Vandenilio elektrinės – tendencijos ir perspektyvos
Nors atominės elektrinės nuo seno buvo laikomos labai saugiomis, 2011 metais Japonijos Fukušimos atominėje elektrinėje įvykusi avarija dar kartą privertė viso pasaulio energetikos inžinierius susimąstyti apie galimas su šia energijos rūšimi susijusias aplinkosaugos problemas.
Daugelio šalių vyriausybės, tarp jų ir nemažai ES šalių, pareiškė aiškų ketinimą perkelti savo ekonomiką į alternatyvią energiją, negailėdamos investicijų, žadėdamos šiai pramonei milijardus eurų per ateinančius 5-10 metų. Ir vienas iš perspektyviausių ir aplinkai saugiausių tokios alternatyvos rūšių yra vandenilis.
Jei anglis, dujos ir nafta baigsis, tai vandenynuose yra tiesiog neribotas vandenilio kiekis, nors jis ten saugomas ne grynas, o cheminio junginio su deguonimi pavidalu – vandens pavidalu.
Vandenilis yra ekologiškiausias energijos šaltinis. Norint gauti, transportuoti, laikyti ir naudoti vandenilį, reikia plėsti žinias apie jo sąveiką su metalais.
Čia yra daug problemų.Štai tik keletas iš jų, kurie laukia savo sprendimo: labai grynų vandenilio izotopų gamyba naudojant membraninius filtrus (pavyzdžiui, iš paladžio), technologiškai naudingų vandenilio baterijų kūrimas, kovos su vandenilio medžiagų kaina problema ir kt.
Vandenilio saugumu aplinkai, lyginant su kitais tradiciniais energijos šaltiniais, niekas neabejoja: vandenilio degimo produktas vėlgi yra vanduo garų pavidalu, tuo tarpu jis visiškai netoksiškas.
Vandenilį kaip kurą be esminių pakeitimų galima nesunkiai panaudoti vidaus degimo varikliuose, taip pat ir turbinose, o energijos bus gaunama daugiau nei iš benzino. Jei specifinė benzino degimo šiluma ore yra apie 44 MJ / kg, tai vandenilio atveju šis skaičius yra apie 141 MJ / kg, o tai yra daugiau nei 3 kartus didesnis. Naftos produktai taip pat yra toksiški.
Vandenilio laikymas ir transportavimas ypatingų problemų nesukels, logistika panaši į propano, tačiau vandenilis yra sprogstamesnis nei metanas, todėl čia dar yra niuansų.
Vandenilio saugojimo sprendimai yra tokie. Pirmasis būdas – tradicinis suspaudimas ir suskystinimas, kai reikės užtikrinti itin žemą jo temperatūrą, kad būtų išlaikyta skysta vandenilio būsena. Tai brangu.
Antrasis būdas yra perspektyvesnis – jis pagrįstas kai kurių kompozitinių metalinių kempinių (labai poringų vanadžio, titano ir geležies lydinių) gebėjimu aktyviai sugerti vandenilį ir, esant silpnam kaitinimui, jį išleisti.
Pirmaujančios naftos ir dujų įmonės, tokios kaip Enel ir BP, šiandien aktyviai plėtoja vandenilio energiją.Prieš keletą metų italų Enel pradėjo statyti pirmąją pasaulyje vandenilio elektrinę, kuri neteršia atmosferos ir neišskiria šiltnamio efektą sukeliančių dujų. Tačiau pagrindinis degimo taškas šia kryptimi yra toks: kaip atpiginti pramoninę vandenilio gamybą?
Problema ta vandens elektrolizė reikia daug elektros energijos, o jei vandenilio gamyba paleidžiama būtent per vandens elektrolizę, tai vienos šalies ekonomikai toks pramoninės vandenilio gamybos būdas kainuos labai brangiai: tris kartus, jei ne keturis kartus. , pagal lygiavertę degimo šilumą iš naftos produktų Be to, iš vieno kvadratinio metro elektrodų pramoniniame elektrolizatoriuje galima gauti ne daugiau kaip 5 kubinius metrus dujų per valandą. Tai lėta ir ekonomiškai nepraktiška.
Vienas iš perspektyviausių būdų gaminti vandenilį pramoniniais kiekiais yra plazminis cheminis metodas. Čia vandenilis gaunamas pigiau nei vandens elektrolizės būdu. Nepusiausvyriniuose plazmatronuose per jonizuotas dujas magnetiniame lauke praleidžiama elektros srovė, o energijos perdavimo iš „įkaitintų“ elektronų į dujų molekules procese vyksta cheminė reakcija.
Dujų temperatūra yra nuo +300 iki +1000 °C, o reakcijos greitis, vedantis į vandenilio gamybą, yra didesnis nei elektrolizės metu. Šis metodas leidžia gauti vandenilį, kuris, pasirodo, yra dvigubai (ne tris kartus) brangesnis nei tradicinis kuras, gaunamas iš angliavandenilių.
Plazmos cheminis procesas vyksta dviem etapais: pirma, anglies dioksidas skyla į deguonį ir anglies monoksidą, po to anglies monoksidas reaguoja su vandens garais, todėl susidaro vandenilis ir tas pats anglies dioksidas, kuris buvo pradžioje (nevartojamas, jei pažvelgsite į visą kilpos transformaciją).
Eksperimentiniame etape - plazminė-cheminė vandenilio gamyba iš vandenilio sulfido, kuris išlieka kenksmingas produktas visur plėtojant dujų ir naftos telkinius. Besisukanti plazma tiesiog išstumia sieros molekules iš reakcijos zonos išcentrinėmis jėgomis, o atvirkštinė konversijos į vandenilio sulfidą reakcija neįtraukiama. Ši technologija išlygina vandenilio, pagaminto su tradicinėmis iškastinio kuro rūšimis, kainą, be to, lygiagrečiai kasama ir siera.
O Japonija jau šiandien ėmėsi praktinio vandenilio energetikos plėtros. „Kawasaki Heavy Industries“ ir „Obayashi“ planuoja pradėti naudoti vandenilio energiją Kobės miestui maitinti iki 2018 m. Jie taps pionieriais tarp tų, kurie iš tikrųjų pradės naudoti vandenilį didelio masto elektros gamybai, praktiškai be kenksmingų teršalų.
1 MW vandenilio elektrinė bus pastatyta tiesiai Kobėje, kur ji tieks elektros energiją tarptautiniam konferencijų centrui ir darbo biurams 10 000 vietos gyventojų. O stotyje generuojama šiluma gaminant elektrą iš vandenilio taps efektyviu vietinių namų ir biurų pastatų šildymu.
„Kawasaki Heavy Industries“ gaminamos dujų turbinos, žinoma, bus tiekiamos ne grynu vandeniliu, o kuro mišiniu, kuriame yra tik 20% vandenilio ir 80% gamtinių dujų.Gamykla per metus sunaudos 20 000 vandenilio kuro elementų transporto priemonių, tačiau ši patirtis bus pagrindinės vandenilio energijos plėtros Japonijoje ir už jos ribų pradžia.
Vandenilio atsargos bus kaupiamos tiesiai elektrinės teritorijoje, o net ir įvykus žemės drebėjimui ar kitai stichinei nelaimei stotyje bus kuro, stotis nebus atjungta nuo gyvybiškai svarbių ryšių. Iki 2020 m. Kobės uostas turės infrastruktūrą dideliam vandenilio importui, nes „Kawasaki Heavy Industries“ planuoja Japonijoje plėtoti didelį vandenilio jėgainių tinklą.