Hydrogenkraftverk — trender og utsikter

Selv om atomkraftverk lenge har vært ansett som svært sikre, tvang ulykken ved Japans atomkraftverk i Fukushima i 2011 nok en gang energiingeniører over hele verden til å tenke på mulige miljøproblemer knyttet til denne energitypen.

Regjeringene i mange land, inkludert en rekke EU-land, har erklært en klar intensjon om å overføre sine økonomier til alternativ energi, uten å spare på investeringer, og love milliarder av euro for denne industrien i løpet av de neste 5-10 årene. Og en av de mest lovende og miljøsikre typene av et slikt alternativ er hydrogen.

Hvis kull, gass og olje tar slutt, er det rett og slett ubegrenset hydrogen i havene, selv om det ikke er lagret der i sin rene form, men i form av en kjemisk forbindelse med oksygen - i form av vann.

Hydrogen er den mest miljøvennlige energikilden. Innhenting, transport, lagring og bruk av hydrogen krever utvidelse av vår kunnskap om dets interaksjon med metaller.

Det er mange problemer her.Her er bare noen av dem som venter på deres løsning: produksjon av svært rene hydrogenisotoper ved hjelp av membranfiltre (for eksempel fra palladium), opprettelse av teknologisk fordelaktige hydrogenbatterier, problemet med å bekjempe hydrogenkostnadene til materialer, etc.

Miljøsikkerheten til hydrogen, sammenlignet med andre tradisjonelle typer energikilder, tviler ingen på: produktet av hydrogenforbrenning er igjen vann i form av damp, mens det er helt giftfritt.

Hydrogen som drivstoff kan enkelt brukes i forbrenningsmotorer uten grunnleggende endringer, samt i turbiner, og det vil hentes mer energi enn fra bensin. Hvis den spesifikke forbrenningsvarmen av bensin i luft er omtrent 44 MJ / kg, er dette tallet for hydrogen omtrent 141 MJ / kg, som er mer enn 3 ganger høyere. Petroleumsprodukter er også giftige.

Lagring og transport av hydrogen vil ikke skape spesielle problemer, logistikken ligner på propan, men hydrogen er mer eksplosivt enn metan, så det er fortsatt noen nyanser her.

Hydrogenlagringsløsninger er som følger. Den første måten er tradisjonell komprimering og flytendegjøring, når det vil være nødvendig å sikre sin ultralave temperatur for å opprettholde den flytende tilstanden til hydrogen. Dette er dyrt.

Den andre måten er mer lovende - den er basert på evnen til noen komposittmetallsvamper (svært porøse legeringer av vanadium, titan og jern) til aktivt å absorbere hydrogen og ved lav oppvarming frigjøre det.

Ledende olje- og gasselskaper som Enel og BP utvikler aktivt hydrogenenergi i dag.For noen år siden startet italienske Enel verdens første hydrogenkraftverk, som ikke forurenser atmosfæren og ikke slipper ut klimagasser. Men det viktigste brennpunktet i denne retningen ligger i følgende spørsmål: hvordan gjøre industriell produksjon av hydrogen billigere?

Problemet er det elektrolyse av vann krever mye elektrisitet, og hvis produksjonen av hydrogen settes i drift nøyaktig gjennom elektrolyse av vann, vil denne metoden for industriell produksjon av hydrogen være svært kostbar for økonomien i et enkelt land: tre ganger, om ikke fire ganger , i form av ekvivalent forbrenningsvarme fra petroleumsprodukter I tillegg kan maksimalt 5 kubikkmeter gass per time hentes fra en kvadratmeter elektroder i en industriell elektrolysator. Dette er sakte og økonomisk upraktisk.

En av de mest lovende måtene å produsere hydrogen i industrielle volumer på er den plasmakjemiske metoden. Her får man hydrogen billigere enn ved elektrolyse av vann. I ikke-likevektsplasmatroner føres en elektrisk strøm gjennom en ionisert gass i et magnetfelt, og det skjer en kjemisk reaksjon i prosessen med å overføre energi fra «oppvarmede» elektroner til molekylene i gassen.

Temperaturen på gassen er i området fra +300 til +1000 ° C, mens reaksjonshastigheten som fører til produksjon av hydrogen er høyere enn ved elektrolyse. Denne metoden gjør det mulig å oppnå hydrogen, som viser seg å være dobbelt (ikke tre ganger) dyrere enn tradisjonelt drivstoff hentet fra hydrokarboner.

Den plasmakjemiske prosessen foregår i to trinn: først brytes karbondioksid ned til oksygen og karbonmonoksid, deretter reagerer karbonmonoksid med vanndamp, noe som fører til hydrogen og det samme karbondioksidet som var i begynnelsen (det blir ikke konsumert, hvis du ser hele sløyfetransformasjonen).

På det eksperimentelle stadiet — plasmakjemisk produksjon av hydrogen fra hydrogensulfid, som forblir et skadelig produkt overalt i utviklingen av gass- og oljefelt. Det roterende plasmaet sender ganske enkelt ut svovelmolekylene fra reaksjonssonen ved hjelp av sentrifugalkrefter, og den omvendte reaksjonen av omdannelse til hydrogensulfid er utelukket. Denne teknologien utjevner prisen på hydrogen produsert med tradisjonelle typer fossilt brensel, i tillegg utvinnes svovel parallelt.

Og Japan har allerede tatt opp den praktiske utviklingen av hydrogenenergi i dag. Kawasaki Heavy Industries og Obayashi planlegger å begynne å bruke hydrogenenergi til å drive byen Kobe innen 2018. De vil bli pionerer blant dem som faktisk vil begynne å bruke hydrogen til storskala elektrisitetsproduksjon, med praktisk talt ingen skadelige utslipp.

Et 1 MW hydrogenkraftverk skal bygges direkte i Kobe, hvor det skal levere strøm til et internasjonalt konferansesenter og arbeidskontorer for 10.000 lokale innbyggere. Og varmen som genereres på stasjonen i prosessen med å generere elektrisitet fra hydrogen vil bli effektiv oppvarming for lokale hus og kontorbygg.

Gassturbinene som produseres av Kawasaki Heavy Industries vil selvsagt ikke bli forsynt med rent hydrogen, men med en drivstoffblanding som kun inneholder 20 % hydrogen og 80 % naturgass.Anlegget vil forbruke tilsvarende 20.000 hydrogenbrenselcellekjøretøyer per år, men denne erfaringen vil være starten på en stor utbygging av hydrogenkraft i Japan og utover.

Hydrogenreserver vil bli lagret direkte på kraftverkets territorium, og selv i tilfelle jordskjelv eller annen naturkatastrofe vil det være drivstoff i stasjonen, stasjonen vil ikke være avskåret fra viktig kommunikasjon. Innen 2020 vil havnen i Kobe ha infrastruktur for større hydrogenimport ettersom Kawasaki Heavy Industries planlegger å utvikle et stort nettverk av hydrogenkraftverk i Japan.