» » » » Водород - как перспективное моторное топливо

Водород - как перспективное моторное топливо

C 2001 года в промышленно развитых странах анонсированы и приняты крупные государственные программы НИОКР в области водородной энергетики. Они рассчитаны на период до 2020 г. и нацелены на уменьшение зависимости развитых стран от импорта энергоресурсов, решение комплекса экологических проблем, развитие новых технологий по использованию возобновляемых энергоресурсов. В перспективе это приведет к существенным изменениям топливно-энергетического баланса и формированию нового крупного международного рынка водородных технологий и энергоносителей, что будет иметь значительные социально-экономические и политические последствия для всего мира.

Основным направлением внедрения водородной энергетики является автотранспорт, в связи с обострением проблемы устойчивого обеспечения моторным топливом. Причин обострения проблемы несколько. Первая из них – истощение запасов нефти. По прогнозам комиссии ЮНЕСКО уже в первой четверти наступившего столетия в значительной мере будут исчерпаны разведанные запасы нефти. По данным Энергетической комиссии США за последние 20 лет в мире не было открыто ни одно новое крупное месторождения нефти. При этом, необходимо помнить, что в странах ОПЕК, из-за стремления увеличения квот на добычу нефти, примерно на треть завышены объемы ранее разведанных месторождений нефти.

В настоящее время каждую секунду во всем мире добывается и потребляется (химической промышленностью, автомобилями и т.д.) примерно 127 т нефти. По расчетам ОПЕК, при существующим уровни добычи нефть в Великобритании закончится в ближайшие 3-4 года, в Норвегии – во втором десятилетии, в США – в первом десятилетии. Истощение российской нефти прогнозируется на 20-е гг. Нефтяных запасов Ирана, Саудовской Аравии, Венесуэлы хватит только до 50 гг. нашего столетия.

Второй причиной обострения проблемы является увеличение количества автотранспортных средств. В настоящее время эксплуатируется около 700 млн . автомобилей, которые потребляют более 60% всей добываемой нефти. Учитывая, что сейчас в мире за каждые две секунды с конвейера сходит новый автомобиль, к 2015 году количество автомобилей в мире вплотную приблизится к отметке в один миллиард единиц. И всем этим машинам потребуется бензин или дизельное топливо. По прогнозам специалистов, для удовлетворения всех нужд потребление нефти должно возрасти до 190 т в секунду. В то же время мировая нефтяная промышленность уже сегодня не в состоянии увеличить объем добычи нефти для компенсации стремительного прироста автомобильного транспорта, что приводит к увеличению ее дефицита. График с уровнем автомобилизации представлен на рис. 1

График с уровнем автомобилизации

В настоящее время в мире не хватает около 4 млн. баррелей нефти в день, что привело к беспрецедентному росту цен на нефть. Уже сейчас баррель нефти стоит более 60 долл. США. К 2025 г. дефицит нефти прогнозируется до 20 млн. баррелей в день, что очевидно приведет к непредсказуемому росту цен. К середине 30-х годов традиционные нефтяные топлива станут безумно дорогими, а к 2050 году полностью исчезнут. График роста дефицита нефти в мире представлен на рис. 2.

Аналогичные тенденции характерны и для нашей страны. Так, в России продолжается рост цен на нефтяные виды моторного топлива. В 2002 году цены на бензин выросли на 32%, на дизельное топливо – на 15%, в 2003 году, соответственно, на 36% и 16%. В результате к началу 2005 года уровень цен на бензин в России в плотную приблизился ценам в США и других развитых стран. Очевидно, что и в дальнейшем тенденция роста цен на нефтепродукты будет сохраняться.

Рост дефицита нефти по миру в целом

Рис. 2. Рост дефицита нефти по миру в целом

Необходимо отметить, что транспортный сектор Европы, Японии и США на 90% зависит от нефти. Поэтому в связи с увеличением энергопотребления и истощением разведанных запасов нефти, в первую очередь, у развитых стран мира остается только один выход – срочно диверсифицировать свои топливно-энергетические балансы в сторону максимально возможного замещения в транспортном секторе нефтепродуктов другими видами энергоносителей.

Наиболее реальные альтернативные варианты - сжиженный природный газ (СПГ) или жидкий водород (ЖВ). Они экологичнее, а СПГ еще и дешевле. Сейчас качественный бензин в России стоит минимум 21 тыс. руб. за тонну, а СПГ – 8,5 тыс. руб. И этот разрыв будет расти. Учитывая, что запасы природного газа иссякнут на Земле к середине 70-х годов нашего столетия, водород смело можно рассматривается в качестве одного из наиболее перспективных вариантов моторного топлива XXI века.

Его ресурсы - огромны, а так как в процессе сгорания водорода образуется водяной пар, то можно сказать, что он является самым экологически чистым видом моторного топлива. Единственное токсичное вещество - окислы азота, содержащиеся в выхлопе водородного двигателя в совершенно незначительных количествах по сравнению с бензиновыми моторами и уж тем более - с дизелями, легко обезвреживаются в каталитических нейтрализаторах.
Прекрасно понимая перспективность в будущем водородного топлива, правительства США, Европейского Союза, Японии и других стран уже сейчас тратят миллиарды долларов на научные исследования и опытно-конструкторские работы, стремясь как можно скорее разработать промышленные технологии и внедрить их на рынке.

Водородное топливо для автотранспорта: газ сжатый или газ сжиженный?

Одним из серьезных вопросов в применении водорода в качестве моторного топлива является выбор способа его хранения на борту автотранспортного средства. Водород — самый легкий среди химических элементов, поэтому в заданном объеме его помещается значительно меньше, чем других видов топлива.

Так, при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении водород занимает примерно в 3 тыс. раз больший объем, чем бензин с равным количеством энергии. Поэтому для того, чтобы заправить машину достаточным количеством топлива, необходимо либо нагнетать водород под высоким давлением, либо использовать его в виде криогенной жидкости, либо же оборудовать автомобили сложнейшими топливными системами.

Обеспечение автозаправочных станций сжатым водородом и заполнение баллонов, находящихся в автомобиле, технически больших проблем не представляет. Современные материалы гарантируют высокую надёжность таких сосудов. Однако увеличивается вес автомобиля и уменьшается полезное пространство, т.к. баллон с одним кг сжатого при 70 МПа водорода занимает в 7,5 раз больше места, чем энергетически эквивалентное количество бензина.

В сжиженном виде водород занимает значительно меньше места, хотя для этого его необходимо охладить всего до двух десятков градусов выше абсолютного нуля. Однако, развитие криогенных технологий и успехи, достигнутые в сфере использования сверхнизких температур, уже сегодня позволяют без особого ущерба полезному пространству автомобиля хранить на его борту запас жидкого водорода, достаточный для пробега 500 км и более.

Достоинством данной системы хранения является наименьшая масса и высокая объемная концентрация водорода; жидкий водород эквивалентен газообразному, сжатому до 170 МПа. Поэтому если к системе хранения водорода предъявляются ограничения по массе и по объему, что характерно для транспортных средств, то преимущество имеет криогенная система хранения.

Жидкий водород, производство которого растет в мире ежегодно на 5%, является важным элементом инфраструктуры снабжения потребителей водородом. В США производственные мощности позволяют в год получать до 120 тысяч тонн жидкого водорода, из которых 15% расходуется на РКТ, остальное используется в химической промышленности (37%), металлургии (21%), электронике (16%), стекольной промышленности (4%).
Одним из способов связанного хранения водорода являются гидриды. Однако лучшие из известных сегодня гидридов - железотитановые и никель-магниевые - уступают по объемным и весовым параметрам криогенному способу хранения водорода.

Проводятся разработки в области систем хранения водорода с использованием углеродных нанотрубок, но все имеющиеся на сегодняшний день конструкции обладают рядом серьезных недостатков, которые не позволяют широко использовать на транспортных средствах.

Ввиду вышесказанного, очевидно, что в настоящее время криогенная система хранения водорода на борту транспортного средства, благодаря своим массовым и объемным характеристикам, а также уровню безопасности, более предпочтительна по сравнению с гидридной и системой хранения водорода в сжатом виде.

менно по этому пути идут практически все автомобилестроительные фирмы. Так, при проектировании силовой установки для модели «Ford U» инженеры компании «Ford» за основу взяли 2,3-литровую рядную "четверку", хорошо известную по «Ford Ranger» и «Mondeo». Семи килограммов водорода, хранящихся в двух криогенных емкостях, расположенных под задними сиденьями автомобиля, хватает на 500 км пробега. Багажное отделение не пострадало, а 118 л.с. мощности, которую развивает двигатель, достаточно «Ford U» на все случаи жизни.
В начале 2004 года два крупнейших автопроизводителя — «General Motors Corp» и «BMW Group» — объявили о намерении приступить к совместной разработке оборудования, предназначенного для заправки автомобилей жидким водородом. О масштабах задачи говорит такая цифра: в одной только в Германии планируется построить до 10 тыс. криогенных водородных заправочных станций.

Руководитель подразделения компании BMW по научной и транспортной политике, г-н Кристофа Хусса сообщил следующее: "В долгосрочной перспективе мы рассчитываем на создание в Германии сети АЗС в количестве 10 000 штук, которые будут предлагать водородное топливо. Но, уже начиная с сегодняшнего дня, мы должны работать над единым стандартом, чтобы впоследствии потребители не столкнулись с наличием отличных друг от друга систем. Нам необходима стандартизация заправочного оборудования. Сжиженный водород является самым удобным видом топлива в плане транспортировки, при отсутствии водородных трубопроводов. Работая в одной команде, мы ускорим процесс создания инфраструктуры для сжиженного водорода".

Заправочное оборудование для сжиженного водорода появится после предварительных спецификаций, разрабатываемых в рамках Европейского объединенного водородного проекта (European Integrated Hydrogen Project (EIHP). В настоящий момент спецификации EIHP находятся в стадии обсуждения и являются основой стандарта Европейской экономической комиссии ООН для работающих на водороде автомобилей. Г-н Хусс утверждает: "Концерн BMW и корпорация GM хотят создать такую заправочную систему, которая должна стать мировым стандартом, причем ключевым компонентом здесь является заправочное переходное устройство". Подписание соглашения по разработке между корпорацией «General Motors» — крупнейшим в мире производителем автомобилей — и концерном «BMW Group» — единственной в мире компанией, специализирующейся исключительно на производстве автомобилей класса "премиум" — является значительным шагом в деле создания и стандартизации технологий применения водородного топлива. На рис.3. представлен автомобиль компании «BMW Group» с ДВС на жидком водороде.

BMW Group с ДВС на жидком водороде

Рис. 3

Перспективные преобразователи энергии для жидкого водорода

В середине 1990-х многие автомобильные компании обратили свой взор на электромобили с топливными элементами (ТЭ). Притягательность топливных элементов имеет серьезное основание. Действительно, никаких движущихся частей, никаких взрывов. Водород не сгорает, как это происходит в тепловом двигателе, а разлагается внутри топливных элементов (или ячеек, как их иногда именуют) на разноименно заряженные ионы и электроны. Именно электроны и превращаются в полезный электрический ток, питающий цепь бортовой силовой установки, а что касается ионов водорода, то их связывает кислород, который в составе обычного воздуха подается внутрь топливного элемента, образуя "выхлоп" - водяной пар.

Однако, позже выяснелось, что топливные элементы обладают рядом серьезных недостатков. И прежде всего, высокой стоимость и коротким сроком службы. Так, американский минивэн «HydroGen3», работающий на топливных элементах стоит около $1 млн. и для большинства автолюбителей автомобили на топливных элементах очевидно так и останутся несбыточной мечтой. Более того, несмотря на заявленное разработчиками топливных элементов высокий теоретический к.п.д. (около 70%), эффективность даже лучших японских топливных элементов в настоящее время составляет менее 30%. Кроме того, применение топливных элементов на транспортных средствах дает существенный прирост массогабаритных характеристик автомобиля.

Для массового применения топливных элементов в автотранспорте их стоимость должна быть снижена до 200 долл./кВт (при современной стоимости от 5 до 10 тыс. долл./кВт). Вопросы дальнейшего развития ТЭ во многом связаны со снижением их стоимости, что определяется в основном уменьшением расхода платиновых металлов (используемых в качестве катализатора) и снижением стоимости, используемых в качестве мембраны фторированных и перфторированных пленок. Поскольку решение большинства из описанных выше проблем требует революционных научных открытий, многие американские исследователи подвергают сомнению целесообразность взятого правительством США курса на создание дорогостоящих демонстрационных проектов автомобилей с топливными элементами. По их мнению, технологии в создании топливных элементов достигли своих пределов, и они не видят возможности для дальнейшей их усовершенствования. Поэтому, сегодня технология топливных элементов развивается в основном только из-за перспектив по обеспечению нулевого уровня токсичности.

Более перспективным является другой путь внедрения жидкого водорода на автотранспорте - сжигание его в двигателе внутреннего сгорания (ДВС). Такой подход исповедуют ряд ведущих автостроительных компаний, таких как, например, «BMW», «Ford» и «Mazda». Вместо применения спорных и дорогостоящих топливных элементов, инженеры этих компаний пытаются наладить работу на водороде старого доброго двигателя внутреннего сгорания.
На «BMW» создан опытный седан «745H», V-образная "восьмерка” которого попросту сжигает водородное горючее – как бутан-пропан или природный газ в двигателях газобаллонных автомобилей. Жидкий водород запасается в криогенном баке; газ специальными электронноуправляемыми форсунками подается в цилиндры. При сильном обеднении водород-воздушной смеси (в 2 с лишним раза против стехимометрического состава) в камерах сгорания почти не образуются вредоносные оксиды азота (канцерогены); другие загрязнители при сжигании водорода в воздушной среде не формируются вовсе.

Так что из выхлопных труб «745H» в атмосферу поступает один только водяной пар; мечта "зеленых” близка к реальному воплощению.

В этой же компании создан самый быстрый на сегодняшний день автомобиль, работающий на водородном топливе, рис. 4. Модель, получившая обозначение «H2R», развивает скорость свыше 300 км/ч.

Модель, получившая обозначение «H2R», развивает скорость свыше 300 км/ч

Рис. 3

И хотя на текущий момент полноценной замены традиционному ДВС нет, очевидно, уже скоро появится новое направление в двигателестроении на водородном топливе, которое имеет все шансы стать конкурентным. Речь идет о двигателях Стирлинга. Этот двигатель до конца XX века широко не применялся на автотранспорте из-за более сложной по сравнению с двигателем внутреннего сгорания конструкции, большей материалоемкости и стоимости.
Однако, в посл

днее время в ведущих мировых обзорах по энергопреобразующей технике, двигатель Стирлинга рассматривается как двигатель, обладающий наибольшими возможностями для дальнейшей разработки в применения водорода как моторного топлива. Низкий уровень шума, большой ресурс, сравнимые размеры и масса, хорошие характеристики крутящегося момента - все эти параметры дают возможность машинам Стирлинга в ближайшее время вытеснить двигатели внутреннего сгорания и топливные элементы в области водородной энергетики. Красноречивым примером подтверждения этого, может являться практика создания рядом зарубежных фирм, таких как «НАСА», «Кокумс», «Мицубиси дзюкоге», анаэробных энергетических установок для космических летательных аппаратов и подводных лодок, в которых первоначально применяемые электрохимические генераторы на топливных элементах практически полностью были заменены на стирлинг-генераторы. Ниже на рис. 5 представлена принципиальная схема двигателя Стирлинга.

Принципиальная схема двигателя Стирлинга

Рис. 5

Двигатель Стирлинга является уникальной тепловой машиной, поскольку его теоретическая эффективность равна максимальной эффективности тепловых машин - эффективности цикла Карно. Он работает за счет теплового расширения газа, за которым следует сжатие газа после его охлаждения. Двигатель Стирлинга содержит некоторый постоянный объем рабочего газа, который перемещается между «холодной» частью (обычно находящейся при температуре окружающей среды) и «горячей» частью, которая обычно нагревается за счет сжигания любого вида топлива или других источников теплоты. Нагрев производится снаружи, поэтому двигатель Стирлинга относят к двигателям внешнего сгорания. Поскольку процесс горения осуществляется вне рабочих цилиндров и протекает равновесно, рабочий цикл реализуется в замкнутом внутреннем контуре при относительно малых скоростях повышения давления в цилиндрах двигателя, плавном характере теплогидравлических процессов рабочего тела внутреннего контура, при отсутствии газораспределительного механизма клапанов.
Необходимо отметить, что рядом зарубежных фирм начато производство двигателей, технические характеристики которых уже сейчас превосходят ДВС и топливные элементы. Достигнутые в настоящее время к.п.д. в серийных и опытных образцах двигателях Стирлинга даже при умеренных температурах нагрева (600…700 0С) представляются весьма внушительными цифрами – до 40%. В лучших зарубежных образцах двигателей Стирлинга удельная масса составляет 1,2 – 3 кг/кВт, а эффективный к.п.д. до 45%.

В настоящее время в Российской Федерации компанией, ведущей разработки по созданию машин, работающих циклу Стирлинга, является ООО «Инновационно-исследовательский центр «Стирлинг-технологии», в которой созданы опытно-промышленные образцы отечественных двигателей.      

Этапы внедрения водородной энергетики на транспорте

В отличие от развитых зарубежных стран, в России до сих пор не существует концепции производства и использования альтернативных моторных топлив, что в значительной степени усложняет решение задач развития отечественного автомобиле- и моторостроения, а также экологизации автотранспорта.

Безусловно, проблема замены традиционного моторного топлива жидким водородом выходит далеко за рамки задач, решаемых в автомобильной индустрии. По сути, речь идет о новом технологическом укладе мировой экономики.

По оценкам Джозефа Ромма, бывшего помощника Министра Энергетики США, скорее всего, автомобили, работающие на водороде, достигнут показателей (стоимость машины, стоимость одной заправки, уровень безопасности, количество вредных выбросов и т.д.), не ранее 2030 года. Изготовление водородного топлива для автомобилей ныне в четыре раза дороже, чем производство автомобильного бензина в количестве, достаточном для производства аналогичного количества энергии. Кроме того, остается проблемой создание «водородной инфрастуктуры» - сети заправочных станций и сервисных центров, необходимых для обслуживания автомобилей, работающих на водородном топливе. По оценкам Аргоннской Национальной Лаборатории (Argonne National Laboratory), в масштабах США для этого требуется затратить более $600 млрд.

В отчетах Американского Физического Общества и Национальной академии наук США говорится, что для реализации программы перевода транспорта на водород необходимо осуществить технологический прорыв. По их словам, на сегодняшний день мировая энергетическая инфраструктура слишком хорошо развита, и для того, чтобы сделать водород конкурентоспособным по сравнению с традиционными видами топлива, необходимы большие капиталовложения. Самые многообещающие водородные технологии требуют от 10 до 100 кратного усовершенствования их стоимости, чтобы они были конкурентоспособными в сравнении с углеводородными видами топлив. Современные методы производства водорода в четыре раза более дороги, чем производство бензина.

Ввиду этого, по мнению автора, ориентировочные сроки внедрения водородной энергетики на транспорте могут быть следующие:

- США, Западная Европа, Япония - 2030 год
- Россия, СНГ, страны–экспортеры нефти и природного газа - 2040-2050 годы.

Перевод транспорта на водород не может происходить директивно и быстро. Для такого революционного шага в условиях страны требуется кардинальная подготовка – от создания производства водорода до изменений в налоговой политике и экономического стимулирования применения альтернативного топлива.

Сейчас во всех развитых странах мира приняты национальные программы такого перехода - но не непосредственно, а через энергетику, основанную на таком относительно более чистом топливе, как природный газ (метан).

Такого же мнения придерживается и Председатель Комитета по энергетике, транспорту и связи ГД В.А. Язев, который сделал следующее заявление на заседании Круглого стола, посвящённого обсуждению проекта закона «Об использовании альтернативных видов моторного топлива». «Использование природного газа в качестве моторного топлива – это переходный этап к водородной энергетике. Совершенно очевидно, что через 50–70 лет весь мир перейдет на водород, а инфраструктура водородной энергетики очень схожа с газовой…».

По мнению автора, одним из важнейших направлений развития внедрения альтернативных моторных топлив для решения социальных проблем населения, энергетики и транспорта является внедрение технологий сжиженного природного газа (СПГ), которые могут рассматриваться как промежуточный этап перехода к водородным технологиям и водородной экономике. Использование сжиженного природного газа подготовит переход к замене его водородом. Ведь для создания инфраструктуры производства, хранения и заправки СПГ, а затем и жидкого водорода, можно будет использовать подобное криогенное оборудование.

Учитывая вышесказанное, можно предположить, внедрение альтернативных моторных топлив в Российской Федерации будет имеет следующие этапы:

1 этап (2007-2040 годы): Создание инфраструктуры производства и переход на применение сжиженного природного газа (СПГ)
2 этап (2035-2050 годы): Создание инфраструктуры производства, хранения и переход на применение сжиженного водорода.
Другими словами, в ближайшее время в стране необходимо создать криогенную инфраструктуру и поэтапно переходить автотранспорт на СПГ, а в перспективе - на жидкий водород.

Концепция создания криогенной инфраструктура по переводу транспорта на сжиженный природный газ и жидкий водород

Одной из главных проблем перевода транспорта на СПГ и жидкий водород является отсутствие инфраструктуры автомобильных заправочных станций (АЗС), где в бак автомобиля можно было бы залить криогенное моторное топливо. Без достаточного количества АЗС, внедрение новой техники становится невозможным.

Учитывая, что на первоначальном этапе более перспективным моторным топливом является сжиженный природный газ, технологические решения по созданию криогенных заправочных станций СПГ должны быть таковы, чтобы эти станции можно было при необходимости быстро и без лишний капитальных затрат модернизировать в криогенные заправочные станции жидкого водорода. По мнению автора, такие заправочные станции могут быть созданы только на основе установок с применением поршневых криогенных машин Стирлинга (КГМ). КГМ Стирлинга относятся к ожижителям, действие которых основано только на внешнем охлаждении. Процесс ожижения газа идет при атмосферном давлении, без его предварительного сжатия. Это позволяет делать установки по сжижению и хранению жидкого природного газа и водорода на основе КГМ Стирлинга компактными и простыми в обслуживании.

Использование криогенных машин Стирлинга позволяет разработать принципиально новую Концепцию создания инфраструктуры заправочных станций криогенных моторных топлив для автомобильного транспорта РФ. Предлагаемая инфраструктура для городских условий основана на разумном сочетании небольшого количества крупных муниципальных заправочных комплексов и многочисленных малогабаритных заправочных станций, расположенными непосредственно в гаражах автохозяйств, которые в своей совокупности формируют широкую сеть обеспечения криогенными топливами потребителей. При этом, основная нагрузка по обеспечению автотранспорта криогенным топливом должна ложиться именно на гаражные заправочные станции, а городские заправочные комплексы будут предназначаться только для дозаправки промышленного и общественного транспорта при ее эксплуатации в черте города и при междугородних перевозках. Специфика подхода к созданию такой инфраструктуры определяется особенностями криогенных топлив: их высокой испаряемости, значительными потерями при транспортировки и заправки баков автотранспортных средств.

В настоящее время создан необходимый научно-технический и патентный задел, включающий в себя методологические основы расчета и технико-экономического обоснования криогенных гаражных заправочных станций, а также принципиальные схемы и технические решения, защищенные патентами РФ, что обеспечивает создание криогенной инфраструктуры СПГ и жидкого водорода в кратчайшие сроки.

Гаражные заправочные станции СПГ и жидкого водорода будут создаваться на базе унифицированных технологических блоков. Основные элементами, обеспечивающими работоспособность и безопасность станций, являются: криогенные машины Стирлинга, серийно выпускаемые отечественной промышленностью и выполненные с электродвигателями во взрывобезопасном исполнении; сертифицированные газораспределительные шкафы; низкотемпературные емкости для хранения криогенных топлив; малогабаритная электроприводная взрывозащищенная дистанционно управляемая арматура; стандартные контейнерные конструкции.

При переводе автотранспорта на сжиженный природный газ и жидкий водород особое внимание должно быть уделено сокращению потерь жидкого продукта на всех этапах обращения с ним. В настоящее время при разработке ожижительных установок идет борьба за каждый процент повышения коэффициента ожижения. Вместе с тем при работе с криогенными жидкостями потери достигают десятков процентов. Показано, что полезное использование жидкого кислорода и азота в ракетно-космической технике не превышает 50%! Применение гаражных заправочных станций на основе КГМ Стирлинга позволяет полностью решить проблемы потерь криогенных топлив, что позволит значительно снизить их стоимость.

В начале 2006 года планируется введение в опытно-промышленную эксплуатацию КриоАЗС на основе КГМ Стирлинга для заправки автотранспорта сжиженным природным газом на 41 автокомбинате г. Москвы. Данная КриоАЗС будет прототипом будущих гаражных заправочных станций жидкого водорода. 

Новые отечественные технологии в производстве водорода

До 1990 года в нашей стране для реализации программ создания ракетно-космических комплексов Н-1 и «Энергия-Буран»и авиационного комплекса ТУ-155 были проведены серьезные научео-исследовательские и опытно-конструкторские работы по внедрению жидкого водорода. В результате этих работ было создано современное оборудование для криогенных систем топливообеспечения: эффективные ожижители водорода с энергозатратами около ' 22 кВт • ч/кг H 2, автомобильные цистерны объемом до 45 м 3 с суточными потерями от 1.2 до 0.8%, железнодорожные цистерны объемом до 100 м 3 с суточными потерями около 0.5%, хранилища жидкого водорода объемом от 5 до 1400 м 3 с суточными потерями 2.2-0.13% объема хранимого водорода, криогенные трубопроводы диаметром до 400 мм и длиной до 1 км, дистанционно управляемая арматура, высокоэффективные теплообменные аппараты, машинное оборудование (компрессоры, вакуумные насосы, эжекторная аппаратура и др.), контрольно-измерительные приборы и средства обеспечения безопасности. Эта техника может быть использована для централизованного производства и доставки к гаражным КриоАЗС жидкого водорода. Однако, данные системы получения водорода основываются на процессе электролиза воды, основным недостатком которого является энергоемкость процесса получения водорода разложением воды. Как правило, на это нужно затратить большее количество энергии, чем то которое может быть получено при сжигании произведенного водорода.

На сегодняшний день самым дешевым способом производства водорода является расщепление природного газа на Н и СО при помощи пара и катализаторов. Однако при этом непроизводительные потери энергии составляют около 15%. В результате, по словам куратора проводимой Министерством энергетики США исследовательской программы в области водородного топлива Пита Девлина (Pete Devlin), производство водорода, по количеству энергии эквивалентного литру бензина, обходится в $5.

Очевидно, что для широкого потребления водорода в качестве топлива необходимо разрабатывать новые способы его получения, основанного на использовании дешевых источников энергии. Автором разработана и предлагается новая технология получения водорода, основывающаяся на его получении из местных биоресурсов. Отличительной чертой этой технологии является то, что на производства водорода не затрачивается электроэнергия извне, эта энергия генерируется в процессе выполнения самой технологии. Сырьем для получения водорода являются торф, древесина, отходы сельского хозяйства.

www.stirling.ru

30 июня 2007 /
Комментарии
В данной статье о водородной энергетике и водородном автотранспорте в основном
все правильно изложено за исключением перспектив нанобиоводородно-метановых процессов, которые предусматривают биоконверсию утилизируемой биомассы в биоводородно-метановую газосмесь.
По сравнению с биотопливными - спиртовыми, ацетонобутиловыми, биодизельными и биогазовыми технологиями данный техпроцесс обеспечивает:
1. Повышение в 4-5 раз энергоэффективности замкнутого цикла переработки биомассы по параметрам теплотворной способности конечного энергоносителя - бензина-рафината, используемого в транспортных (или стационарных)бортовых конверторных устройствах - как водородаккумулирующего топлива. Это моторное топливо имеет водородгенерирующий потенциал на один литр топлива (за счет реконверсионной рециркуляции углекислотно-паровой смеси выхлопа): 421 гр.
водорода-из которых 240 гр.-из пара, что в 5,5 раз больше, чем у жидкого (криогенного) водорода;
2. Повышение в 3,5-4 раза выхода энергоносителя из того-же объема биомассы (к уровню биотоплив 1-го - 3-го поколений) за счет ее наноразмерной дезинтеграции и активации и трансгенной конверсии побочно производимой углекислоты, что обеспечивает дополнительное получение двух молей водорода на каждый моль СО2;
3.Увеличение в 6-8 раз скорости конверсии биомассы в ультрабиогумус и энергоноситель за счет гипертермофильности процесса, наноразмерности субстрата и комбинирования сухо-влажной водородно-метановой ферментации.

(landing page) .
? wordpress, .
tv102.ru, cosmetologufa.ru, remont102.ru , atmosferaufa.ru
https://vk.com/seobuild

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Полужирный Наклонный текст Подчеркнутый текст Зачеркнутый текст | Выравнивание по левому краю По центру Выравнивание по правому краю | Вставка смайликов Вставка ссылкиВставка защищенной ссылки Выбор цвета | Скрытый текст Вставка цитаты Преобразовать выбранный текст из транслитерации в кириллицу Вставка спойлера
Введите код: