Електране на водоник — трендови и изгледи
Иако су нуклеарне електране дуго сматране веома безбедним, несрећа у јапанској нуклеарној електрани Фукушима 2011. године поново је натерала енергетске инжењере широм света да размисле о могућим еколошким проблемима повезаним са овом врстом енергије.
Владе многих земаља, укључујући и један број земаља ЕУ, изразиле су јасну намеру да своје привреде пребаце на алтернативну енергију, не штедећи улагања, обећавајући милијарде евра за ову индустрију у наредних 5-10 година. А једна од најперспективнијих и еколошки најбезбеднијих врста такве алтернативе је водоник.
Ако угља, гаса и нафте ипак понестане, онда у океанима једноставно има неограниченог водоника, иако се тамо не складишти у чистом облику, већ у облику хемијског једињења са кисеоником – у облику воде.
Водоник је еколошки најприхватљивији извор енергије. Добијање, транспорт, складиштење и коришћење водоника захтева проширење нашег знања о његовој интеракцији са металима.
Овде има много проблема.Ево само неких од њих који чекају своје решење: производња изотопа водоника високе чистоће коришћењем мембранских филтера (на пример, од паладијума), стварање технолошки повољних водоничних батерија, проблем сузбијања цене водоника материјала итд.
Еколошка сигурност водоника, у поређењу са другим традиционалним врстама извора енергије, нико не сумња: производ сагоревања водоника је опет вода у облику паре, док је потпуно нетоксичан.
Водоник као гориво може се лако користити у моторима са унутрашњим сагоревањем без суштинских промена, као и у турбинама, а добијаће се више енергије него из бензина. Ако је специфична топлота сагоревања бензина у ваздуху око 44 МЈ / кг, онда је за водоник ова цифра око 141 МЈ / кг, што је више од 3 пута више. Нафтни производи су такође токсични.
Складиштење и транспорт водоника неће правити посебне проблеме, логистика је слична оној код пропана, али је водоник експлозивнији од метана, тако да ту ипак има неких нијанси.
Решења за складиштење водоника су следећа. Први начин је традиционална компресија и течност, када ће бити потребно обезбедити његову ултра-ниску температуру за одржавање течног стања водоника. Ово је скупо.
Други начин је више обећавајући — заснива се на способности неких композитних металних сунђера (високо порозних легура ванадијума, титанијума и гвожђа) да активно апсорбују водоник и при слабом загревању га ослобађају.
Водеће компаније за нафту и гас као што су Енел и БП данас активно развијају енергију водоника.Италијански Енел је пре неколико година покренуо прву електрану на водоник на свету, која не загађује атмосферу и не емитује гасове стаклене баште. Али главна горућа тачка у овом правцу лежи у следећем питању: како појефтинити индустријску производњу водоника?
Проблем је у томе електролиза воде захтева много струје, а ако се производња водоника покрене управо електролизом воде, онда ће за привреду једне земље овај начин индустријске производње водоника бити веома скуп: три пута, ако не и четири пута. , у смислу еквивалентне топлоте сагоревања из нафтних деривата.Осим тога, из једног квадратног метра електрода у индустријском електролизеру може се добити највише 5 кубних метара гаса на сат. Ово је споро и економски непрактично.
Један од најперспективнијих начина за производњу водоника у индустријским количинама је плазма-хемијска метода. Овде се водоник добија јефтиније него електролизом воде. У неравнотежним плазматронима, електрична струја се пропушта кроз јонизовани гас у магнетном пољу и долази до хемијске реакције у процесу преношења енергије са „загрејаних“ електрона на молекуле гаса.
Температура гаса је у опсегу од +300 до +1000 ° Ц, док је брзина реакције која доводи до производње водоника већа него код електролизе. Ова метода омогућава добијање водоника, који се испоставља двоструко (не три пута) скупљи од традиционалног горива добијеног од угљоводоника.
Плазма-хемијски процес се одвија у две фазе: прво се угљен-диоксид разлаже на кисеоник и угљен-моноксид, затим угљен-моноксид реагује са воденом паром, што доводи до водоника и истог угљен-диоксида који је био на почетку (не троши се, ако погледате целу трансформацију петље).
У експерименталној фази — плазма-хемијска производња водоника из водоник-сулфида, који остаје штетан производ свуда у развоју гасних и нафтних поља. Ротирајућа плазма једноставно избацује молекуле сумпора из реакционе зоне помоћу центрифугалних сила, а обрнута реакција конверзије у водоник сулфид је искључена. Ова технологија изједначава цену водоника произведеног са традиционалним врстама фосилних горива, поред тога, паралелно се копа сумпор.
А Јапан је већ данас преузео практичан развој енергије водоника. Кавасаки Хеави Индустриес и Обаиасхи планирају да почну да користе енергију водоника за напајање града Кобеа до 2018. Они ће постати пионири међу онима који ће заиста почети да користе водоник за производњу електричне енергије великих размера, практично без штетних емисија.
Електрана на водоник од 1 МВ биће изграђена директно у Кобеу, где ће снабдевати струјом међународни конгресни центар и радне канцеларије за 10.000 локалних становника. А топлота произведена на станици у процесу производње електричне енергије из водоника постаће ефикасно грејање за локалне куће и пословне зграде.
Гасне турбине које производи Кавасаки Хеави Индустриес, наравно, неће бити снабдевене чистим водоником, већ мешавином горива која садржи само 20% водоника и 80% природног гаса.Фабрика ће трошити еквивалент од 20.000 возила са водоничним горивним ћелијама годишње, али ово искуство ће бити почетак великог развоја енергије водоника у Јапану и шире.
Резерве водоника ће се складиштити директно на територији електране, а чак и у случају земљотреса или друге природне катастрофе, у станици ће бити горива, станица неће бити одсечена од виталних комуникација. Лука Кобе ће до 2020. имати инфраструктуру за велики увоз водоника, јер Кавасаки Хеави Индустриес планира да развије велику мрежу хидроелектрана на водоник у Јапану.