av väte. Det här är dyrt.

Det andra sättet är mer lovande - det är baserat på förmågan hos vissa kompositmetallsvampar (mycket porösa legeringar av vanadin, titan och järn) att aktivt absorbera väte och, vid låg uppvärmning, släppa det.

Ledande olje- och gasbolag som Enel och BP utvecklar aktivt väteenergi idag.För några år sedan startade italienska Enel världens första vätekraftverk, som inte förorenar atmosfären och inte släpper ut växthusgaser. Men den huvudsakliga brännpunkten i denna riktning ligger i följande fråga: hur man gör industriell produktion av väte billigare?

Problemet är att elektrolys av vatten kräver mycket elektricitet, och om produktionen av väte sätts i drift exakt genom elektrolys av vatten, kommer denna metod för industriell produktion av väte att vara mycket dyr för ekonomin i ett enda land: tre gånger, om inte fyra gånger , i termer av ekvivalent förbränningsvärme från petroleumprodukter Dessutom kan maximalt 5 kubikmeter gas per timme erhållas från en kvadratmeter elektroder i en industriell elektrolysator. Detta är långsamt och ekonomiskt opraktiskt.

Ett av de mest lovande sätten att producera väte i industriella volymer är den plasmakemiska metoden. Här erhålls väte billigare än genom elektrolys av vatten. I icke-jämviktsplasmatroner passerar en elektrisk ström genom en joniserad gas i ett magnetfält, och en kemisk reaktion sker i processen att överföra energi från "uppvärmda" elektroner till gasens molekyler.

Gasens temperatur ligger i intervallet från +300 till +1000 ° C, medan reaktionshastigheten som leder till produktion av väte är högre än vid elektrolys. Denna metod gör det möjligt att erhålla väte, som visar sig vara dubbelt (inte tre gånger) dyrare än traditionellt bränsle som erhålls från kolväten.

Den plasmakemiska processen sker i två steg: först sönderfaller koldioxid till syre och kolmonoxid, sedan reagerar kolmonoxid med vattenånga, vilket leder till väte och samma koldioxid som var i början (den konsumeras inte, om du tittar på hela slingtransformationen).

På experimentstadiet — plasmakemisk produktion av väte från svavelväte, som förblir en skadlig produkt överallt i utvecklingen av gas- och oljefält. Den roterande plasman skjuter helt enkelt ut svavelmolekylerna från reaktionszonen genom centrifugalkrafter, och den omvända reaktionen av omvandling till vätesulfid är utesluten. Denna teknik utjämnar priset på väte som produceras med traditionella typer av fossila bränslen, dessutom bryts svavel parallellt.

Och Japan har redan tagit upp den praktiska utvecklingen av väteenergi idag. Kawasaki Heavy Industries och Obayashi planerar att börja använda väteenergi för att driva staden Kobe senast 2018. De kommer att bli pionjärer bland dem som faktiskt kommer att börja använda väte för storskalig elproduktion, med praktiskt taget inga skadliga utsläpp.

Ett vätgaskraftverk på 1 MW kommer att byggas direkt i Kobe, där det kommer att leverera el till ett internationellt kongresscenter och arbetskontor för 10 000 lokala invånare. Och värmen som genereras vid stationen i processen att generera el från vätgas kommer att bli effektiv uppvärmning för lokala hus och kontorsbyggnader.

Gasturbinerna som produceras av Kawasaki Heavy Industries kommer naturligtvis inte att förses med rent väte, utan med en bränsleblandning som endast innehåller 20 % väte och 80 % naturgas.Anläggningen kommer att förbruka motsvarande 20 000 vätebränslecellsfordon per år, men denna erfarenhet kommer att vara starten på en stor vätekraftutveckling i Japan och utanför.

Vätereserver kommer att lagras direkt på kraftverkets territorium, och även i händelse av en jordbävning eller annan naturkatastrof kommer det att finnas bränsle i stationen, stationen kommer inte att vara avskuren från viktig kommunikation. Till 2020 kommer hamnen i Kobe att ha infrastruktur för stor väteimport eftersom Kawasaki Heavy Industries planerar att utveckla ett stort nätverk av vätekraftverk i Japan.