Hidrogénerőművek – trendek és kilátások
Bár az atomerőműveket régóta nagyon biztonságosnak tartották, a japán fukusimai atomerőműben 2011-ben történt baleset ismét arra kényszerítette a világ energiamérnökeit, hogy elgondolkodjanak az ilyen típusú energiákkal kapcsolatos lehetséges környezeti problémákon.
Számos ország kormánya, köztük számos EU-tagállam, egyértelmű szándékát fejezte ki arra, hogy gazdaságukat befektetést nem kímélve átállítsák az alternatív energiákra, eurómilliárdokat ígérve ennek az iparágnak a következő 5-10 évben. Az ilyen alternatívák egyik legígéretesebb és környezetbarátabb típusa a hidrogén.
Ha elfogy a szén, a gáz és az olaj, akkor egyszerűen korlátlan mennyiségben van hidrogén az óceánokban, bár ott nem tiszta formában tárolják, hanem oxigénnel kémiai vegyület formájában - víz formájában.
A hidrogén a legkörnyezetbarátabb energiaforrás. A hidrogén kinyerése, szállítása, tárolása és felhasználása megköveteli, hogy bővítsük ismereteinket a fémekkel való kölcsönhatásáról.
Sok probléma van itt.Ezek közül csak néhány, amelyek megoldásra várnak: nagy tisztaságú hidrogénizotópok előállítása membránszűrőkkel (például palládiumból), technológiailag előnyös hidrogénakkumulátorok létrehozása, a hidrogén anyagköltségének leküzdésének problémája stb.
A hidrogén környezeti biztonságát a többi hagyományos energiaforráshoz képest senki sem vonja kétségbe: a hidrogén égésének terméke ismét víz, gőz formájában, miközben teljesen nem mérgező.
A hidrogén mint üzemanyag könnyen felhasználható a belső égésű motorokban alapvető változtatások nélkül, valamint a turbinákban, és több energiát nyernek majd ki, mint a benzinből. Ha a benzin fajlagos égési hője levegőben körülbelül 44 MJ / kg, akkor a hidrogén esetében ez az érték körülbelül 141 MJ / kg, ami több mint háromszorosa. A kőolajtermékek is mérgezőek.
A hidrogén tárolása és szállítása nem okoz különösebb gondot, a logisztikája hasonló a propánéhoz, de a hidrogén robbanékonyabb, mint a metán, így itt még vannak apróságok.
A hidrogéntárolási megoldások a következők. Az első módszer a hagyományos préselés és cseppfolyósítás, amikor a hidrogén folyékony halmazállapotának fenntartása érdekében annak ultraalacsony hőmérsékletét kell biztosítani. Ez drága.
A második mód ígéretesebb – néhány kompozit fémszivacs (nagyon porózus vanádium, titán és vas ötvözet) azon képességén alapul, hogy aktívan felszívják a hidrogént, és alacsony melegítés mellett felszabadítják azt.
A vezető olaj- és gázipari vállalatok, mint például az Enel és a BP ma aktívan fejlesztik a hidrogénenergiát.Néhány éve az olasz Enel elindította a világ első hidrogénerőművét, amely nem szennyezi a légkört és nem bocsát ki üvegházhatású gázokat. De a fő égési pont ebben az irányban a következő kérdésben rejlik: hogyan lehet olcsóbbá tenni a hidrogén ipari előállítását?
Az a probléma víz elektrolízise sok villamos energiát igényel, és ha a hidrogéntermelést pontosan a víz elektrolízisével indítják el, akkor egyetlen ország gazdasága számára ez az ipari hidrogéntermelés nagyon drága lesz: háromszoros, ha nem négyszeres. , a kőolajtermékek egyenértékű égéshőjére vonatkoztatva Ezen kívül egy ipari elektrolizátorban egy négyzetméternyi elektródából óránként maximum 5 köbméter gáz nyerhető. Ez lassú és gazdaságilag nem praktikus.
A hidrogén ipari mennyiségben történő előállításának egyik legígéretesebb módja a plazmakémiai módszer. Itt a hidrogént olcsóbban nyerik, mint a víz elektrolízisével. A nem egyensúlyi plazmatronokban elektromos áramot vezetnek át egy ionizált gázon egy mágneses térben, és kémiai reakció megy végbe az energia átvitele során a "felmelegített" elektronokról a gáz molekuláira.
A gáz hőmérséklete +300 és +1000 °C között van, miközben a hidrogéntermeléshez vezető reakciósebesség nagyobb, mint az elektrolízisnél. Ez a módszer lehetővé teszi a hidrogén előállítását, amely kétszer (nem háromszor) drágább, mint a szénhidrogénekből nyert hagyományos üzemanyag.
A plazmakémiai folyamat két szakaszban zajlik: először a szén-dioxid oxigénre és szén-monoxidra bomlik, majd a szén-monoxid reakcióba lép a vízgőzzel, ami hidrogénhez vezet, és ugyanaz a szén-dioxid, mint az elején (nem fogyasztják el, ha megnézed a teljes huroktranszformációt).
A kísérleti szakaszban - a hidrogén plazmakémiai előállítása hidrogén-szulfidból, amely mindenütt káros termék marad a gáz- és olajmezők fejlesztésében. A forgó plazma egyszerűen kidobja a kénmolekulákat a reakciózónából centrifugális erők hatására, és a hidrogén-szulfiddá való átalakulás fordított reakciója kizárt. Ez a technológia kiegyenlíti a hagyományos típusú fosszilis tüzelőanyagokkal előállított hidrogén árát, emellett párhuzamosan ként is bányásznak.
Japán pedig már ma átvette a hidrogénenergia gyakorlati fejlesztését. A Kawasaki Heavy Industries és az Obayashi azt tervezi, hogy 2018-ra hidrogénenergiát használnak Kobe városának energiaellátására. Úttörők lesznek azok között, akik ténylegesen elkezdik használni a hidrogént nagyszabású villamosenergia-termelésre, gyakorlatilag káros kibocsátás nélkül.
Egy 1 MW-os hidrogénerőmű épül közvetlenül Kobe-ban, ahol egy nemzetközi kongresszusi központot és 10 000 helyi lakos munkahelyi irodáit látja el árammal. Az állomáson a hidrogénből villamos energia előállítása során termelt hő pedig a helyi házak és irodaházak hatékony fűtésévé válik.
A Kawasaki Heavy Industries által gyártott gázturbinákat természetesen nem tiszta hidrogénnel, hanem csak 20% hidrogént és 80% földgázt tartalmazó üzemanyag-keverékkel látják el.Az erőmű évente 20 000 hidrogénüzemanyagcellás járműnek megfelelő mennyiséget fogyaszt majd, de ez a tapasztalat a jelentős hidrogénenergia-fejlesztés kezdete lesz Japánban és azon túl.
A hidrogéntartalékokat közvetlenül az erőmű területén tárolják majd, és még földrengés vagy egyéb természeti katasztrófa esetén is lesz üzemanyag az állomáson, az állomás nem szakad el a létfontosságú kommunikációtól. 2020-ra a kobei kikötő rendelkezik infrastruktúrával a jelentős hidrogénimporthoz, mivel a Kawasaki Heavy Industries nagy hidrogénerőmű-hálózat kiépítését tervezi Japánban.