Хотя атомные электростанции уже давно считаются весьма безопасными, авария на японской АЭС Фукусима в 2011 году вновь заставила энергетиков по всему миру задуматься о возможных экологических проблемах, связанных с этим видом энергии.
Правительства многих стран, в том числе и ряда стран ЕС, заявляют о четком намерении перевести свои экономики на альтернативную энергетику, не скупясь на инвестиции, закладывая на данную отрасль миллиарды евро на ближайшие 5-10 лет. И одним из наиболее перспективных и экологически безопасных видов такой альтернативы выступает водород.
Если уголь, газ и нефть все равно когда-нибудь закончатся, то уж водорода то в океанах просто безгранично, хотя и не в чистом виде он там запасен, а в виде химического соединения с кислородом — в виде воды.
Водород — наиболее экологически чистый энергоноситель. Получение, транспортировка, хранение и использование водорода требуют расширения наших знаний о его взаимодействии с металлами.
Проблем здесь много. Вот только некоторые из них, ждущие своего решения: получение особо чистых изотопов водорода с помощью мембранных фильтров (например, из палладия), создание технологически выгодных аккумуляторов водорода, проблема борьбы с водородным «охрупчиванием» материалов и т. д.
Экологическая безопасность водорода, в сравнении с иными традиционными видами источников энергии, ни у кого не вызывает сомнений: продукт сгорания водорода — опять же вода в форме пара, при этом он совершенно нетоксичен.
Водород в качестве топлива может быть легко применен в двигателях внутреннего сгорания без принципиальной их переделки, а также в турбинах, причем энергии получится больше, чем из бензина. Если удельная теплота сгорания бензина в воздухе составляет примерно 44 Мдж/кг, то для водорода этот показатель составляет примерно 141 Мдж/кг — это более чем в 3 раза выше. Нефтепродукты к тому же токсичны.
Хранение и транспортировка водорода не вызовет особых проблем, логистика похожа на оную для пропана, однако водород более взрывоопасен чем метан, поэтому некоторые нюансы все же здесь имеются.
Решения относительно хранения водорода состоят в следующем. Первый путь — традиционное сжатие и ожижение, когда для поддержания жидкого состояния водорода потребуется обеспечить сверхнизкую его температуру. Это затратно.
Второй путь — более перспективный — он основан на способности некоторых композитных металлических губок (высокопористых сплавов ванадия, титана и железа) активно поглощать водород, а при слабом нагреве — отдавать его.
Ведущие нефтегазовые компании, такие как Enel и BP, - активно занимаются сегодня разработками в области водородной энергетики. Итальянская Enel несколько лет назад запустила первую в мире водородную электростанцию, которая не загрязняет атмосферу, не выбрасывает парниковых газов. Но главное больное место данного направления заключается в таком вопросе: как сделать промышленное получение водорода более дешевым?
Проблема в том, что электролиз воды требует очень много электричества, и если поставить на поток получение водорода именно электролизом воды, то для экономики в рамках одной отдельно взятой страны этот способ промышленной добычи водорода будет весьма затратным: втрое, если не вчетверо, дороже по эквивалентной теплоте сгорания, чем нефтепродукты. К тому же с одного квадратного метра электродов промышленного электролизера можно получить максимум 5 кубометров газа в час. Это медленно и экономически нецелесообразно.
Один из более перспективных путей получения водорода в промышленных объемах — плазмохимический способ. Водород здесь получается менее дорогим, чем при электролизе воды. В неравновесных плазмотронах электрический ток проходит через ионизированный газ в магнитном поле, и химическая реакция идет в процессе передачи энергии от «разогретых» электронов — к молекулам газа.
Температура газа находится в диапазоне от +300 до +1000 °С, при этом скорость протекания реакции, приводящей к получению водорода, выше чем при электролизе. Этот способ дает возможность получать водород, который оказывается вдвое (а не втрое) дороже, чем традиционное топливо, получаемое из углеводородов.
Плазмохимический процесс идет в два этапа: вначале углекислый газ разлагается на кислород и оксид углерода, затем оксид углерода взаимодействует с водяным паром, в результате чего получается водород и тот же углекислый газ, что был в начале (он не расходуется, если смотреть на весь цикл превращения).
На экспериментальной стадии — плазмохимическое получение водорода из сероводорода, который всюду остается вредным продуктом в процессе разработки газовых и нефтяных месторождений. Вращающаяся плазма центробежными силами просто выбрасывает из зоны реакции молекулы серы, и обратная реакция превращения в сероводород исключается. Данная технология уравнивает стоимость получаемого водорода с традиционными видами органического топлива, к тому же параллельно добывается сера.
А Япония уже сегодня плотно взялась за практическое развитие водородной энергетики. Компании Kawasaki Heavy Industries и Obayashi уже к 2018 году планируют начать использование водородной энергии для электроснабжения города Кобе. Они станут первопроходцами среди тех, кто реально начнет использовать водород для большой энергетики практически без вредных выбросов.
Водородная электростанция мощностью 1 МВт будет возведена прямо в г.Кобе, где позволит снабдить электричеством международный конференц-центр и рабочие офисы 10000 местных жителей. А тепло, выделяемое на станции в процессе получения электричества из водорода, станет эффективным отоплением для местных домов и офисных зданий.
В газовые турбины производства Kawasaki Heavy Industries будет подаваться, конечно, не чистый водород, а топливная смесь, содержащая лишь 20% водорода, а 80% - природного газа. В год станция станет потреблять количество водорода, эквивалентное 20000 автомобилям на водородных топливных элементах, но этот опыт станет началом развития большой водородной энергетики в Японии и за ее пределами.
Запасы водорода будут храниться прямо на территории электростанции, и даже в случае землетрясения или другого стихийного бедствия топливо на станции будет, станция не окажется отрезана от жизненно необходимых коммуникаций. К 2020 году в порту города Кобе будет налажена инфраструктура для крупного импорта водорода, ибо в планах компании Kawasaki Heavy Industries — развить в Японии большую сеть электроэнергетических объектов на водороде.
Смотрите также по этой теме: Как производят водород