Hidrogénenergia és üzemanyagcellák

A modern ember életét energia nélkül lehetetlen. A tudományos kutatások szerint a várható élettartam a különböző országokban közvetlenül arányos az egy főre jutó energiafogyasztással. Például Kanadában, ahol az átlagos várható élettartam közeledik a 80 évig, évente 8 tonna egyenértékű tüzelőanyag van jelen személyenként!

Az emelkedő energiaárak és az éghajlatváltozás fényében a hagyományos, 30-40% -os hatékonyságú villamosenergia-termelési módszerek nem megengedettek. Ezért a nem hagyományos energiaforrások, például a napenergia, a szélerőművek és az üzemanyagcellák bevezetése több ország számára is szükségszerű.

Külön pont itt üzemanyagcellák, amelyek nem megújuló és alapú lényegében, mint a klasszikus módszerek égő tüzelőanyag (hidrogén, metán), de szinte környezetbarát, és van egy nagy hatékonyságú 50-60%!

Az alternatív (olvasható megújuló) energiaforrások tömeges átmenetével az emberiség nem képes hidrogénenergia nélkül. Sokan valószínűleg hallottak erről, de gyakran nem tudják, mit jelent. Mivel a várható (jelenleg meglévő megújuló energiaforrások - szél, nap, nem fantasztikus „hideg fúzió” és a „modulok nulla pont” egy sci-fi film) energiaforrások hatékonynak kell lenniük, „közepes”, amely lehet tárolni a jó idő és kezelhető csúcsterhelés alatt, és nagy távolságra is szállítható. Ezeket a követelményeket nem elégíti ki a villamos energia, nem tárolható, és hosszú távra történő továbbítás esetén szupersúlyú igénybevételre van szükség, ami végül gazdaságilag indokolatlan! Elektromos áram - formát, az energia és a fogyasztás a termelés egyedül, és ugyanabban az időben (mint most a termelés és a fogyasztás) - egy nehéz feladat, és ennek eredményeként, nem költséghatékony működésének módja a teljesítmény, kapcsolja ki az állandó fenyegetés összeomlott a rendszer.

A legígéretesebb ebben a tekintetben tekinthető hidrogénatom, sok tudós ezt a „üzemanyag a XXI század”, amely képes megoldani az energia és a kapcsolódó környezeti problémák mind a kibocsátás a mérgező anyagok a légkörbe, és a szén-dioxid felhalmozódása, ami zavar a bioszférában.

Az előnyök a hidrogén, mint energiaforrás - elsősorban a magas fűtőértéke 33,3 kWh / kg (összehasonlítás, 1. táblázat), egy viszonylag egyszerű gyártás és a képesség, hogy könnyen átalakulhat villamos üzemanyagcellák, valamint a könnyű szállítás veszteségmentes (a csövek, például ciszternák).

1. táblázat: Energiahordozók összehasonlítása

Energia kWh / l kWh / kg

Dízelolaj 9,7 11,6

Hidrogén fémhidridvegyületekben 3.18 0.58

Folyékony hidrogén 2.36 33.3

Nyomott hidrogén 30 MPa-on 0,75 33,3

Ólom akkumulátor 0.09 0.03

Van azonban néhány nehézség. Az első probléma a hidrogén nehéz tárolása. Másodszor, az energiahordozóval való biztonságos üzemeltetés problémás aspektusai vannak. A hidrogén színtelen és szagtalan gáz. A levegőben 4-75% -os koncentrációban a hidrogén éghet, míg a 13-59% -vol koncentrációban robbanásveszélyes keverék. A minimális gyújtási energia csak 0,02 mJ, a gyújtás elektrosztatikus kisülés esetén is lehetséges. Az önszabályozó hőmérséklete 585 ° C. Ennek az az előnye, hogy a hidrogén sokkal könnyebb a levegőnél, és így gyorsan eltávolítható a nyitott ég alatt, ami ellensúlyozza a keverék veszélyes koncentrációjának elérését. Gyakorlatilag a hidrogén használata hasonló veszélyekkel és problémákkal jár, amelyek a földgázzal való munkavégzés során fordulnak elő.

A fogyasztói oldalon a megújuló energiaforrásokból előállított hidrogénnel tárolt villamos energia kapcsán ez azt mutatja, hogyan lehet hatékonyabban átalakítani a kémiai energiát villamos energiává. A kémiai energia elektromos energia átalakítására szolgáló különböző technológiák hatékonyságának összehasonlítása az 1. ábrán látható. Amint az ábrából látható, az energia megszerzésének leghatékonyabb módja a magas hőmérsékletű üzemanyagcellák és az alacsony nyomású gázturbinák kombinálása.

1. ábra - Az erőművek hatékonyságának összehasonlítása

Alternatív energia hazánkban már gyerekcipőben jár, míg Európában gyorsan fejlődik. Az EU-országok komolyan támaszkodnak a nap, a szél, a víz, a föld belseje és a hidrogén energia energiaára.

Valamennyi számításunk szerint a hazai termikus erőművek hatékonysága nem haladja meg a 30% -ot, a káros kibocsátások általában csendesek, a hidrogénüzelőanyag-cellák hatékonysága pedig sokkal magasabb, és költségei fokozatosan csökkennek.

A hidrogén kémiai energiájának elektromos energiává való átalakításához a leghatékonyabb az üzemanyagcella, amelynek hatásfoka legalább 50%. A hidrogén üzemanyagcellák működésének eredményeképpen a villamos energia mellett csak kis mennyiségben termelnek hőt és vizet. Nem tartalmaznak mozgó alkatrészeket, és teljesen zajhatatlanok.

Az úgynevezett SOFC (Solid Oxide Fuel Cell) a legígéretesebb az állóáramú villamosenergia-termelés számára. Jelentős előnye SOFC a használata, mint egy tüzelőanyaggal, mint például a hidrogén és a szénhidrogének (a metán, propán), amely biztosítja a fűtőelemek alatt hiány „tiszta” hidrogénatom, valamint az energia fokozatos átmenet „hidrogénatom sínek”.

1. ábra - Magas hőmérsékletű üzemanyagcella működési sémája

Vessünk egy pillantást az SOFC munkájára. Olyan katódból áll, amelyhez a levegő bejut, és a pórusokon áthaladva disszociálja, ionizálja és átjut az elektroliton keresztül az anód oldalán lévő reakciózónába. Ott oxidálja a hidrogént a vízhez, amelyet az üzemanyag-áramlás kifelé visz, és a reakció során képződött szabad elektronok a külső áramkörön át vezetnek a katódra. És a folyamat megismétlődik. Minden egyes mólóvízhez 237 kJ-t különítenek el. Ez megegyezik az 1,23 V-val - elméletileg a maximális feszültség, gyakorlatilag minden bizonnyal 1V alatt van.

Az SOFC-n és a gázturbinákon alapuló kombinált létesítmények akár 82% -os hatékonysággal is rendelkezhetnek - ami óriási megtakarítást jelent a CO2-kibocsátás és az üzemanyagokra fordított összegben. A kis- és középvállalkozások decentralizált energiaellátásához kapcsolódó SOFC-létesítmények is ígéretesek. A gáz- és elektromos hálózatok meglévő infrastruktúrája ideális erre. Az üzemanyagcellák technológiája ma már az áttörés előtt van.

"Például Kanadában, ahol az átlagos várható élettartam közeledik a 80 évig, évente 8 tonna egyenértékű üzemanyag van jelen személyenként!"
És még mindig életben vannak?
A tűzhely fűtéséhez évente csak 3 tonna szabványos tüzelőanyag van. Ez nem számít el. energia, szállítás, élelmiszer, benzin az autóba, utazás stb. stb., ahol az energia elpazarolódik. És ha mindez feltételes üzemanyagforrássá alakul. És ne mondd el, mi a "hagyományos üzemanyag"?

"míg Európában gyorsan fejlődik"
Ó, igen! Ez különösen nyilvánvaló volt az orosz gázellátás megszakadásának időszakában. )

"Valamennyi számítás szerint a hazai hőerőművek hatékonysága nem haladja meg a 30% -ot"
Ez az az ország, ahol az ilyen hatékonyság a CHP-ben? Igen, a falusi nagymama kályha a szalmából kétszer hatékonysága

"Ezért a nem hagyományos energiaforrások, például a napenergia, a szélerőművek és az üzemanyagcellák bevezetése több ország számára is szükségszerű."
És mi a hatékonyság a nap- és szélerőműveknél?

"Az SOFC jelentős előnye, hogy mind a hidrogén, mind a szénhidrogének (metán, propán) tüzelőanyagként történő felhasználása lehetséges, amelyet a" tiszta "hidrogén hiánya mellett az üzemanyagcelláknak is szállíthatnak, valamint az energia" hidrogénsínek "

És mi a szénhidrogén üzemanyag felhasználása a "hidrogén síneken" történő átálláskor? És hol viszi őket újra Oroszországból.
Olyan, mint a közmondásban: "Jó kezelni más emberek pitét és az apját"

"Minden egyes vízmennyiséghez 237 kJ-t osztanak ki, ami megfelel az 1,23 V-nak. Az elméleti maximális feszültség, a gyakorlatban természetesen 1 V"
A kilojoule olyan energiaegység, amely soha nem volt, és nem lesz egyenlő a feszültségben.