С каждым годом во всем мире (Украина — не исключение) нарастает число публикаций и проектов, направленных на поиск дешевого, экологичного и высокоэффективного энергоносителя.
Сейчас можно уже утверждать, что век нефти, угля и газа, если еще и не закончился, то уже близится к своему последнему часу. Активизации творческого (уже не только научного, но и предпринимательского) поиска альтернативных источников энергии и внедрению технологий их производства в немалой мере способствует и порождаемые мировым рынком углеводородов политические авантюры и коммерческие риски, вызываемая им волатильность валютных и фондовых котировок.
Можно уверенно утверждать, что от успешности такого поиска зависит не только благополучие обществ завтрашнего дня, но и само существование человечества.
Одним из наиболее перспективных кандидатов на использование в качестве энергоносителя будущего выступает водород. Вспомним из школьной химии, что это самый простой химический элемент во Вселенной и на него приходится три четвертых всей материи в ней.
Водород является «сырьем» для бесконечного производства энергии звездами, в том числе, и Солнцем, в ходе термоядерных реакций.
Запасы водорода на нашей планете тоже неисчерпаемы и 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 каких-либо проблем, вопрос заключается лишь в том, как его извлечь и переработать.
Интересным фактом является и то, что водородный двигатель был изобретен французом Франсуа Исааком де Реваз в 1806 году. Практическое же использование привычных для нас двигателей внутреннего сгорания началось лишь более через полвека.
Но, в силу непредсказуемости истории, по каким-то, честно говоря, непонятным причинам, широкое распространение получил именно бензиновый, а не водородный двигатель. Особенно не повезло водороду в 20 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, практическое использование которого в качестве энергоносителя нецелесообразно, в первую очередь, из-за соображений безопасности.
Но физико-химические характеристики водорода, объективные и не зависящие от представлений людей о них, заставили 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 (образования 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 2-3 раза.
Как уже отмечалось выше, основная проблема во внедрении 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 уверенно отказаться.
Но пока, используемые источники получения водорода не позволяют достичь такой себестоимости его производства, хотя она и постоянно снижается. При использовании традиционных технологий производства водорода, процесс остается экономически невыгодным, так как требует вдвое большего объема электроэнергии, чем получение сопоставимых объемов углеводородов. При производстве водорода по традиционным технологиям из природного газа, сохраняются и 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 приемлемыми, с экономической точки зрения, выступают три технологии получения водорода, как потенциального энергоносителя.
Первая основывается на обработке природного газа паром высокой температуры (паровое углеводородное реформирование).
Вторая основывается на газификации низкосернистых углей в специальных печах при очень высокой температуре с последующей «очисткой» получаемого газа и разделения на составляющие. Обе эти 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 на Украине больших запасов угля, высокую развитость углехимической и металлургической промышленности, можно уже сейчас внедрять данные 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, снижении газовой зависимости Украины.
Третьей технологией является гидролиз воды, — электрохимическое ее 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 выступает участие отечественных предприятий в цикле производства этих двигателей, на основе контрактов с европейскими автоконцернами.
В то же время продолжается активная разработка других технологий, более экономически выгодных и технологически простых.
Одна из них представлена проектом HyperSolar (но не только им), осуществляемым 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 одним достоинством проекта выступает то, 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 и то, что данная 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 Chlamydomonasreinhardtii, которые при нехватке кислорода и серы, начинают бурную выработку водорода. Данный метод был изобретен Анастасиосом Мелисом, в конце прошлого века. Но опытно-конструкторские реализации данного проекта пока остаются единичными, хотя исследования продолжаются.
Интересными являются проекты, направленные на использование собранной солнечной энергии для выделения водорода непосредственно из источников, им богатых, особенно органической биомассы, муниципальных и сельскохозяйственных отходов. Учитывая большой запас последних и постоянный их рост, данная технология также представляется перспективной для внедрения в нашей стране.
Завершая рассмотрение заявленной темы, 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 международнозначимых имиджевых проектах, сохранить и развить научный и инженерный кадровый потенциал страны.
Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ.
Лучшие
Показать новые комментарии (0)
Все комментарии

| 6 Не, бандеры, ваше топливо -кизяк. Отныне и навсегда. Раскрыть всю ветку (3 сообщений в ветке) 
| 0 bobjones, Что бы был кизяк, надо чтоб было чего есть. 
| 1 bobjones, Пердежный газ! Топливо будущего для ВУкраины ))) 
| 1 А специализация всего мужского населения - мойщик сортиров, а женского, ну мы знаем.........! 
| 5 Приемлемых технологий получения водорода две:1)гидролиз, для чего нужно большое количество электроэнергии, чтобы выработать которую нужно сжечь газ. 2) Пиролиз - для получения которого нужно природный-же газ разложить на водород и окись углерода. над 404 гордо мрия мреют мрии. Раскрыть всю ветку (10 сообщений в ветке) 
| -2 vvg, А сероводород? 
| -1 vvg, С гидролизом как раз проблем нет: солнечную энергию можно использовать. Проблема с водородом - хранение. Любой, кто с ним работал, знает, как эта зараза легко течет. 
| 0 - солнечную энергию можно использовать Чтобы получать водород в приемлемых количествах при помощи солнечной энергии, надо заставить панелями всю руину. Прикиньте в какую "копеечку" это влетит. Дешевле будет покупать газ. Ну и да, упомянутая вами текучесть водорода. 
| 0 Александр Рыбакин, Вы это посчитали или вам кто сказал? По площади это десятки квадратных километров, по стоимости - десятки миллионов долларов (раз установил - десяток лет проработают). 
| 0 Andreykan, Посчитать очень просто: это требуемое количество электроэнергии для получения одного килограмма водорода из воды разделить на количество электроэнергии, получаемой от солнца на один квадратный метр и умножаем на кпд батареи - получим количество кв. метров, требуемых при для получения 1 кг водорода при солнечной погоде, умножаем на отношение количества солнечных дней в году и разделим на 365 - получим площадь требуемую под установку батарей для получения среднегодового производства одного килограмма водорода в сутки. Среднюю годовую потребность в водороде для замены природного газа: низшую теплоту сгорания газа разделить на низшую теплоту сгорания водорода и умножить на годовое потребление газа. Можете проделать эти манипуляции и получить площадь территорий, требуемых к отчуждению для солнечных батарей. А зачем вообще Украине сельское хозяйство? 
| 0 Andreykan, Если уж солнечная энергия преобразована в электрическую, то зачем именно её пускать её на гидролиз? Электричество оно и есть электричество, ничемн не отличается полученное от солнечных батарей или на АЭС, ГЭС и т.д. 
| 0 Грамотный вопрос, kaa 3! Если коротко, то КПД системы из солнечных батарей, электролизных ячеек и топливных элементов может быть выше, чем у системы из одних солнечных батарей. Солнечные батареи дают ток напряжением полвольта (кремниевые). Сколько ячеек нужно соединить последовательно, чтобы получить 220 В? Потери на последовательное сопротивление контактов - раз, потери из-за рассогласования токов - два (представьте, у вас последовательно соединены 110 ячеек, и на стекло над одной из них птичка какнула - и вся цепочка ток уже не дает, так как сопротивление одной ячейки стало большим), ранняя деградация из-за большого количества соединений в системе... КПД падает. А разложение воды требует всего 1,2 В. 
| 0 vvg, совершенно верно. Годовое потребление на Украине 143000000 киловатт часов в год, это 6*10^17 джоулей. Если водород дает 120 гигаджоулей на тонну, то нужно 5 миллионов тонн водорода в год или 0,16 тонны в секунду. Стандартный электролиз воды: 1 ватт мощности производит 10,5 микрограмма водорода. Мощность солнечного излучения на поверхности земли 100 мВt на квадратный сантиметр. Дешевыми солнечными батареями сейчас процентов 20 преобразуется. Получаем 20 милливатт. Еще на 4 поделим (полсуток - ночь, плюс в течение дня мощность меняется). Получаем 200 квадратных сантиметров на ватт. Составляем пропорцию - получаем 300 квадратных километров. Иначе говоря, 30 на 10 км - часть Чернобыльской зоны. 
| 0 Andreykan, 20% КПД для фотоэлемента - это фантастика... Далее, есть другие интересные циферки: во-первых, только недавно фотоэлементы стали производить за весь свой срок службы энергии на сумму, большую, чем они стоили сами. И это лучшие образцы... Как по мне, так лучше выращивать в бочках что-то типа пресловутой хлореллы, генномодифицированной таким образом, чтобы продуцировать как можно больше жира, каковой не так, чтобы сложно переработать в дизель. 
| 0 Jackson 57: Почему фантастика? SunPower, например, уже 5 лет серийно производит панели серии Е20 с КПД 20%. -------------------------------------- ...только недавно фотоэлементы стали производить за весь свой срок службы энергии на сумму, большую, чем они стоили сами. И это лучшие образцы... -------------------------------------- А это вообще неправда. Расчетный срок службы серийных кремниевых панелей 30 лет, время выплаты сейчас порядка 1-1,5 лет. 
| 2 Помню, как химичка бахнула водородно-кислородную смесь из 250 кубовой мензурки. Метров с 4 в шаровом плафоне пробило аккуратную дырку... Опасен водород. "Гинденбург". давеча, это доказал... 
| 8 Боже мой, КАКАЯ НЕСУСВЕТНАЯ ЧУШЬ!! Увеличение КПД на 50-70% по сравнению с бензиновыми аналогами..!!! У ДВС КПД около 40%, а тут ещё 70% добавляются - вечный двигатель отдыхает. Но вообще-то у ДВС есть термический КПД, который нельзя превысить, а он 70-72%, так что "эффективность выше бензиновых уже в 2-3 раза" - это даже не двойка по Теории ДВС, а немедленное отчисление с волчьим билетом. Утверждаю авторитетно - я выпускник по специальности Конструирование ДВС. Раскрыть всю ветку (6 сообщений в ветке) 
| 6 kaa 3, ващето при увеличении 40% -ного КПД на 50% , результатом будет 60%-ый КПД. И для этого нужно быть всего лишь выпускником начальной школы... 
| 0 zwaan, Проценты - единица измерения КПД. Так что увеличение на 50% - это прибавить 50 к 40. Это как если у вас зарплата 40 рублей, а прибавляют 50. 
| 0 zwaan и Каа, это скорее проблема определения в переводе. Вообще действительно не совсем понятно, как понимать выражение "увеличение КПД на Х процентов", когда КПД это сам по себе процент? Слово "на" подразумевает сложение, а не умножение, но "процент" подразумевает умножение. У меня вопрос: "на полтора порядка",- это во сколько? Или это вообще недопустимое выражение? 
| 1 kaa 3, про термодинамический КПД тут не все догадываются, а уж про автора чё говорить... Березовский в своё время давал денех Курчатнику на производство такого двигателя, естественно, старые грибы не сделали ничего, надяесь, что проканает принцЫп - в науке отрицательный результат -тоже результат...но, адвокаты Берёзы не приняли этой научной истины, и попали на бабки господа с докторскими...жаль, что только так, при Берии - посадили-бы, и правильно. Деньги, в результате, отдало государство, а Берёзе они в прок не пошли, англичане удавили, сердешного.... Кстати, чё там с "двигателем имени Шапиро" - развод? или "пока не время"? 
| 0 zif.samarkandskiy, О, это тема интереснейшая, хотя и мало освещённая в пресе. Берёзу развести не удалось, а Прохорова, видимо, неплохо потрясли. И роторный движок для ёмобиля ему всучивали и установку для добычи дешевейшего бензина из угля и т.д. Прохор даже похвастаться успел. А водородный движок вообще тема давняя, сейчас идёт вторая волна, а первая была в конце 70-х, тогда и "Москвич" на водороде по Харькову разъезжал, его по телеку много раз показывали. Всё упёрлось в цену водорода и в трудности с хранением. А несколько лет назад мой знакомый с удивлением обнаружил в Сети автореферат своей собственной диссертации 81-го года по водородному двигателю. Только выдавалась эта работа за новую и была подписана двумя незнакомыми фамилиями. Скопировали слово в слово, даже графики не перевели в цифровой формат, а тупо отсканировали миллиметровку. Видать, славно попилили ребята какой-то грантик. 
| 0 zif.samarkandskiy, Мотор Шапиро, видимо, там же где и другие роторные - в подвешенном состоянии. Диавол таится в деталях, даже Ванкеля не смогли довести до конкурентоспособного состояния, а ведь лет 40-50 старались, Мазда на этом шею свернула. 
| 1 Как глубоко проникли украинцы! глава штаба ВМС Франции адмирал Кристоф Празюк 
| 9 Чтобы понять, каким образом изобретение водородной бомбы принесло водороду репутацию опасного топлива, нужно быть не просто Тимуром, а самым настоящим Чмеруком... 
| 6 "Но, в силу непредсказуемости истории, по каким-то, честно говоря, непонятным причинам, широкое распространение получил именно бензиновый, а не водородный двигатель" , это точно человек писал? Раскрыть всю ветку (7 сообщений в ветке) 
| 1 N 99, Водородный человек писал. Кислород в его обмене веществ заменён водородом. Торжество нанотехнологий. 
| 0 kaa 3, Н-Н-Н , Н2Н ? Точно торжество :) 
| 0 kaa 3, я как-то задумывался о самом совершенном создании Божьего Промысла во Вселенный, из всех известных на данный момент. Как не крутил,- черная дыра получалась :-/ 
| 3 N 99, "У меня вопрос: "на полтора порядка",- это во сколько? Или это вообще недопустимое выражение?" На порядок - коэффициент 10 на два порядка - 10^2=100 на полпорядка - 10^0.5=3.16 Полтора порядка 10^1.5=31.6 
| 0 baikal2011, хм.., что-то я об этом не подумал. Всегда брал примерно в пятьдесят раз. Тупею. 
| 0 baikal2011, Ммммм...... Думаю что на порядок - коэффициент от 10 до 99. А на два порядка - от 100 до 999 
| 0 N 99, Да уж, чёрная дыра совершенна, а те кто не согласен приглашаются подойти поближе и рассмореть детали.)) 
| 0 Нос утрите и штаны подтяните. 
| 1 По оценке Департамента энергетики США, если цена водорода будет составлять 5 долларов за 1 кг, то от использования других видов топлива можно будет уверенно отказаться... Это уже ближе к Вам укры. Под такую цену амеры усилят грабеж мира, а Вам будут его впаривать раз в 10 дороже. Раскрыть всю ветку (1 сообщений в ветке) 
| 0 Алексей (Крюково), Так можно про любое топливо сказать. Если уголь будет по копейке мешок, а бензин по рублю за бочку и т.д. 
| 1 Хохлостан, страна у которой нет промышленности, нет полезных ископаемых, нет специалистов мечтает стать энергонезависимым государством - нонсенс! Раскрыть всю ветку (2 сообщений в ветке) 
| 0 a.a.buchholz, а чего нонсенс то? 2013-й год: потребление метана где-то за пятьдесят млрд кубов. 2017-й: двадцать девять тех же единиц. Я вообще не понимаю: на фиг им что-то потреблять? 
| 0 a.a.buchholz, в статье есть ключевая фраза - Для отечественной экономики, учитывая пока еще высокий уровень интеллектуального и инженерно-технического потенциала Украины, - то есть пока есть работаем а потом все едем унитазы мыть
Показать новые комментарии (0)bobjones
0ncnjqybr
Forsite
a.a.buchholz
vvg
liova01
Andreykan
Александр Рыбакин
Andreykan
vvg
kaa 3
Andreykan
Andreykan
Jackson 57
Andreykan
liova01
kaa 3
zwaan
kaa 3
N 99
zif.samarkandskiy
kaa 3
kaa 3
liova01
zwaan
N 99
kaa 3
N 99
N 99
baikal2011
N 99
kaa 3
kaa 3
0ncnjqybr
Алексей (Крюково)
kaa 3
a.a.buchholz
N 99
Che
в ответ(Показать комментарийСкрыть комментарий)