Вход
Быстрая регистрация
Если вы у нас впервые: О проекте FAQ
0

Что такое водородная энергия?

Niki M [151K] 1 неделю назад
6

Водород (H), самый распространенный химический элемент во Вселенной, занимает первое место в таблице Менделеева. Это самый простой и легкий атом: он состоит из ядра, содержащего протон и периферийный электрон.

Молекула водорода H 2, состоящая из двух атомов водорода, также обычно называется «водородом» (мы будем использовать эту терминологию).

Именно эта молекула H 2 является предметом химической эксплуатации и вызывает большой энергетический интерес как в плане возможностей использования, так и в связи с ее возможностями хранения.

Энергоноситель будущего и возможный заменитель углеводородов, он имеет

ряд существенных преимуществ:

  • при его сгорании выделяется большое количество энергии (примерно в 3 раза больше, чем у бензина при постоянном весе);
  • он очень распространен на Земле в атомарной форме (вода, углеводороды и т. д.).

Дигидроген также существует в природе (первые естественные источники водорода были обнаружены на дне моря в 1970-х годах, а совсем недавно - на суше);

его сжигание не является углеродным (отсутствие выбросов CO 2 из возобновляемых источников);

его можно хранить и он может представлять собой эффективное средство хранения электроэнергии в течение длительных периодов времени.

Сжигание водорода дает примерно в 3 раза больше энергии, чем бензин при постоянном весе.

Однако водородная энергия (или водородный вектор) все еще сталкивается с несколькими ограничениями:

  • хранение водорода требует большого количества энергии из-за его низкой плотности (он может храниться в сжатом, жидком или даже металлогидридном виде);
  • эффективность его транспортировки (переносимая на единицу объема энергии) намного ниже, чем у нефти или газа из-за этой низкой плотности;
  • риски воспламенения и взрыва с воздухом существуют (хотя и ниже, чем для природного газа);
  • стоимость наиболее перспективного процесса получения водорода - электролиза воды - остается высокой;
  • его использование населением на транспорте требует создания сети водородных станций (типа заправочных станций), что требует значительных инвестиций.

Водородная энергетика многообещающа.

Тем не менее, его использование в промышленных масштабах находится в зачаточном состоянии.

Техническая или научная операция, различные производственные процессы.

Водород получают путем разделения химических элементов, частью которых является атом H, и мобилизации источника энергии.

Большая часть водорода в настоящее время производится из природного газа и используется промышленниками из-за его химических свойств, особенно на заводах по производству аммиака (50% мирового потребления) и на нефтеперерабатывающи­­х заводах (удаление серы из бензина и дизельного топлива, производство метанола и т. д.).

Более 95% производства водорода по-прежнему приходится на ископаемое топливо (природный газ, нефть, уголь).

Водород, производимый из возобновляемых или ядерных источников энергии (или путем парового преобразования природного газа, если процесс связан с установкой улавливания, хранения и регенерации CO 2), называется «низкоуглеродным водородом».

Мировое производство водорода.

Почти 96% мирового производства водорода по-прежнему приходится на ископаемое топливо.

Паровой риформинг ископаемого топлива (или паровой риформинг): наиболее экономичный эталонный процесс (но его себестоимость остается намного выше, чем у природного газа).

Паровая конверсия природного газа является наиболее распространенным методом. Он разрушает молекулу метана (CH 4 ), основного компонента природного газа, который имеет 4 атома водорода, с водяным паром при температуре 900 ° C. Две последовательные реакции позволяют производить водород (H 2 ) и диоксид углерода (CO 2).

В результате этого процесса образуется углекислый газ, который можно улавливать и хранить в будущем. Возможен также паровое преобразование биогаза.

Электролиз воды : процесс, требующий электричества (возможно будет прибыльный, если само производство электричества связано с низкими затратами). Электрический ток расщепляет молекулу воды на водород и кислород (O 2):

H 2 O + электричество H 2 + ? O 2 + тепло

Этот процесс является обратной реакцией по сравнению с тем, что происходит в топливном элементе. Он позволяет производить очень «чистый» водород (если электричество производится с использованием возобновляемых источников), но еще не является экономически выгодным (в 2–3 раза дороже, чем процесс парового преобразования). Эффективность этого метода составляет 40% по всей производственной линии, но может достигать 80% за счет использования выделяющегося тепла.

У этого электролиза есть разные варианты, при разных температурах:

1 Щелочной электролиз при низкой температуре (<200 ° C) с использованием водного раствора серной кислоты (H2SO4) или гидроксида калия (KOH);

2 Низкотемпературный электролиз (<200 ° C) с использованием твердого электролита: полимерная мембрана PEMFC, которая проводит протоны (топливный элемент с протонообменной мембраной);

3 Высокотемпературный электролиз (> 400 ° C ) с использованием керамической мембраны, проводящей ионы кислорода ( твердооксидный топливный элемент) , который должен быть подключен к концентрирующей солнечной системе в высокотемпературном ядерном реакторе, чтобы использовать источник недорогого пара;

Газификация и пиролиз биомассы (в частности, древесного угля) - процесс будущих исследований и разработок, который, например, позволяет получать водород путем химического преобразования древесины при очень высокой температуре (от 1200 ° C до 1500 ° C).

Получается газовая смесь, содержащая водород (H2) и монооксид углерода (CO). После очистки этой смеси получают водород.

Другие процессы находятся на стадии исследования.

В настоящее время изучаются другие методы производства водорода, такие как фотоэлектролиз (фотоэлектрохимическ­­ая ячейка, разлагающая воду под действием света), термохимическое разложение воды (вода нагревается до 800/1000 ° C за счет ядерной энергии. ) или микроорганизмов (производство водорода бактериями, модифицированными под действием солнечного света).

Водород может быть преобразован в электричество, тепло или движущую силу в зависимости от конечного использования. Его преимущество состоит в том, что он обладает емкостью для хранения (что проблематично с электричеством) и может производить энергию без выбросов CO 2.

Таким образом, в качестве вектора энергии он находит:

1 стационарные применения: хранение энергии в зданиях путем обеспечения подачи электричества и тепла посредством когенерации, что позволит развивать здания с положительной энергетикой;

2 мобильные приложения: водород может использоваться в качестве топлива для транспортных средств, оснащенных газовыми двигателями внутреннего сгорания.

Кроме того, водородный резервуар может быть связан с топливным элементом, чтобы улучшить автономию электрических транспортных средств (электрическую подвижность 2-е поколение, называемую 2G, первым из которых соответствует электрическим транспортным средствам );

В промышленном производстве водород - химический компонент, широко используемый в промышленности.

автор вопроса выбрал этот ответ лучшим
3

Хм... Вроде понятно же - энергия, получаемая из водорода.

Водород - довольно энергоёмкое топливо, вроде бензина.

Только при сгорании бензина образуются довольно противные продукты горения.

А если сжечь водород - то "выхлопом" будет обыкновенная вода.

Этим он, собственно и хорош - не портит экологию, полностью чист.

Хотя его не так-то просто производить, и на это тоже требуется изрядное количество энергии.

И хранить водород в обыкновенной канистре тоже не получится.

А только в какой-то супер-уплотнённой ёмкости, и желательно в сжиженном виде (так в единицу объёма больше поместится).

В общем, возни с ним многовато.

Но с точки зрения выделения энергии - вполне приличные "дрова"...

Знаете ответ?
Есть интересный вопрос? Задайте его нашему сообществу, у нас наверняка найдется ответ!
Делитесь опытом и знаниями, зарабатывайте награды и репутацию, заводите новых интересных друзей!
Задавайте интересные вопросы, давайте качественные ответы и зарабатывайте деньги. Подробнее..
регистрация