Основные проблемы и перспективы водородной энергетики
Во многих странах мира исследования в области водородной энергетики являются приоритетным направлением развития науки и техники. Это когда в качестве основного энергоносителя используется водород, а для выработки электроэнергии на его основе применяются топливные элементы. Эти устройства, производят эл.эн. без процесса горения, за счет реакции окисления водорода кислородом воздуха. Кроме водорода в качестве топлива могут быть использованы метанол, этанол, природный газ, биомасса, уголь, аммиак и др.
Водород не является первичным источником энергии, как нефть или природный газ, но может быть использован в качестве энергоносителя.
По оценкам Министерства энергетики США, в ближайшее десятилетие основными ресурсами для получения водорода будут оставаться нефть, уголь и природный газ. Их переработка в водород осуществляется методами каталитической вводно-паровой или окислительной конверсии, остающимися пока наиболее технически отработанными и рентабельными процессами. Поскольку производство водорода путем конверсии угля или углеводородов сопровождается эмиссией двуокиси углерода, экологические проблемы в этом случае решаются лишь в части сокращения объемов вредных выбросов в атмосферу и централизации источников двуокиси углерода.
Второй по масштабам метод производства водорода – это электролитическое разложение воды. Электролиз воды остается перспективным способом получения водорода, для этого можно использовать энергию атомных электростанций в период малых нагрузок и возобновляемые источники энергии.
|
|
|
Третий метод – выделение водорода из биомассы с помощью биотехнологий. Потенциально для этих целей могут быть использованы любые виды органических отходов. Однако развитие данного направления требует создания новых высокопроизводительных микроорганизмов, устойчивых к более жестким температурным условиям.
Водород может стать массовым видом топлива не раньше, чем через 20-30 лет.
Производство водорода и его хранение.Методы производства водорода
Способов получения водорода.
К ним относятся:паровая конверсия метана и природного газа;газификация угля;электролиз воды;пиролиз;частичное окисление;биотехнологии.
В данный момент наиболее доступным и дешёвым процессом является паровая конверсия.
Производство водорода может быть сосредоточено на централизованных крупных предприятиях.
Производство водорода из различных источников сырьяИз углеводородов. Паровая конверсия природного газа / метана
Водород можно получать разной чистоты: 95-98% или особо чистый. В зависимости от дальнейшего использования водород получают под различным давлением: от 1,0 до 4,2 МПа. Сырье (природный газ или легкие нефтяные фракции) подогревается до 350-400° в конвективной печи или теплообменнике и поступает в аппарат десульфирования. Конвертированный газ из печи охлаждается в печи-утилизаторе, где вырабатывается пар требуемых параметров. После ступеней высокотемпературной и низкотемпературной конверсии СО газ поступает на адсорбцию СО2 и затем на метанирование остаточных оксидов. В результате получается водород 95-98,5% чистоты с содержанием в нем 1-5% метана и следов СО и СО2.
|
|
|
Газификация угляСтарейший способ получения водорода. Уголь нагревают при температуре 800°—1300° Цельсия без доступа воздуха. Первый газогенератор был построен в Великобритании в 40-х годах XIX века. США предполагают построить электростанцию по проекту FutureGen, которая будет работать на продуктах газификации угля. Электричество будут вырабатывать топливные элементы, используя в качестве горючего водород, получающийся в процессе газификации угля.
В декабре 2007 г. была определена площадка для строительства первой пилотной электростанции проекта FutureGen. В Иллинойсе будет построена электростанция мощностью 275 МВт. Общая стоимость проекта $1,2 млрд. На электростанции будет улавливаться и храниться до 90 % СО2.Себестоимость процесса $2-$2,5 за килограмм водорода. В будущем возможно снижение цены до $1,50, включая доставку и хранение.
|
|
|
Из биомассыВодород из биомассы получается термохимическим, или биохимическим способом. При термохимическом методе биомассу нагревают без доступа кислорода до температуры 500°-800° (для отходов древесины), что намного ниже температуры процесса газификации угля.
Хранение водорода
Как правило, водород хранят в сжиженном, абсорбированном либо сжатом газообразном состоянии. Основные проблемы, требующие решения при разработке технологий хранения водорода, имеют отношение к обеспечению их рентабельности и безопасности, что напрямую связано с химическими и физическими свойствами водорода.Хранение водорода может использоваться и как технология сглаживания естественных колебаний в объёмах электрической энергии, получаемой за счёт возобновляемых источников энергии, таких как ветер или солнце. Наиболее перспективным методом считается хранение водорода в абсорбированном состоянии. Большинство материалов позволяют сорбировать не более 7-8 % водорода в массовой доле.
Дата добавления: 2018-02-28; просмотров: 422; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!