Hydrogen power plants — mga uso at prospect

Kahit na ang mga nuclear power plant ay matagal nang itinuturing na napakaligtas, ang aksidente sa Fukushima nuclear power plant sa Japan noong 2011 ay muling nagpilit sa mga inhinyero ng enerhiya sa buong mundo na isipin ang mga posibleng problema sa kapaligiran na nauugnay sa ganitong uri ng enerhiya.

Ang mga pamahalaan ng maraming mga bansa, kabilang ang ilang mga bansa sa EU, ay nagpahayag ng isang malinaw na intensyon na ilipat ang kanilang mga ekonomiya sa alternatibong enerhiya, walang tipid na pamumuhunan, na nangangako ng bilyun-bilyong euro para sa industriyang ito sa susunod na 5-10 taon. At isa sa mga pinaka-promising at ligtas sa kapaligiran na uri ng naturang alternatibo ay hydrogen.

Kung ang karbon, gas at langis ay maubusan, kung gayon mayroong walang limitasyong hydrogen sa mga karagatan, bagaman hindi ito nakaimbak doon sa dalisay nitong anyo, ngunit sa anyo ng isang kemikal na tambalan na may oxygen - sa anyo ng tubig.

Ang hydrogen ay ang pinaka-friendly na mapagkukunan ng enerhiya. Ang pagkuha, pagdadala, pag-iimbak at paggamit ng hydrogen ay nangangailangan ng pagpapalawak ng ating kaalaman sa pakikipag-ugnayan nito sa mga metal.

Maraming problema dito.Narito ang ilan lamang sa kanila na naghihintay ng kanilang solusyon: ang paggawa ng napakadalisay na hydrogen isotopes gamit ang mga filter ng lamad (halimbawa, mula sa palladium), ang paglikha ng mga teknolohikal na kapaki-pakinabang na baterya ng hydrogen, ang problema sa paglaban sa halaga ng hydrogen ng mga materyales, atbp.

Ang kaligtasan sa kapaligiran ng hydrogen, kumpara sa iba pang mga tradisyonal na uri ng mga pinagmumulan ng enerhiya, walang sinuman ang nag-aalinlangan: ang produkto ng pagkasunog ng hydrogen ay muling tubig sa anyo ng singaw, habang ito ay ganap na hindi nakakalason.

Ang hydrogen bilang gasolina ay madaling magamit sa panloob na mga makina ng pagkasunog nang walang mga pangunahing pagbabago, gayundin sa mga turbine, at mas maraming enerhiya ang makukuha kaysa sa gasolina. Kung ang tiyak na init ng pagkasunog ng gasolina sa hangin ay halos 44 MJ / kg, kung gayon para sa hydrogen ang figure na ito ay halos 141 MJ / kg, na higit sa 3 beses na mas mataas. Ang mga produktong petrolyo ay nakakalason din.

Ang imbakan at transportasyon ng hydrogen ay hindi magiging sanhi ng mga partikular na problema, ang logistik ay katulad ng propane, ngunit ang hydrogen ay mas sumasabog kaysa sa mitein, kaya mayroon pa ring ilang mga nuances dito.

Ang mga solusyon sa imbakan ng hydrogen ay ang mga sumusunod. Ang unang paraan ay ang tradisyunal na compression at liquefaction, kapag ito ay kinakailangan upang matiyak ang kanyang ultra-mababang temperatura upang mapanatili ang likidong estado ng hydrogen. Ito ay mahal.

Ang pangalawang paraan ay mas promising - ito ay batay sa kakayahan ng ilang composite metal sponges (highly porous alloys ng vanadium, titanium at iron) na aktibong sumipsip ng hydrogen at, sa mababang pag-init, pinakawalan ito.

Ang mga nangungunang kumpanya ng langis at gas tulad ng Enel at BP ay aktibong bumubuo ng hydrogen energy ngayon.Ilang taon na ang nakalilipas, sinimulan ng Italian Enel ang unang hydrogen power plant sa mundo, na hindi nagpaparumi sa kapaligiran at hindi naglalabas ng mga greenhouse gas. Ngunit ang pangunahing nasusunog na punto sa direksyon na ito ay namamalagi sa sumusunod na tanong: kung paano gawing mas mura ang pang-industriya na produksyon ng hydrogen?

Ang problema ay iyon electrolysis ng tubig nangangailangan ng maraming kuryente, at kung ang produksyon ng hydrogen ay inilalagay sa stream nang tumpak sa pamamagitan ng electrolysis ng tubig, kung gayon para sa ekonomiya sa isang bansa ang pamamaraang ito ng pang-industriyang produksyon ng hydrogen ay magiging napakamahal: tatlong beses, kung hindi apat na beses , sa mga tuntunin ng katumbas na init ng pagkasunog mula sa mga produktong petrolyo. Bilang karagdagan, ang maximum na 5 metro kubiko ng gas kada oras ay maaaring makuha mula sa isang metro kuwadrado ng mga electrodes sa isang pang-industriyang electrolyzer. Ito ay mabagal at hindi praktikal sa ekonomiya.

Ang isa sa mga pinaka-promising na paraan upang makabuo ng hydrogen sa mga volume na pang-industriya ay ang plasma-chemical method. Dito, ang hydrogen ay nakukuha nang mas mura kaysa sa electrolysis ng tubig. Sa non-equilibrium plasmatrons, ang isang electric current ay dumaan sa isang ionized gas sa isang magnetic field, at isang kemikal na reaksyon ang nangyayari sa proseso ng paglilipat ng enerhiya mula sa "pinainit" na mga electron sa mga molecule ng gas.

Ang temperatura ng gas ay nasa hanay mula +300 hanggang +1000 ° C, habang ang rate ng reaksyon na humahantong sa produksyon ng hydrogen ay mas mataas kaysa sa electrolysis. Ginagawang posible ng pamamaraang ito na makakuha ng hydrogen, na lumalabas na dalawang beses (hindi tatlong beses) na mas mahal kaysa sa tradisyonal na gasolina na nakuha mula sa mga hydrocarbon.

Ang proseso ng plasma-kemikal ay nagaganap sa dalawang yugto: una, ang carbon dioxide ay nabubulok sa oxygen at carbon monoxide, pagkatapos ay ang carbon monoxide ay tumutugon sa singaw ng tubig, na humahantong sa hydrogen at ang parehong carbon dioxide na nasa simula (hindi ito natupok, kung titingnan mo ang buong pagbabagong-anyo ng loop).

Sa pang-eksperimentong yugto - ang plasma-kemikal na produksyon ng hydrogen mula sa hydrogen sulfide, na nananatiling isang nakakapinsalang produkto sa lahat ng dako sa pagbuo ng mga patlang ng gas at langis. Ang umiikot na plasma ay inilalabas lamang ang mga molekula ng asupre mula sa sona ng reaksyon sa pamamagitan ng mga puwersang sentripugal, at ang reverse reaction ng conversion sa hydrogen sulfide ay hindi kasama. Tinutumbasan ng teknolohiyang ito ang presyo ng hydrogen na ginawa sa mga tradisyunal na uri ng fossil fuels, bilang karagdagan, ang sulfur ay mina nang magkatulad.

At kinuha na ng Japan ang praktikal na pag-unlad ng hydrogen energy ngayon. Plano ng Kawasaki Heavy Industries at Obayashi na simulan ang paggamit ng hydrogen energy para palakasin ang lungsod ng Kobe sa 2018. Magiging mga pioneer sila sa mga aktwal na magsisimulang gumamit ng hydrogen para sa malakihang produksyon ng kuryente, na halos walang nakakapinsalang emisyon.

Direktang itatayo ang isang 1 MW hydrogen power plant sa Kobe, kung saan magbibigay ito ng kuryente sa isang international convention center at mga opisina ng trabaho para sa 10,000 lokal na residente. At ang init na nabuo sa istasyon sa proseso ng pagbuo ng kuryente mula sa hydrogen ay magiging mahusay na pag-init para sa mga lokal na bahay at mga gusali ng opisina.

Ang mga gas turbine na ginawa ng Kawasaki Heavy Industries, siyempre, ay hindi ibibigay sa purong hydrogen, ngunit may pinaghalong gasolina na naglalaman lamang ng 20% ​​hydrogen at 80% natural na gas.Ang planta ay kumonsumo ng katumbas ng 20,000 hydrogen fuel cell na sasakyan bawat taon, ngunit ang karanasang ito ang magiging simula ng pangunahing pag-unlad ng hydrogen power sa Japan at higit pa.

Ang mga reserbang hydrogen ay direktang iimbak sa teritoryo ng planta ng kuryente, at kahit na sa kaganapan ng isang lindol o iba pang natural na sakuna, magkakaroon ng gasolina sa istasyon, ang istasyon ay hindi mapuputol mula sa mahahalagang komunikasyon. Sa 2020, ang daungan ng Kobe ay magkakaroon ng imprastraktura para sa mga pangunahing pag-import ng hydrogen habang ang Kawasaki Heavy Industries ay nagpaplano na bumuo ng isang malaking network ng mga hydrogen power plant sa Japan.