Водородная энергетика

В статье рассказывается о преимуществах, трудностях на путях становления и вероятных перспективах водородной энергетики.

Одним из важных и перспективных направлений мирового производства электрической энергии является водородная энергетика (ВЭ). По КПД она превосходит электростанции, работающие на возобновляемых источниках энергии (солнечные, ветровые, геотермальные), на углеводородах (угольные, газовые, мазутные), а также АЭС и ГЭС.

Интерес к ВЭ обусловлен высокими эксплуатационными и технологическими характеристиками ее главного топливного носителя водорода. По теплотворной способности он кратно опережает все известные виды топлива.

Она составляет для него 33800 ккал/кг, что 2,55 раза больше, чем у метана, в 2,8 раза пропана, в 2,9 раза бензина, в 5,4 раза средневзвешенного значения для каменного угля. Поэтому как топливный материал он обладает уникально высоким коэффициентом теплоотдачи. Для его перевозки может быть использован трубопроводный транспорт.

Для эксплуатации Н не трудно переводить в сжиженное состояние и обратно. Имеет небольшую массу, сохраняет свои качественные показатели в течение всего срока хранения. Не токсичен, экологичен, практически безотходен. Единственным продуктом выброса является обыкновенная вода. В идеале Н в природе не иссякаем. При достижении человечеством очередных уровней познания, разработке принципиально новых видов высоких технологий водород при минимальных затратах можно будет получать из воды, углеводородных соединений (уголь, нефть, торф, газ, горючие сланцы, графит, метан, пропан, продукты жизнедеятельности людей, все виды растений, останки животных и др.).

Но все это в скорой перспективе. Пока же трудности производства водорода в крупных промышленных масштабах остаются главным препятствием для его самостоятельного использования в большой энергетике, то есть в строительстве автономных многомегаваттных ЭС. В современный период чистый водород добывают двумя основными способами: электролитическим и плазмохимическим. Первый предусматривает разложение воды на кислород и водород с помощью электрического тока.

Причем кислород также используется в водородной энергетике (водородных двигателях) в качестве окислителя. Проблема состоит в дороговизне процесса, его низкой производительности. Расчетные и экспериментально-опытные работы показывают, что в финальном варианте стоимость электроэнергии может оказаться в 4 и даже в 5 раз дороже, чем при использовании сопоставимого объема бензина. Плазмохимический метод основан на применении электротока в газе в магнитном поле в условиях высокой температуры (от 300 0С до 10000С). Он более производителен и экономичен, но технологически сложен. Состоит из нескольких этапов. Конечный товар водород получается более дешевым, чем при первом варианте, но все равно как минимум в два раза дороже изготовления традиционного углеводородного топлива.

Использование в качестве сырья главных конкурентов водорода метана и пропана в современный период вообще не рассматривается. Оба газа сами относятся к ценным топливным ресурсам.

Сейчас вопрос получения водорода становится базовым при проведении научных изысканий в водородной энергетике. Другая проблема, носящая актуальный, но менее критический характер, связана с хранением водорода. Он взрывоопасен. Для его содержания, транспортировки и установки в местах применения (например, в автомобилях на водородном топливе) используются контейнеры (резервуары) с несколькими степенями прочности. Они объемны, тяжелы, трудны в монтаже, резко повышают вес конечного изделия.

Требовательны к условиям хранения и перевозки. Нуждаются в спецтранспорте и постоянном контроле. В качестве возможной альтернативы рассматриваются и исследуются новые виды полимерных композиционных материалов. Вероятнее всего, пути решения проблемы определены. Дело осталось за конкретизацией идей и практической апробацией научных выводов.

Пока же удел водородной энергетики малые мощности станций. Она начинает приобретать популярность в частном домостроении, на фермах, в теплицах, промышленном и гражданском строительстве, торговых центрах, мастерских, гаражах и коттеджных поселках. При малой мощности недостатки ВЭ нивелируются, так как производство ограниченных объемов водорода не так дорого.

Он может получаться в качестве побочного продукта от деятельности, например, предприятий ГМК. Наиболее наглядной демонстрацией возможностей Н в этом направлении являются автомобили на водородном топливе. Таким образом, можно сделать вывод, что водородная энергетика пока находится на начальном пути своего становления. Но перспективы выглядят более чем обнадеживающими. Скорее всего, уже в ближайшие 10 лет можно будет говорить о начале новой эры в получении электрической энергии.