Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Самый легкий и наиболее распространенный элемент во Вселен­ной — это водород. Когда он горит в присутствии чистого кисло­рода, выделяется только тепловая энергия и водяной пар. При го­рении в атмосфере, содержащей около 71% азота, образуется также некоторое количество закиси азота. Возможно переоборудование обычных автомобилей на ископаемом топливе в автомобили, рабо­тающие на водородном топливе (также как возможна модифика­ция обычных автомобилей, чтобы обеспечить их работу на метане или пропане).

ПОЛУЧЕНИЕ ВОДОРОДА

Водород нужно выделять из различных природных соединений. В свободном состоянии водород в природе отсутствует. Самый обще­принятый способ получения водорода — выделение его из метана в процессе паровой конверсии метана. Чтобы отделить водород от углеродной основы в метане, требуются пар и тепловая энергия, что и происходит в специальных паровых реформерах на каталитических поверхностях. В процессе паровой конверсии на первом этапе метан и водяной пар в присутствии никеля в качестве катализатора расще­пляются на водород и окись углерода (побочный продукт), а на вто­ром этапе окись углерода и вода превращаются в двуокись углерода (побочный продукт) и дополнительное количество водорода.

Другой известный метод — электролиз воды. Он обеспечива­ет получение чистого водорода в одну технологическую ступень. Молекула чистой воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода, соединенных химической связью. Эту связь мож­но разорвать, если пропустить через воду электрический ток. Для обеспечения процесса электролиза и увеличения способности воды пропускать ток к ней необходимо добавить электролит — поварен­ную соль, бикарбонат натрия или серную кислоту, чтобы увеличить ее электропроводимость. Если погрузить в раствор электролита два электрода и приложить к ним постоянное напряжение, то на отри­цательном электроде появятся пузырьки водорода, а на положитель­ном — пузырьки кислорода (рис. 8.4). Газ из этих пузырьков со­бирают и запасают. В процессе электролиза не выделяется никаких опасных побочных продуктов. Отметим, что для электролиза можно применять только постоянный ток, но не переменный, — не тот, ко­торый мы получаем из сетевой розетки. Дело в том, что если исполь-

зовать переменный ток, то и водород, и кислород будут появляться на обоих электродах и разделить их окажется невозможно.

Источник постоянного
напряжения

Электролиз — это дорогой и неэффективный процесс. Чтобы по­лучить водород методом электролиза, требуется в 1,5 раза больше энергии, чем будет выделено потом при полном сгорании получен­ного водорода. Для того чтобы производить водород путем электро­лиза в больших масштабах, было предложено использовать альтер­нативную энергетику — солнечные батареи и ветряные установки, и это выгодно в тех странах, которые обладают дешевыми ресурсами в этих областях. Для получения большого количества водорода не требуется много воды, кроме того, во многих странах существуют соленые озера, которые уже содержат необходимые для электролиза вещества.

Существуют также и другие методы электролиза, позволяющие разделить молекулу воды для получения водорода. В этих методах используются определенные химические соединения и/или подо-

грев. Разрабатываются также методы получения водорода из угля или биомассы, содержащих большое количество углеводов[24] [25].

ХРАНЕНИЕ ВОДОРОДА

Резервуар для хранения водорода — это еще одна техническая проблема, которая должна быть решена для того, чтобы водород нашел практическое применение в качестве топлива для автомоби­лей. Водород можно сжать и закачать в металлический баллон так же, как это делается с другими газами. Но для того чтобы иметь количество водородного топлива, которое позволит автомобилю проехать приемлемое расстояние между заправками, баллон должен быть настолько большим и тяжелым, что эффективность автомобиля окажется низкой. Кроме того, баллоны со сжатым водородом могут представлять реальную опасность. В случае, если горлышко баллона отломится, выходящий под большим давлением водород превратит баллон в смертоносную ракету. Поэтому одна из важнейших задач научно-исследовательских работ в этой области — найти безопасный и эффективный способ хранения водорода под высоким давлением в резервуарах приемлемых размеров и массы.

Разрабатываются новые технологии хранения водорода. Одна из технологий основана на использовании металл-гидридов — соеди­нений металла и водорода, из которых водород при определенных условиях может выделяться с управляемой скоростью. Еще одна тех­нология основана на применении массивов сверхмалых углеродных структур — нанотрубокА. Водород может конденсироваться внутри

нанотрубок с уровнем плотности, сравнимым с тем, который созда — ется в самых лучших баллонах. При этом не возникает опасности, которая всегда существует при использовании баллонов. Исполь­зование нанотрубок позволяет обеспечить управляемое выделение водорода, который можно употреблять непосредственно в качестве топлива. Обе эти технологии на момент написания данной книги на­ходятся на стадии проведения научно-исследовательских работ.

ПРЕИМУЩЕСТВА АВТОМОБИЛЕЙ НА ВОДОРОДНОМ ТОПЛИВЕ

• Водород при горении в среде чистого кислорода не выделяет никаких загрязняющих веществ.

• Массовое производство и использование водорода может об­легчить проблемы, связанные с меняющимися ценами и пере­рывами в поставках обычных видов топлива.

• Рост производства водорода мог бы, как дополнительный вы­игрыш, стимулировать рост поставок водорода для отопления домов и офисов.

• Во многих странах, включая США, уже существуют сети трубо­проводов для метана. Некоторые из них можно было бы адап­тировать для прокачки водорода и доставки его к заправочным станциям.

• Водород можно получать как в малых масштабах на местных предприятиях, так и массово на крупных централизованных производствах. Это способствует повышению безопасности ци­вилизованного мира благодаря распределению энергетических ресурсов и благ в его пределах.

НЕДОСТАТКИ АВТОМОБИЛЕЙ НА ВОДОРОДНОМ ТОПЛИВЕ

• В горючей форме водород при комнатной температуре и нор­мальном давлении представляет собой газ. Это вызывает труд­ности при его хранении, переноске и перевозке. Особенно сложная проблема — это конструирование безопасных балло­нов или других резервуаров для автомобилей на водородном топливе.

• На момент написания этой книги водород не распространен широко на заправочных станциях в большинстве стран, вклю­чая США.

• Баллоны с водородом требуют периодической проверки и сер­тификации. Это может выполняться только квалифицирован­ным персоналом, имеющим лицензию.

• На момент написания этой книги водород считается достаточно дорогим топливом, в основном из-за высокой стоимости про­цессов, необходимых для выделения его природных соедине­ний — метана и воды.

Задача 8.3

Какое расстояние может преодолеть автомобиль на водороде, по­лученном методом электролиза из 1 л воды?

Решение 8.3

Автомобиль на водородном топливе, работающий с высокой эф­фективностью, может проехать то же расстояние на водороде, по­лученном из 1 л воды, что и обычный автомобиль тех же размеров на 1 л бензина.

Комментарии запрещены.