для чего нужна вода электростанциям

Перспективы и недостатки водородной энергетики

Для хранения и выработки энергии от водорода используются топливные элементы. Первый водородный топливный элемент был сконструирован английским ученым Уильямом Гроувом в 30-х годах 19 века. Гроув и работавший параллельно с ним Кристиан Шенбейн продемонстрировали возможность производства энергии в водородно-кислородном топливном элементе с использованием кислотного электролита.

В 1959 году Фрэнсис Т. Бэкон из Кембриджа добавил в водородный топливный элемент ионообменную мембрану для облегчения транспорта гидроксид-ионов. Изобретением Бэкона сразу заинтересовались правительство США и NASA, обновленный топливный элемент стал использоваться на космических аппаратах «Аполлон» в качестве главного источника энергии во время их полетов.

В отличие от кислорода водород практически не встречается на земле в чистом виде и поэтому извлекается из других соединений с помощью различных химических методов.

По этим способам его разделяют на цветовые градации.

Зеленый — производится из возобновляемых источников энергии методом электролиза воды. Все, что необходимо для этого: вода, электролизер и большое снабжение электроэнергией.

Голубой — производится из природного газа, а вредные отходы улавливаются для вторичного использования. Тем не менее идеально чистым этот метод не назовешь.

Розовый или красный — произведенный при помощи атомной энергии.

Серый — водород получают путем конверсии метана. При его производстве вредные отходы выбрасываются в атмосферу.

Коричневый — водород получают в результате газификации угля. Этот метод также после себя оставляет парниковые газы.

Еще существуют технологии получения биоводорода из мусора и этанола, но их доля чрезвычайно мала.

Себестоимость производства по видам водорода, доллар за килограмм

Водородная энергетика

На переработку угля приходится 18% производства водорода, 4% обеспечивается за счет зеленого водорода и 78% — переработкой природного газа и нефти. Методы производства, основанные на ископаемом топливе, приводят к образованию 830 млн тонн выбросов CO₂ каждый год, что равно выбросам Великобритании и Индонезии, вместе взятым. И тем не менее водород — это более чистая альтернатива традиционному топливу.

В мире три основных источника выбросов, способствующих потеплению климата: транспорт, производство электроэнергии и промышленность. Водород может использоваться во всех трех областях. При использовании в топливных элементах водородная энергия оставляет минимальные потери, а после использования в качестве побочного продукта остается только вода, из которой снова можно добывать водород.

Перспективы отрасли

Согласно докладу МЭА, к 2050 году мировой спрос на водород должен достичь 528 млн тонн — против 87 млн в 2020, — а его доля в мировом потреблении составит 18%, из них 10% будет приходиться на зеленый водород.

В июне 2020 года Германия объявила о реализации национальной водородной стратегии с инвестициями в 7 млрд евро, чтобы стать лидером в этой области.

Япония, Франция, Южная Корея, Австралия, Нидерланды и Норвегия начали свой курс на водород раньше Германии, а Япония сделала это раньше всех — в декабре 2017 года.

В июле 2020 года Минэнерго подготовило план развития в РФ водородной энергетики на период 2020—2024 годов. Производить водород собираются «Росатом», «Газпром» и «Новатэк». В дорожной карте предусмотрены следующие меры:

В 2021 году HydrogenOne Capital — первый в мире инвестиционный фонд, ориентированный на зеленый водород, заявил о листинге на Лондонской бирже. Фонд инвестирует в проекты мощностью 20—100 МВт с возможностью их расширения до 500 МВт.

Как сделать ремонт и не сойти с ума

Преимущества водородной энергетики

Высокая применимость. Электрификация транспорта поможет снизить выбросы в атмосферу, но авиацию, морские и грузовые перевозки на дальние расстояния трудно перевести на использование электроэнергии, потому что для этих секторов требуется топливо с высокой плотностью энергии. Зеленый водород может удовлетворить эти потребности. Например, Airbus представил концепции самолетов с водородным двигателем и надеется ввести его в эксплуатацию к 2035 году.

Nikola строит полуприцепы, работающие как на аккумуляторных батареях, так и на водороде. Компания заявляет, что ее топливные элементы могут работать при более низких температурах, чем батареи. И они легче, что делает их более практичными для грузовиков и другой тяжелой техники. Nikola также утверждает, что дальность хода такого грузовика составит 900 миль на баке с водородом. Для сравнения: у Tesla Semi с батарейным питанием, который может быть запущен в производство в конце этого года или в 2022 году, заявленная дальность — 200—300 миль.

Также свои аналогичные модели транспорта представили компании Toyota, Honda и BMW.

Время заправки электромобиля на топливных элементах в среднем составляет менее четырех минут. При этом в отличие от батарей они не нуждаются в перезарядке. Поскольку они могут работать независимо от сети, то могут использоваться как запасные генераторы электричества или тепла.

Важный элемент перехода на водород — его применение в ЖКХ. Кроме пилотных проектов в Великобритании Лидс станет первым городом, энергоснабжение которого будет полностью водородным. Согласно плану, все газовые сети и транспортное оборудование переведут на него.

Запасы водорода практически безграничны. Так как он встречается почти всюду, его можно использовать там, где он производится. В отличие от батарей, которые не могут хранить большое количество электроэнергии в течение продолжительного времени, водород можно производить из избыточной возобновляемой энергии и хранить в больших количествах.

Энергоэффективность. Водород содержит почти в три раза больше энергии, чем ископаемое топливо, поэтому для выполнения какой-либо работы его требуется гораздо меньше. Например, по сравнению с электростанцией, работающей на сжигании топлива с КПД от 33 до 35%, водородные топливные элементы выполнят ту же функцию с КПД до 65%. Для примера, у солнечных элементов КПД — 20%, а у ветряных — 40%.

Весной 2020 года в городе Фукусима была запущена самая крупная в мире электростанция, работающая на водороде. Для питания электролизных установок на ней размещены солнечные батареи общей мощностью 20 МВт. Всего станция вырабатывает 1,2 тысячи кубических метров водорода в час.

В автомобилях топливные элементы используют 40—60% энергии топлива, а также обеспечивают сокращение его расхода на 50%.

Зеленый водород — отличная среда для хранения энергии. Например, у Германии существует проблема с энергосистемой. В ясные и ветреные дни солнечные экраны и ветряные турбины на севере производят больше электроэнергии, чем может потребить эта часть страны. Из-за этого Германия вынуждена продавать излишки электроэнергии соседним странам себе в убыток. Избыток электроэнергии из ВИЭ можно хранить в виде водорода, а затем сжигать для выработки электроэнергии, когда это необходимо.

Недостатки водородной энергетики

Стоимость зеленого водорода. Как уже говорилось выше, именно стоимость добычи самого чистого вида водорода ставит наиболее сильные препятствия в его развитии. По словам и прогнозам Минэнерго РФ, перспективы водородной энергетики связаны с удешевлением стоимости водорода, производимого электролизом воды. В качестве основных факторов обеспечения конкурентоспособности зеленого водорода рассматривается перспективное снижение капитальных затрат на электролизеры, а также стоимости электроэнергии из ВИЭ.

Источник

АЭС и охрана водоемов. Назревшие вопросы

Для чего нужна вода атомным реакторам, безопасны ли туризм и спорт на водоемах, куда возвращается вода из АЭС, повлияет ли атомная электростанция на биоразнообразие в своих окрестностях? Интервью венгерского инженера-энергетика для «Газеты.uz».

Жолт Харфаш — венгерский инженер-энергетик, в разные годы работал в министерстве экономики и транспорта, министерстве национального развития Венгрии по атомной тематике. Принимал участие в подготовке решения парламента 2009 года о расширении атомной электростанции «Пакш» и в разработке энергетической стратегии Венгрии, принятой в 2011 году.

— Для чего нужна вода атомным реакторам ВВЭР-1200?

— Есть два основных назначения воды для реакторов типа ВВЭР — это теплообмен и охлаждение.

Основной принцип работы АЭС заключается в том, что в результате атомной реакции выделяется большое количество тепла, которое нагревает воду, преобразуя ее в пар. Пар под давлением вращает турбину, которая преобразует механическую энергию в электрическую.

В современных АЭС используется двухконтурная система: первый контур, в котором циркулирует вода из реактора, — замкнутый, вода в нем циркулирует по кругу с помощью насосов. Тепло из первого контура передается воде второго контура, которая моментально закипает, превращается в пар и вращает турбину. Вращательное движение генерирует электричество в генераторе, установленном на общем валу c турбиной. Пар, выходящий из турбины, затем поступает в охладитель, где он снова преобразуется в жидкое состояние.

Важно отметить, что вода из первого контура никак не контактирует с водой второго контура, что положительно сказывается на безопасной эксплуатации АЭС и делает невозможным радиоактивное загрязнение воды, сбрасываемой в конечный поглотитель (водоем, градирня, море).

— Можно ли строить АЭС вдали от водоемов?

— В качестве окончательного поглотителя тепла, которое требуется отводить от атомной электростанции, могут использоваться несколько вариантов в зависимости от условий данной площадки: если поблизости есть река с большим притоком воды или море, охлаждение электростанции может быть решено с помощью этой воды, и это безопасно.

Например, на площадке АЭС «Пакш» в Венгрии используется охлаждение пресной водой из Дуная. Важно отметить, что эта вода не меняет своих свойств после использования, так как находится в контуре, который никак не связан с реактором.

Там, где нет достаточного количества пресной или морской воды для охлаждения, применяются градирни с «сухой» или «мокрой» системой охлаждения. В этом случае охлаждающая вода циркулирует между градирней и конденсатором. Таким образом, можно эксплуатировать атомную электростанцию и вдали от больших потоков воды и морей, если есть возможность компенсировать потери воды во время испарения из близлежащих небольших источников воды.

— Какой объем воды будет образовываться ежегодно? Будет ли очищаться отработанная вода и что с ней будет дальше?

— Атомные электростанции имеют проверенную систему для очистки отработанной воды. Вся отработанная вода первого контура подвергается переработке, в результате чего образуется чистый конденсат, который полностью лишен радиоактивного загрязнения и затем вновь используется в первом контуре.

Годовой объем сточных вод для двух блоков с реакторами ВВЭР-1200 может составлять около 88 тысяч кубических метров в год, которые благодаря очистке не представляют никакого риска для окружающей среды.

На АЭС «Пакш» ведется постоянный экологический мониторинг для того, чтобы предотвратить попадание любых загрязняющих веществ в окружающую среду, включая мониторинг температуры охлаждающей воды, которая не должна превышать установленные нормы при попадании в реку. Данные экологического мониторинга строго контролируются компетентными венгерскими ведомствам, включая атомный надзор, а также ведомства в сфере надзора водного хозяйства. Все данные опубликованы на сайтах АЭС и соответствующих контролирующих органов.

— Будет ли возвращаться вода, задействованная в системах охлаждения АЭС, обратно в водоем?

— Это возможно, потому что она не представляет никакой угрозы природе.

— Безопасно ли продолжать на водоеме, куда возвращается вода из АЭС, развивать водные виды отдыха и рыбную ловлю?

— Да, использование этих вод для спорта и отдыха абсолютно безопасно. Именно поэтому, безусловно, стоит развивать водные виды спорта и рыбалку. К примеру, в Венгрии местные рыбаки активно рыбачат на участке Дуная ниже устья канала, исходящего от АЭС «Пакш».

— Как АЭС может повлиять на биоразнообразие в своих окрестностях? Озеро Тузкан и водохранилище Тудакуль (определены как перспективные площадки для строительства АЭС в Узбекистане — ред.) имеют рыбохозяйственное значение, являются важными орнитологическими территориями. Как строительство и работа АЭС повлияет на ихтиофауну водоемов?

— Ни строительство, ни эксплуатация электростанции не влияют на биоразнообразие окрестностей, включая орнитофауну и ихтиофауну. Защитная зона вокруг АЭС обеспечивает полный покой для дикой природы. Также важно отметить, что атомная электростанция не выделяет углекислый газ и другие загрязняющие вещества во время своей работы, поэтому ее эксплуатация не влияет на качество воздуха.

Справка: Айдар-Арнасайская система озер, в которую входит озеро Тузкан, включена в Список водно-болотных угодий международного значения Рамсарской конвенции. Среди атомных станций есть, по меньшей мере, еще одна близ водоема из Рамсарского списка — Запорожская атомная станция в Украине, построенная в советское время, находится примерно в 30 км от поймы Семь маяков.

— Оба водоема, которые в Узбекистане рассматриваются как потенциальные площадки для строительства АЭС, — минерализованные, солоноватые. Имеет ли это какое-либо значение для использования их вод в охлаждении?

— Для охлаждения может использоваться как пресная, так и соленая вода. В мире много АЭС, расположенных на морском побережье и использующих морскую воду.

— Каковы риски загрязнения окружающей среды при строительстве и работе АЭС и как они будут управляться в проекте АЭС?

— В атомной энергетике безопасность, включая безопасность окружающей среды, имеет приоритет над любым другим аспектом. Во время строительства и эксплуатации атомной электростанции доступны все технологические решения и системы управления, с помощью которых можно гарантировать, что никакое загрязнение не может попасть в окружающую среду. В период работы атомной электростанции в контролируемых условиях образуется относительно небольшое количество твердых и жидких радиоактивных отходов низкой и средней активности, управление которыми следует философии «сбора, контроля и инкапсуляции (изоляция с целью исключения отрицательного влияния на окружающую среду — ред.)». Поэтому не следует ожидать загрязнения при соблюдении технологических норм.

Материалы по теме

Комментарии

Евгений Калмыков

Нет сомнения, атомная станция нужна. Но строить ее надо в местах подальше от населения (в горах, межгорьях) и никоем образом не питать ее из реки откуда пьем воду и не сбрасывать вторичную воду в туда же. Не сомневаюсь в “качестве стройки“ и в технологиях, но даже японцы при 100% гарантии имели несколько раз проблемы со станцией. Там, где техника-оборудование-высокие температуры, там всегда есть риск! Нужно правильно определиться с местом. Тем более есть постоянная угроза землетрясения. Подальше, с учетом “розы ветров“, и абсолютного исключения попадания вторичных, даже, как говорят, чистых вод, в наши реки! Надо использовать подземные источники воды.

Иван Застава

Евгений Калмыков. японцы имели проблемы со станциями первых поколений, в которых конструктивно не были предусмотрены средства пассивной защиты. На таких АЭС нет 100% гарантии. На сколько я понял, вы против чтобы чистая вода из АЭС попадала в реки? Дренаж с полей, скотоферм и канализации гораздо токсичнее. Только об этом говорить не принято.

Красивое Зачемонотебе

Лично моё мнение АЭС и Узбекистан вещь не совместимая, работал в машиностроение, сельхозтехника, и везде встречал.. Ааааа бзагя боляди. И тем более у нас любят экономить на всём и атомщиков по пальцам пересчитать можно.. чтот страшновато становица

Алик Мб Стар

Атомная энергетика — слишком рискованная технология. По сути, единственный стопроцентный способ предотвращения аварий — это просто не строить АЭС. Ее роль чрезмерно преувеличена, и ее вклад в мировое производство электроэнергии невелик».
АЭС как современной технологии является устаревшим: «В США последний коммерческий заказ на строительство реактора был сделан в 1974 году. В 1990-е годы Япония планировала построить к этому времени 300 новых реакторов. В реальности не строится ничего! Сейчас из 42 японских реакторов работают только пять, остальные остановлены.
По мнению CNIC, развивающимся странам, в частности и в Узбекистане, в коротком временном промежутке стоит развивать углеводородную энергетику (уголь, газ), малые ГЭС и возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Но в будущем нужно стремиться к 100% ВИЭ.

«Правительство Японии оценивает общие финансовые потери от трагедии в Фукусиме в 193 млрд долларов США. Некоторые эксперты говорят, что ущерб в десятки раз больше.
Уважаемые советчики “за“ строительство АЭС! Эти оценки и выводы по строительству и использованию АЭС в нашей Республике дают учёные, исследователи и физики, наблюдатели МАГАТЭ с Мировыми именами! Ни одна страна в Мире ещё не дала положительный отзыв об использовании АЭС! Не нужно быть экологическим и стратегическим заложником атома, тем более ни кто не даст нам 100% ную гарантию на безопасность, это бессмысленно перед экологической катастрофой! Хватит нам и одного Чернобыля, который дал человечеству урок на многие десятилетия в перёд!

Don Rum

Все АЭС строят супер надёжными, но почему аварии случаются и контуры прогорают, и люди ошибаются, и стихия природы разрушает, но всё супер надёжно. Сами себе яму роем с этой АЭС.
Венгрия стала супер специалистом в ядерной энергетике, “Обалдеть!“ — кричали гости.

Бахтиер Исамухамедов

Здравствуйте не строить Аэс это колосальная преступная ошибка. Машина делает наезды на людей и их нельзя использовать и ездить это идиотизм. Сжигать газ и получать электроэнергию это не эфективно мы пускаем в воздух достояние наших детей. Если вы против купите энергосберегающие лампочки ветряные генераторы солнечные панели и оцените восколько обойдется или пользуйтесь свечкой. Насегодя самый эфективный источник электроэнергии это АЭС, при том что унас есть свой уран который можно на давальческой основе обоготить в мирный уран. И можно радиоактивные отходы хранить в местах их добычи на отработанных участках. По строительству АЭС мы опаздываем 10-15лет это будующее энерго безопасности. А гидроэлектростанции дополнения и уменьшение себе стоимости электроэнергии. Реки и каналы имеют свой придел для выработки электроэнергии. Теплоэлектростанции нужны для обеспечения пиковых моментов. АЭС мы объязаны построить для развития нашей экономики.

Anvar Nazir

Ivan Zastava
Что значит гораздо токсичнее?? есть разные виды токсичности, но все они токсичны для людей, не нужно нынешнюю безхозность когда сливы отходов ферм попадают в природные водные источники считать оправданием для других, потенциально возможных загрязнений водных ресурсов.
Интервью не убеждает! во первых это заинтересованное лицо, человек работающий в системе Атомной Энергетики. Ну вот например, “ Есть два основных назначения воды для реакторов типа ВВЭР — это теплообмен и охлаждение.“ утверждает венгерский эксперт. Прекрасно, но как охлаждать там где климат сухой и жаркий? поясню, водоёмы узбекские, о которых идёт речь в этом интервью очень и очень неплохо нагреваются летом, как кстати и сам воздух в этой степной зоне. Это как повлияет на работу АЭС? ведь ныне в мире, все АЭС расположены в умеренных зонах чем те места, что мы предлагаем и все расположены вблизи крупнейших рек или морей, заливов, океанов, это уже говорит о том что вода и немалое её количество нужны для работы АЭС, а у нас вода уже роскошь.
Я честно скажу, не нужно верить никогда заинтересованной стороне, в бизнесе как правило заинтересованная сторона нередко готова вводить общество и потребителя в заблуждение. Энергетика, химическая промышленность, фарминдустрия это как раз те сферы, где нередко представители этих отраслей приукрашивает там где этого не стоит делать, и умалчивают там, где молчать не этично. Глифосат яркий тому пример, когда нам точно вот такие эксперты утверждали что это всё безопасно и прочее. Увы, но сейчас мы видим уже что эти эксперты просто защищали интересы своей отрасли. Аналогично и с углём, с рядом лекарственных препаратов ( статины самый яркий пример!) и прочее. Не нужно разумеется впадать в конспирологию. Но одно очевидно, опыт должен всех нас чему то учить, я подобным интервью и выбросам в СМИ отношусь очень насторожено. Венгерский эксперт прежде всего адвокат отрасли на которую он работает. Многое в его интервью просто утверждение, а задающий вопрос, у меня сложилось такое ощущение, просто отработал интервью для Узатома.
Если издание уважает права потребителя, ему стоит так же опросить и независимых экспертов.
Вообще в условиях нашего “управления“ я не особо верю в безопасность подобных проектов. Не нужно пожалуйста лгать себе, утверждая что вся станция будет укомплектована иностранным персоналом, персонал, иностранный нужно содержать, это нереально в наших условиях!
Потом, вот нам показывают две площадки, одна рядом с городской средой, как я слышал, узбекская сторона сдержанно относиться к этой площадке, это выбор Росатома, так как рядом расположены населённые пункты. И на самом деле это риск и строить АЭС рядом с городами нельзя в принципе, в наших условиях нельзя! Наша сторона предлагает строить АЭС в дикой местности, но туда нужно провести коммуникации, и вообще рядом с любой АЭС нужно возвести инфраструктуру сходную с городской. То есть построить город. Вот представьте себе что строительства, фактически, нового города на пустом месте что такое. Это конечно делает проект очень дорогим! Тем более мы то и дело слышим что и наш бюджет будут использовать для возведения АЭС. Оба варианта несут немало рисков.
Далее. Росатом сделал немало противоречивых заявлений, к примеру в начале было сказано что хранить отходы будут вне пределов Узбекистана, то есть отходы радиоактивные будут вывозить в РФ. Потом было заявлено что возможно для отходов хранилище построят у нас. И это уже совсем серьёзные риски. Такое нам точно не нужно!
Строить АЭС будут долго и мировая практика тому пример. И это означает что быстро решить проблему нехватки эл. энергии невозможно.
Вообщем и в частности проект по возведению АЭС это скорее маниловские мечты власти, чем реально полезный проект. Лучше просто начните реформировать систему управление энергетикой, упраздните Узбекэнерго, какой частный производитель будет продавать потребителю эл. энергию через Узбекэнерго если эта структура вся тонет в долгах? производитель просто обанкротиться. Перестаньте продавать всем подряд газ, вы его продаёте за счёт сокращения использования газа внутри страны, это простите, просто маразм полный.
Вообщем риски есть, политические, экономические, экологические, технические. Они очевидны и дело тут не только в специфике АЭС, но и в специфике нашей страны, её системы управления, и много чего ещё. Поэтому, пока не поздно, нужно перестать пребывать в маниловских мечтах, нужно перестать обманывать себя. АЭС это не то что возможно в условиях Узбекистана.

Sergey Prostorov

Да нормально все с АЭС. Вон, сколько людей машины давят.. давайте запретим машины!

Источник

Водородная энергетика: начало большого пути

Ранее мы рассказывали про то, каким экологичным видом транспорта являются электробусы. Однако не упомянули один важный момент: c ростом числа электротранспорта городам потребуется больше электричества, которое зачастую получают экологически небезопасными способами. К счастью, сегодня мир научился получать энергию при помощи ветра, солнца и даже водорода. Новый материал мы решили посвятить последнему из источников и рассказать об особенностях водородной энергетики.

На первый взгляд, водород — идеальное топливо. Во-первых, он является самым распространенным элементом во Вселенной, во-вторых, при его сгорании высвобождается большое количество энергии и образуется вода без выделения каких-либо вредных газов. Преимущества водородной энергетики человечество осознало уже давно, однако применять ее в больших промышленных масштабах пока не спешит.

Водородные топливные элементы

Первый водородный топливный элемент был сконструирован английским ученым Уильямом Гроувом в 30-х годах XIX века. Гроув пытался осадить медь из водного раствора сульфата меди на железную поверхность и заметил, что под действием электрического тока вода распадается на водород и кислород. После этого открытия Гроув и работавший параллельно с ним Кристиан Шенбейн продемонстрировали возможность производства энергии в водородно-кислородном топливном элементе с использованием кислотного электролита.

Позже, в 1959 году, Фрэнсис Т. Бэкон из Кембриджа добавил в водородный топливный элемент ионообменную мембрану для облегчения транспорта гидроксид-ионов. Изобретением Бэкона сразу заинтересовалось правительство США и NASA, обновленный топливный элемент стал использоваться на космических аппаратах «Аполлон» в качестве главного источника энергии во время их полетов.

Водородный топливный элемент из сервисного модуля «Аполлонов», вырабатывающий электричество, тепло и воду для астронавтов. Источник: James Humphreys / Wikimedia Commons

Сейчас топливный элемент на водороде напоминает традиционный гальванический элемент с одной лишь разницей: вещество для реакции не хранится в элементе, а постоянно поставляется извне. Просачиваясь через пористый анод, водород теряет электроны, которые уходят в электрическую цепь, а сквозь мембрану проходят катионы водорода. Далее на катоде кислород ловит протон и внешний электрон, в результате чего образуется вода.

Принцип работы водородного топливного элемента. Источник: Geek.com

С одной топливной ячейки снимается напряжение порядка 0,7 В, поэтому ячейки объединяют в массивные топливные элементы с приемлемым выходным напряжением и током. Теоретическое напряжение с водородного элемента может достигать 1,23 В, но часть энергии уходит в тепло.

С точки зрения «зеленой» энергетики у водородных топливных элементов крайне высокий КПД — 60%. Для сравнения: КПД лучших двигателей внутреннего сгорания составляет 35-40%. Для солнечных электростанций коэффициент составляет всего 15-20%, но сильно зависит от погодных условий. КПД лучших крыльчатых ветряных электростанций доходит до 40%, что сравнимо с парогенераторами, но ветряки также требуют подходящих погодных условий и дорогого обслуживания.

Как мы видим, по этому параметру водородная энергетика является наиболее привлекательным источником энергии, но все же существует ряд проблем, мешающих ее массовому применению. Самая главная из них — процесс добычи водорода.

Проблемы добычи

Водородная энергетика экологична, но не автономна. Для работы топливному элементу нужен водород, который не встречается на Земле в чистом виде. Водород нужно получать, но все существующие сейчас способы либо очень затратны, либо малоэффективны.

Трубчатая печь для паровой конверсии метана — не самый эргономичный способ добычи водорода. Источник: ЦТК-Евро

Более удобный и простой метод — электролиз воды. При прохождении электрического тока через обрабатываемую воду происходит серия электрохимических реакций, в результате которых образуется водород. Существенный недостаток этого способа — большие энергозатраты, необходимые для проведения реакции. То есть получается несколько странная ситуация: для получения водородной энергии нужна… энергия. Во избежание возникновения при электролизе ненужных затрат и сохранения ценных ресурсов некоторые компании стремятся разработать системы полного цикла «электричество — водород— электричество», в которых получение энергии становится возможным без внешней подпитки. Примером такой системы является разработка Toshiba H2One.

Мобильная электростанция Toshiba H2One

Мы разработали мобильную мини-электростанцию H2One, преобразующую воду в водород, а водород в энергию. Для поддержания электролиза в ней используются солнечные батареи, а излишки энергии накапливаются в аккумуляторах и обеспечивают работу системы в отсутствие солнечного света. Полученный водород либо напрямую подается на топливные ячейки, либо отправляется на хранение во встроенный бак. За час электролизер H2One генерирует до 2 м 3 водорода, а на выходе обеспечивает мощность до 55 кВт. Для производства 1 м 3 водорода станции требуется до 2,5 м 3 воды.

Пока станция H2One не способна обеспечить электричеством крупное предприятие или целый город, но для функционирования небольших районов или организаций ее энергии будет вполне достаточно. Благодаря своей мобильности она может использоваться также как и временное решение в условиях стихийных бедствий или экстренного отключения электричества. К тому же, в отличие от дизельного генератора, которому для нормального функционирования необходимо топливо, водородной электростанции достаточно лишь воды.

Сейчас Toshiba H2One используется лишь в нескольких городах в Японии — к примеру, она снабжает электричеством и горячей водой железнодорожную станцию в городе Кавасаки.

Монтаж системы H2One в городе Кавасаки

Водородное будущее

Сейчас водородные топливные элементы обеспечивают энергией и портативные пауэр-банки, и городские автобусы с автомобилями, и железнодорожный транспорт (более подробно об использовании водорода в автоиндустрии мы расскажем в нашем следующем посте). Водородные топливные элементы неожиданно оказались отличным решением для квадрокоптеров — при аналогичной с аккумулятором массе запас водорода обеспечивает до пяти раз большее время полета. При этом мороз никак не влияет на эффективность. Экспериментальные дроны на топливных элементах производства российской компании AT Energy применялись для съемок на Олимпиаде в Сочи.

Стало известно, что на грядущих Олимпийских играх в Токио водород будет использоваться в автомобилях, при производстве электричества и тепла, а также станет главным источником энергии для олимпийской деревни. Для этого по заказу Toshiba Energy Systems & Solutions Corp. в японском городе Намиэ строится одна из крупнейших в мире станций по производству водорода. Станция будет потреблять до 10 МВт энергии, полученной из «зеленых» источников, генерируя электролизом до 900 тонн водорода в год.

Источник