Μονάδες ηλεκτροπαραγωγής υδρογόνου — τάσεις και προοπτικές
Αν και οι πυρηνικοί σταθμοί θεωρούνται από καιρό πολύ ασφαλείς, το ατύχημα στον πυρηνικό σταθμό της Φουκουσίμα της Ιαπωνίας το 2011 ανάγκασε για άλλη μια φορά τους μηχανικούς ενέργειας σε όλο τον κόσμο να σκεφτούν πιθανά περιβαλλοντικά προβλήματα που σχετίζονται με αυτό το είδος ενέργειας.
Οι κυβερνήσεις πολλών χωρών, συμπεριλαμβανομένων ορισμένων χωρών της ΕΕ, έχουν δηλώσει ξεκάθαρη πρόθεση να μεταφέρουν τις οικονομίες τους σε εναλλακτική ενέργεια, χωρίς να φείδονται επενδύσεις, υποσχόμενοι δισεκατομμύρια ευρώ για αυτόν τον κλάδο τα επόμενα 5-10 χρόνια. Και ένας από τους πιο πολλά υποσχόμενους και περιβαλλοντικά ασφαλείς τύπους μιας τέτοιας εναλλακτικής λύσης είναι το υδρογόνο.
Εάν εξαντληθεί ο άνθρακας, το φυσικό αέριο και το πετρέλαιο, τότε υπάρχει απλώς απεριόριστο υδρογόνο στους ωκεανούς, αν και δεν αποθηκεύεται εκεί στην καθαρή του μορφή, αλλά με τη μορφή μιας χημικής ένωσης με οξυγόνο - με τη μορφή νερού.
Το υδρογόνο είναι η πιο φιλική προς το περιβάλλον πηγή ενέργειας. Η απόκτηση, η μεταφορά, η αποθήκευση και η χρήση υδρογόνου απαιτεί την επέκταση των γνώσεών μας για την αλληλεπίδρασή του με τα μέταλλα.
Υπάρχουν πολλά προβλήματα εδώ.Εδώ είναι μερικά μόνο από αυτά που περιμένουν τη λύση τους: η παραγωγή ισοτόπων υδρογόνου υψηλής καθαρότητας με χρήση φίλτρων μεμβράνης (για παράδειγμα, από παλλάδιο), η δημιουργία τεχνολογικά συμφερόντων μπαταριών υδρογόνου, το πρόβλημα της καταπολέμησης του κόστους υδρογόνου των υλικών κ.λπ.
Η περιβαλλοντική ασφάλεια του υδρογόνου, σε σύγκριση με άλλους παραδοσιακούς τύπους πηγών ενέργειας, κανείς δεν αμφιβάλλει: το προϊόν της καύσης του υδρογόνου είναι και πάλι το νερό σε μορφή ατμού, ενώ είναι εντελώς μη τοξικό.
Το υδρογόνο ως καύσιμο μπορεί εύκολα να χρησιμοποιηθεί σε κινητήρες εσωτερικής καύσης χωρίς θεμελιώδεις αλλαγές, καθώς και σε τουρμπίνες, και θα ληφθεί περισσότερη ενέργεια από ό,τι από τη βενζίνη. Εάν η ειδική θερμότητα καύσης της βενζίνης στον αέρα είναι περίπου 44 MJ / kg, τότε για το υδρογόνο αυτό το ποσοστό είναι περίπου 141 MJ / kg, το οποίο είναι περισσότερο από 3 φορές υψηλότερο. Τα προϊόντα πετρελαίου είναι επίσης τοξικά.
Η αποθήκευση και η μεταφορά του υδρογόνου δεν θα προκαλέσει ιδιαίτερα προβλήματα, τα logistics είναι παρόμοια με αυτά του προπανίου, αλλά το υδρογόνο είναι πιο εκρηκτικό από το μεθάνιο, επομένως υπάρχουν ακόμα ορισμένες αποχρώσεις εδώ.
Οι λύσεις αποθήκευσης υδρογόνου είναι οι εξής. Ο πρώτος τρόπος είναι η παραδοσιακή συμπίεση και υγροποίηση, όταν θα χρειαστεί να εξασφαλιστεί η εξαιρετικά χαμηλή θερμοκρασία του για να διατηρηθεί η υγρή κατάσταση του υδρογόνου. Αυτό είναι ακριβό.
Ο δεύτερος τρόπος είναι πιο πολλά υποσχόμενος - βασίζεται στην ικανότητα ορισμένων σύνθετων μεταλλικών σπόγγων (υψηλά πορώδη κράματα βαναδίου, τιτανίου και σιδήρου) να απορροφούν ενεργά το υδρογόνο και, σε χαμηλή θέρμανση, να το απελευθερώνουν.
Κορυφαίες εταιρείες πετρελαίου και φυσικού αερίου όπως η Enel και η BP αναπτύσσουν ενεργά την ενέργεια υδρογόνου σήμερα.Πριν από μερικά χρόνια, η ιταλική Enel ξεκίνησε την πρώτη μονάδα παραγωγής υδρογόνου στον κόσμο, η οποία δεν μολύνει την ατμόσφαιρα και δεν εκπέμπει αέρια θερμοκηπίου. Αλλά το κύριο σημείο καύσης προς αυτή την κατεύθυνση βρίσκεται στο εξής ερώτημα: πώς να γίνει φθηνότερη η βιομηχανική παραγωγή υδρογόνου;
Το πρόβλημα είναι ότι ηλεκτρόλυση νερού απαιτεί πολλή ηλεκτρική ενέργεια και εάν η παραγωγή υδρογόνου τεθεί σε κυκλοφορία ακριβώς μέσω της ηλεκτρόλυσης του νερού, τότε για την οικονομία σε μια μόνο χώρα αυτή η μέθοδος βιομηχανικής παραγωγής υδρογόνου θα είναι πολύ ακριβή: τρεις φορές, αν όχι τέσσερις φορές , σε όρους ισοδύναμης θερμότητας καύσης από προϊόντα πετρελαίου Επιπλέον, από ένα τετραγωνικό μέτρο ηλεκτροδίων σε βιομηχανικό ηλεκτρολύτη μπορούν να ληφθούν το πολύ 5 κυβικά μέτρα αερίου την ώρα. Αυτό είναι αργό και οικονομικά ανέφικτο.
Ένας από τους πιο πολλά υποσχόμενους τρόπους παραγωγής υδρογόνου σε βιομηχανικούς όγκους είναι η χημική μέθοδος πλάσματος. Εδώ, το υδρογόνο λαμβάνεται πιο φθηνά παρά με ηλεκτρόλυση νερού. Στα πλασματόνια που δεν βρίσκονται σε ισορροπία, ένα ηλεκτρικό ρεύμα διέρχεται από ένα ιονισμένο αέριο σε ένα μαγνητικό πεδίο και μια χημική αντίδραση λαμβάνει χώρα στη διαδικασία μεταφοράς ενέργειας από τα «θερμαινόμενα» ηλεκτρόνια στα μόρια του αερίου.
Η θερμοκρασία του αερίου κυμαίνεται από +300 έως +1000 ° C, ενώ ο ρυθμός αντίδρασης που οδηγεί στην παραγωγή υδρογόνου είναι υψηλότερος από ό,τι στην ηλεκτρόλυση. Αυτή η μέθοδος καθιστά δυνατή την απόκτηση υδρογόνου, το οποίο αποδεικνύεται ότι είναι δύο φορές (όχι τρεις φορές) πιο ακριβό από το παραδοσιακό καύσιμο που λαμβάνεται από υδρογονάνθρακες.
Η χημική διαδικασία πλάσματος λαμβάνει χώρα σε δύο στάδια: πρώτον, το διοξείδιο του άνθρακα αποσυντίθεται σε οξυγόνο και μονοξείδιο του άνθρακα, στη συνέχεια το μονοξείδιο του άνθρακα αντιδρά με υδρατμούς, που οδηγεί σε υδρογόνο και το ίδιο διοξείδιο του άνθρακα που ήταν στην αρχή (δεν καταναλώνεται, αν κοιτάξετε ολόκληρο τον μετασχηματισμό βρόχου).
Στο πειραματικό στάδιο — η χημική παραγωγή υδρογόνου πλάσματος από υδρόθειο, το οποίο παραμένει επιβλαβές προϊόν παντού στην ανάπτυξη κοιτασμάτων φυσικού αερίου και πετρελαίου. Το περιστρεφόμενο πλάσμα απλώς εκτοξεύει τα μόρια θείου από τη ζώνη αντίδρασης με φυγόκεντρες δυνάμεις και η αντίστροφη αντίδραση μετατροπής σε υδρόθειο αποκλείεται. Αυτή η τεχνολογία εξισώνει την τιμή του παραγόμενου υδρογόνου με παραδοσιακούς τύπους ορυκτών καυσίμων, επιπλέον, εξορύσσεται θείο παράλληλα.
Και η Ιαπωνία έχει ήδη αναλάβει την πρακτική ανάπτυξη της ενέργειας υδρογόνου σήμερα. Η Kawasaki Heavy Industries και η Obayashi σχεδιάζουν να αρχίσουν να χρησιμοποιούν ενέργεια υδρογόνου για την τροφοδοσία της πόλης του Κόμπε έως το 2018. Θα γίνουν πρωτοπόροι μεταξύ εκείνων που θα αρχίσουν να χρησιμοποιούν υδρογόνο για μεγάλης κλίμακας παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, χωρίς ουσιαστικά επιβλαβείς εκπομπές.
Ένας σταθμός ηλεκτροπαραγωγής υδρογόνου ισχύος 1 MW θα κατασκευαστεί απευθείας στο Κόμπε, όπου θα παρέχει ηλεκτρική ενέργεια σε ένα διεθνές συνεδριακό κέντρο και γραφεία εργασίας για 10.000 κατοίκους της περιοχής. Και η θερμότητα που παράγεται στο σταθμό κατά τη διαδικασία παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας από υδρογόνο θα γίνει αποτελεσματική θέρμανση για τοπικά σπίτια και κτίρια γραφείων.
Οι αεριοστρόβιλοι που παράγονται από την Kawasaki Heavy Industries, φυσικά, δεν θα τροφοδοτούνται με καθαρό υδρογόνο, αλλά με μείγμα καυσίμου που περιέχει μόνο 20% υδρογόνο και 80% φυσικό αέριο.Το εργοστάσιο θα καταναλώνει το ισοδύναμο 20.000 οχημάτων κυψελών καυσίμου υδρογόνου ετησίως, αλλά αυτή η εμπειρία θα είναι η αρχή της μεγάλης ανάπτυξης ενέργειας υδρογόνου στην Ιαπωνία και όχι μόνο.
Τα αποθέματα υδρογόνου θα αποθηκεύονται απευθείας στην επικράτεια του σταθμού ηλεκτροπαραγωγής και ακόμη και σε περίπτωση σεισμού ή άλλης φυσικής καταστροφής, θα υπάρχουν καύσιμα στον σταθμό, ο σταθμός δεν θα αποκοπεί από ζωτικής σημασίας επικοινωνίες. Μέχρι το 2020, το λιμάνι του Κόμπε θα έχει υποδομή για μεγάλες εισαγωγές υδρογόνου καθώς η Kawasaki Heavy Industries σχεδιάζει να αναπτύξει ένα μεγάλο δίκτυο σταθμών παραγωγής ενέργειας υδρογόνου στην Ιαπωνία.