Водородная энергетика

Ученые из Тринити-колледжа в Дублине приблизились к созданию эффективных катализаторов, способствующих расщеплению воды на кислород и водород. Использование таких соединений помогло бы создать экологически чистое топливо, при сжигании которого выделяется только вода. До сих пор разработки такого «топлива будущего» заходили в тупик из-за значительных энергетических затрат на производство водорода.

Первое. Катализаторы, способствующие в промышленном цикле разделять воду на кислород и водород — это неплохо. Однако здесь следует помнить о паре вещей. Первая — КПД никогда не бывает лучше единицы, и вторая — закон сохранения энергии. Иными словами, количество энергии, полученной из электролизного водорода, всегда ниже, чем затраты на его производство. И вдобавок, количество энергии, которое требуется потратить на получение водорода, оно как бы не маленькое — то есть, по сути мы говорим о способе аккумулирования энергии в водороде. Логично предположить, что передача той же энергии по проводам обойдется дешевле.

Отдельный момент связан с тем, что при разделении молекулы воды у нас получается не О2+2Н2, а О+Н2. То есть — кислород у нас получается в атомарном виде. Затем кислород рекомбинирует, и при этом выделяется энергия, которая фактически теряется. То есть энергия рекомбинации кислорода из атомарной в молекулярную фазу — это наши чистые потери.

При фотосинтезе в растениях происходит расщепление СО2. Здесь у нас все интереснее, поскольку молекулы углерода в общепринятом виде не существует. То есть потери на рекомбинацию практически отсутствуют. И все равно, растения используют многоступенчатый процесс, на каждой стадии которого углерод проходит из одной связанной формы в другую. Очевидно, что оптимизация получения водорода из воды могла бы включать в себя нечто подобное.

Теперь о том, что такое плохо.

Водород очень сложно хранить. Это крайне низкокипящий газ с очень высокой проникающей способностью. Известная фраза «у вас несчастные случаи на производстве были? — нет. — будут!» полностью описывает ситуацию с промышленным хранением водорода в больших масштабах. Пока газообразный водород дорог, пока он используется в небольшом числе приложений, и есть возможность нормальной криогенной (и очень дорогой) тары — все нормально. Однако массовое применение в газопроводах общественного пользования уже полностью бессмысленно, в силу трудностей применения, опасности утечек и склонности к образованию взрывоопасных смесей в воздухе.

Исходя из примера фотосинтеза, а также исходя из общих соображений практического применения, топливом будущего мог бы стать не водород, а водородсодержащее соединение — например, метан или аммиак. Аммиак хранить гораздо легче, утечки обнаруживать намного проще, ежегодно аммиака производится порядка 180 миллионов тонн, и накоплен колоссальный опыт по работе с этим газом. Аммиак может перекачиваться по трубам как в виде газа, так и с потоком воды, легко сжижается, и может каталитически разлагаться, его проникающая способность гораздо ниже, чем у водорода, утечки легко обнаружить.

ИМХО было бы весьма интересно и перспективно предложить процесс синтеза аммиака, а не водорода, из воды и воздуха. Полученный аммиак легко доставить к потребителю и хранить, а уже в конечной точке потребления его можно каталитически разлагать, причем продукты разложения — азот и водород — химически инертны друг к другу, то есть взрывоопасной смеси не образуется.

Полученный аммиак также можно использовать в химической промышленности в качестве сырья для производства удобрений и прочего. А вот с водородом это уже не получится…

Ситуация с метаном еще удобнее, поскольку при этом связывается углекислота. И подобно аммиаку, метан широко используется не только как топливо, но и как сырье.

Источник
  • avatar
  • .
  • +18

0 комментариев

Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.