Меню
Главная
Случайная статья
Настройки
|
Водородная энергетика — отрасль энергетики, основанная на использовании водорода в качестве средства для зарядки, транспортировки, производства и потребления энергии. Водород выбран как наиболее распространенный элемент в космосе, теплота сгорания водорода максимальная, а продуктом сгорания в кислороде является вода (которая также вводится в оборот водородной энергетики). Водородная энергетика относится к альтернативной энергетике, если водород производится с помощью возобновляемых источников энергии.
Общемировая структура производства водорода распределена по трём основным источникам: 18 % приходится на переработку угля, 4,3 % обеспечивается за счёт «зелёного» водорода, получаемого посредством возобновляемых источников энергии (ВИЭ), главным образом при электролизе воды. Наконец, подавляющий объём — а это 69 % — составляет переработка природного газа и нефти[1].
Содержание
Производство водорода
На настоящий момент наиболее экономически выгодным считается производство водорода из ископаемого сырья. Снизить уровень выбросов углерода в производственных отраслях можно за счет водорода, полученного с использованием низкоуглеродных технологий, для этого можно применять технологии улавливания и хранения углекислого газа, а также электролиза воды, «в первую очередь с помощью энергии объектов атомной, гидро-, ветряной и солнечной энергетики».
Так называемая «цветовая» градация водорода, применяемая в некоторых профессиональных сообществах, условно характеризует технологию выработки и наличие углеродного следа, то есть количества вредных выбросов. «Цветовая» градация водорода, по существу, не соответствует известным законам природы, критериям Периодической таблицы Д. И. Менделеева и в определённой степени правилам русского языка. Её применение в ограниченной степени используется как «профессиональный» жаргонизм. Указанный сленг/жаргон не находит применения в нормативных документах международных организация, таких как ИСО, МЭК, ООН, не применим в российском законодательстве, деловой правительственной переписке. В этой связи, использование приведенной градации следует применять с учётом указанных особенностей:
Себестоимость «зеленого» водорода около 10 долларов за кг (что «абсолютно нерентабельно», по мнению главы Фонда национальной энергетической безопасности); «голубой» и «жёлтый» водород в несколько раз дешевле «зелёного» — от 2 долларов за килограмм.
Научно обоснованная классификация водорода/энергоносителя определена национальными стандартами: ГОСТ Р ИСО 14687-1-2012; ГОСТ Р 55466-2013; ГОСТ ISO 14687-3-2016, гармонизированными с ИСО.
Водородное топливо классифицируется по следующим типам и сортам:
a) Тип I (сорта A, B, C, D и E): газообразный водород и топливо на основе водорода.
b) Тип II (сорта C и D): жидкий водород.
c) Тип III: шугообразный водород.
В настоящее время Росстандарт проводит работы по актуализации действующей системы национальных стандартов с целью гармонизации с ISO 14687:2019 «Hydrogen fuel quality — Product specification».
В этой связи рекомендуется использовать классификацию водородного топлива (энергоносителя) в соответствии с общепринятыми нормативами правового регулирования.
В настоящее время существует множество методов промышленного производства водорода:
разрабатывались технологии производства водорода из мусора, этанола, металлургического шлака[2], биомассы[3] и другие технологии.
Паровая конверсия природного газа / метана / метанола
Паровая конверсия природного газа / метана — по состоянию на 2015 год данным способом производится примерно 90—95 % всего водорода в США[4]. Водяной пар при температуре 700—1000 °C смешивается с метаном под давлением в присутствии катализатора. Себестоимость процесса $2–5 за килограмм водорода.
Газификацияугля
Старейший способ получения водорода. Уголь нагревают с водяным паром при температуре 800—1300 °C без доступа воздуха.
Первый газогенератор был построен в Великобритании в 40-х годах XIX века. Себестоимость процесса 2—2,5 долл. за килограмм водорода.
Используя атомную энергию
Использование атомной энергии для производства водорода возможно в различных процессах[уточнить]: химических, электролиз воды, высокотемпературный электролиз. Себестоимость процесса $2,33 за килограмм водорода.
Электролизводы
Обратная реакция происходит в топливном элементе. Себестоимость процесса $6–7 за килограмм водорода.
Водород из биомассы
Водород из биомассы получается термохимическим или биохимическим способом. При термохимическом методе биомассу нагревают без доступа кислорода до температуры 500—800 °C (для отходов древесины), что намного ниже температуры процесса газификации угля. В результате процесса выделяется H2, CO и CH4.
Себестоимость процесса $5–7 за килограмм водорода.
В биохимическом процессе фиксации азота водород вырабатывают различные бактерии, например, Rodobacter speriodes.
Инфраструктура производства и доставки
Снижение цены водорода возможно при строительстве инфраструктуры по доставке и хранению водорода. В США действует 750 километров, а в Европе — 1500 километров водородных трубопроводных систем. Трубопроводы действуют при давлении 10—20 бар, изготовлены из стальных труб диаметром 25—30 см.
Старейший водородный трубопровод действует в районе германского Рура: 210 километров трубопровода соединяют 18 производителей и потребителей водорода; трубопровод действует более 50 лет.
Самый длинный трубопровод длиной 400 километров проложен между Францией и Бельгией.
После небольших изменений водород может передаваться по существующим газопроводам природного газа
Водород в настоящее время, в основном, применяется в технологических процессах производства бензина и для производства аммиака.
Сферы применения
Малые стационарные применения
|
|