Centrale electrice cu hidrogen – tendințe și perspective

Deși centralele nucleare au fost mult timp considerate foarte sigure, accidentul de la centrala nucleară Fukushima din Japonia din 2011 i-a forțat încă o dată pe inginerii energetici din întreaga lume să se gândească la posibilele probleme de mediu asociate cu acest tip de energie.

Guvernele multor țări, inclusiv o serie de țări din UE, și-au declarat intenția clară de a-și transfera economiile către energie alternativă, fără a economisi investiții, promițând miliarde de euro pentru această industrie în următorii 5-10 ani. Și unul dintre cele mai promițătoare și mai sigure tipuri de o astfel de alternativă este hidrogenul.

Dacă cărbunele, gazul și petrolul se epuizează, atunci există pur și simplu hidrogen nelimitat în oceane, deși nu este stocat acolo în forma sa pură, ci sub forma unui compus chimic cu oxigen - sub formă de apă.

Hidrogenul este cea mai ecologică sursă de energie. Obținerea, transportul, depozitarea și utilizarea hidrogenului necesită extinderea cunoștințelor noastre despre interacțiunea acestuia cu metalele.

Sunt multe probleme aici.Iată doar câteva dintre ele care își așteaptă soluția: producerea de izotopi de hidrogen de înaltă puritate folosind filtre cu membrană (de exemplu, din paladiu), crearea de baterii cu hidrogen avantajoase din punct de vedere tehnologic, problema combaterii costului hidrogenului al materialelor etc.

Siguranța ecologică a hidrogenului, în comparație cu alte tipuri tradiționale de surse de energie, nimeni nu se îndoiește: produsul arderii hidrogenului este din nou apa sub formă de abur, în timp ce este complet netoxic.

Hidrogenul ca combustibil poate fi folosit cu ușurință în motoarele cu ardere internă fără modificări fundamentale, precum și în turbine și se va obține mai multă energie decât din benzină. Dacă căldura specifică de ardere a benzinei în aer este de aproximativ 44 MJ / kg, atunci pentru hidrogen această cifră este de aproximativ 141 MJ / kg, ceea ce este de peste 3 ori mai mare. Produsele petroliere sunt, de asemenea, toxice.

Depozitarea și transportul hidrogenului nu va crea probleme deosebite, logistica este similară cu cea a propanului, dar hidrogenul este mai exploziv decât metanul, așa că există încă câteva nuanțe aici.

Soluțiile de stocare a hidrogenului sunt după cum urmează. Prima modalitate este compresia și lichefierea tradițională, când va fi necesar să se asigure temperatura ultra-scăzută a acestuia pentru a menține starea lichidă a hidrogenului. Acest lucru este scump.

A doua modalitate este mai promițătoare - se bazează pe capacitatea unor bureți metalici compoziți (aliaje foarte poroase de vanadiu, titan și fier) ​​de a absorbi activ hidrogenul și, la încălzire scăzută, de a-l elibera.

Companiile de top de petrol și gaze precum Enel și BP dezvoltă în mod activ energia cu hidrogen astăzi.În urmă cu câțiva ani, italianul Enel a început prima centrală electrică cu hidrogen din lume, care nu poluează atmosfera și nu emite gaze cu efect de seră. Dar principalul punct de ardere în această direcție constă în următoarea întrebare: cum să faceți producția industrială de hidrogen mai ieftină?

Problema este că electroliza apei necesită multă energie electrică, iar dacă producția de hidrogen este pusă în funcțiune tocmai prin electroliza apei, atunci pentru economia dintr-o singură țară această metodă de producere industrială a hidrogenului va fi foarte costisitoare: de trei ori, dacă nu de patru ori. , in termeni de caldura echivalenta de ardere din produsele petroliere.In plus, dintr-un metru patrat de electrozi dintr-un electrolizor industrial se pot obtine maxim 5 metri cubi de gaz pe ora. Acest lucru este lent și nepractic din punct de vedere economic.

Una dintre cele mai promițătoare moduri de a produce hidrogen în volume industriale este metoda chimică cu plasmă. Aici, hidrogenul se obține mai ieftin decât prin electroliza apei. În plasmatronii fără echilibru, un curent electric trece printr-un gaz ionizat într-un câmp magnetic și are loc o reacție chimică în procesul de transfer de energie de la electronii „încălziți” către moleculele gazului.

Temperatura gazului este în intervalul de la +300 la +1000 ° C, în timp ce viteza de reacție care duce la producerea de hidrogen este mai mare decât în ​​electroliză. Această metodă face posibilă obținerea hidrogenului, care se dovedește a fi de două ori (nu de trei ori) mai scump decât combustibilul tradițional obținut din hidrocarburi.

Procesul plasma-chimic se desfășoară în două etape: mai întâi, dioxidul de carbon se descompune în oxigen și monoxid de carbon, apoi monoxidul de carbon reacționează cu vaporii de apă, ceea ce duce la hidrogen și același dioxid de carbon care era la început (nu se consumă, dacă te uiți la întreaga transformare a buclei).

În stadiul experimental - producția chimică-plasmă de hidrogen din hidrogen sulfurat, care rămâne un produs dăunător peste tot în dezvoltarea câmpurilor de gaz și petrol. Plasma rotativă pur și simplu ejectează moleculele de sulf din zona de reacție prin forțe centrifuge, iar reacția inversă de conversie în hidrogen sulfurat este exclusă. Această tehnologie egalizează prețul hidrogenului produs cu tipurile tradiționale de combustibili fosili, în plus, sulful este extras în paralel.

Și Japonia a preluat deja dezvoltarea practică a energiei cu hidrogen astăzi. Kawasaki Heavy Industries și Obayashi plănuiesc să înceapă să utilizeze energia cu hidrogen pentru a alimenta orașul Kobe până în 2018. Ei vor deveni pionierii printre cei care vor începe efectiv să folosească hidrogen pentru producția de energie electrică la scară largă, practic fără emisii nocive.

O centrală electrică cu hidrogen de 1 MW va fi construită direct în Kobe, unde va furniza energie electrică unui centru internațional de convenții și birouri de lucru pentru 10.000 de locuitori locali. Iar căldura generată la stație în procesul de generare a energiei electrice din hidrogen va deveni încălzire eficientă pentru casele locale și clădirile de birouri.

Turbinele cu gaz produse de Kawasaki Heavy Industries nu vor fi, desigur, alimentate cu hidrogen pur, ci cu un amestec de combustibil care conține doar 20% hidrogen și 80% gaz natural.Uzina va consuma echivalentul a 20.000 de vehicule cu celule de combustie pe hidrogen pe an, dar această experiență va fi începutul dezvoltării majore a energiei cu hidrogen în Japonia și nu numai.

Rezervele de hidrogen vor fi stocate direct pe teritoriul centralei electrice și chiar și în cazul unui cutremur sau al unui alt dezastru natural, va exista combustibil în stație, stația nu va fi întreruptă de la comunicațiile vitale. Până în 2020, portul Kobe va avea infrastructură pentru importurile majore de hidrogen, deoarece Kawasaki Heavy Industries intenționează să dezvolte o rețea mare de centrale electrice cu hidrogen în Japonia.