Перспективы водородной энергетики
Перспективы водородной энергетики
Мысль использовать водород в энергетике не нова. Еще в 80-е годы прошедшего столетия были разработаны движки на водородном горючем. Сейчас в США, странах ЕС, Стране восходящего солнца и Китае приняты и реализуются национальные и международные программки по разработке частей водородной энергетики, в том числе на возобновляемых источниках энергии. Экологический и энергетический кризисы в состоянии сделать развитие водородной энергетики приоритетным направлением мировой экономики.
Топливный элемент
Наилучшим горючим для топливных частей считается водород, на практике же употребляются и другие его виды: природный газ, спирты (метанол, этанол), продукты газификации угля, переработки сточных вод и биомассы. Для обеспечения процесса получения электроэнергии сразу с топливом на топливный элемент подается окислитель — кислород, обычно, из атмосферного воздуха. В топливных элементах преобразование энергии водорода в другой ее вид (электронную) происходит без процесса горения и вредных выбросов, присущих обычным источникам энергии, использующим углеводородное горючее. Выброс в топливных элементах — обычная вода.
В первый раз идею использовать топливные элементы в большой энергетике определил германский ученый Освальд в 1894 году. В 30-е годы прошедшего века германский исследователь Бауэр сделал лабораторный макет топливного элемента с жестким электролитом для прямого анодного окисления угля. Сразу разрабатывались кислородно-водородные топливные элементы. Общемировое признание получили результаты исследовательских работ русского ученого Оганеса Давтяна. После опубликования в 1947г. его монографии «Проблема конкретного перевоплощения хим энергии горючего в электрическую» страны — технологические фавориты активизировали работу по созданию топливных частей и энергоустановок на их базе.
В 1958 г. в Великобритании Ф.Бэкон сделал первую кислородно-водородную установку мощностью 5 кВт. В США с 1955 г. К.Кордеш разрабатывал низкотемпературные кислородно-водородные топливные элементы, в каких использовались угольные электроды с платиновыми катализаторами. В Германии Э. Юст работал над неплатиновыми катализаторами.
В 60-е годы были сделаны демо и маркетинговые эталоны топливных частей. Разработки схожих водородных технологий проводили большая часть продвинутых стран, сначала США, Канада, Япония, также Русский Альянс — общепризнанный технологический фаворит в этой сфере в 60—70-е годы. В Соединенных Штатах работы в этом направлении связаны в главном с космосом. В галлактических аппаратах «Джемини», «Аполлон», «Шаттл» в первый раз применялось водородные щелочные топливные элементы (AFC). Но в конце 60-х годов объем разработок и исследовательских работ по топливным элементам в США и Канаде значительно сократился.
Всплеск энтузиазма к ним был отмечен только в 80-е годы. А в 90-е продвинутые страны активизировали работы по исследованиям, разработкам и созданию стационарных электростанций большой мощности на базе топливных частей. Эти исследования сделали экономически целесообразным внедрение в стационарных, передвижных и портативных энергоустановках водородных топливных частей.
Сейчас продвинутые страны производят разработку ряда видов топливных частей. Главные из их последующие:
— AFC — щелочной топливный элемент;
— PAFC — фосфорнокислый топливный элемент;
— PEFC, либо PEMFC — твердополимерный топливный элемент либо топливный элемент на протоннообменной мембране;
— DAFC, либо DMFC — прямой спиртной топливный элемент либо прямой метанольный топливный элемент;
— MCFC — расплавкарбонатный топливный элемент;
— SOFC — твердооксидный топливный элемент.
Начало водородного бума
В США еще в 1996 г. законом о водородном будущем была предусмотрена всеобъятная государственная энергетическая стратегия, разработанная министерством энергетики. Закон устанавливал, что базисными элементами в разработках технологий водородной энергетики должны быть топливные элементы, также воспринимал долголетний план проведения НИОКР, предложенный минэнергетики. Частью государственной энергетической стратегии стала Водородная программка, цель которой — переход экономики США в течение 20 лет на водород как основной энергоэлемент. А именно, должны быть сделаны и внедрены экономически применимые главные водородные технологии и продукты: топливные элементы, высокоэффективные технологии хранения водорода, маленькие реформеры (устройства, созданные для получения водорода из углеводородов) для распределенных систем производства водорода. Эти технологии требуют поддержки промышленных лидеров-разработчиков. Консолидация компаний обеспечит создание отраслевого пула производителей энергетических систем. Рост активности в области водородной энергетики откроет рынки для технологий возобновляемой энергетики, к примеру для ветрои солнечной энергетики, для решения заморочек аккумуляции энергии.
Министерство энергетики США реализует также программку Vision XXI, направленную на разработку технологий, нужных для ультрачистых электрических станций XXI века и для подготовки перехода на водородную энергетику. Она предугадывает внедрение таких видов горючего, как уголь, природный газ, биомасса и городские сточные воды, других видов водянистого горючего. В рамках программки действуют проекты сотворения электрических станций на базе топливных частей, технологий газификации угля, получения прочных материалов, сепарации водорода, термообмена и других технологий. Сделаны и инсталлируются электростанции на базе расплавкарбонатных топливных частей (MCFC) с КПД около 85%, работающие на природном газе. Показатель цены 1-го кв установленной мощности этих электрических станций оценен в $1200. К 2010г. подразумевается понижение этого показателя до $400 (для энергоустановок на базе дизельных генераторов показатель цены кв установленной мощности оценен в $800 — $1500). Гавайи реализуют свою водородную программку и намереваются в дальнейшем экспортировать водород и водородные энергоэлементы — стать «тихоокеанским Кувейтом». В 2001 г. был принят закон Hydrogen Future Act of 2001, которым определены объемы финансирования предстоящего проведения НИОКР и реализации программ в области водородной энергетики — $350 млн. в 2002 — 2006 гг. За три года федеральное правительство США израсходовало на эти цели $210 млн.
Другие страны тоже занимаются строительством «водородного будущего». Китай, например, производит насыщенное внедрение водородных топливных частей, электрических станций и энергоустановок на базе топливных частей в национальные электроэнергетические системы. В наиблежайшие три года КНР намеревается инвестировать в водородные технологии около $40 млн. Показателем высочайшего уровня конкурентоспособности в водородной энергетике является тот факт, что Китаю принадлежит около 25% зарегистрированных в мире патентов в области топливных частей. Один из проектов связан с применением водородных топливных частей в автомобилестроении. К 2008 г. подразумевается вывести на дороги Китая автотранспорт на топливных элементах китайского производства.
В Стране восходящего солнца согласно результатам анализа, проведенного Токийским исследовательским институтом системных технологий, продвижение «чистых» энергетических технологий должно вызвать экономический рост и привести к созданию до 2010 г. 180 тыс. рабочих мест.
Европейская комиссия в 2002 г. одобрила план действий и директивы, устанавливающие налоговые льготы для тех, кто ускоряет внедрение и внедрение на транспорте других видов горючего, определив, что произведенное сельским хозяйством биотопливо имеет большой потенциал как на последнее время, так и в среднесрочной перспективе. План действий содержит стратегию заслуги 20% подмены использования углеводородных видов горючего на транспорте к 2020 г.
Еще в 2000 г. Еврокомиссия выделила компании DaimlerChrysler EUR18,5млн. на финансирование проекта CUTE, предусматривающего, что сначала 2006 г. на маршрутах в 9 городках Европы — Амстердаме, Барселоне, Гамбурге, Лондоне, Люксембурге, Мадриде, Порту, Стокгольме и Штутгарте — будут курсировать автобусы на топливных элементах. Предусмотрена и пробная эксплуатация автобусов на топливных элементах, также оценка надежности и безопасности функционирования водородной заправочной инфраструктуры в городских критериях.
Норвегия, Италия, Франция, Швейцария, Англия, Германия реализуют национальные проекты в области водородной энергетики. Ожидается, что к 2010 г. около 10% новых автомобилей на дорогах Англии будут работать на топливных элементах. В Германии предусмотрена муниципальная поддержка, в том числе законодательная и финансовая, тех, кто вводит в эксплуатацию электростанции на топливных элементах для постепенного сокращения эмиссий диоксида углерода по 23 млн. т раз в год до 2010г. Страна — фаворит в «водородном» автомобилестроении и разработках сотворения систем водородных заправочных станций, в том числе с применением возобновляемых источников энергии для получения водорода электролизом из воды.
Источник: Adaptive.com.ua