Водородна енергетика

от Уикипедия, свободната енциклопедия
Направо към навигацията Направо към търсенето

Водородната икономика и водородна енергетика е отрасъл на енергетиката, основан на използването на водорода като средство за акумулиране, транспортиране, производство и потребление на енергия. Водородът е избран, тъй като е най-разпространеният елемент на повърхността на земята и в космоса, неговата топлина на изгаряне е най-висока, а продуктът от изгарянето му с кислород е вода (която отново влиза в кръговрата на водородната енергетика). Водородната енергетика се отнася към алтернативната енергетика.

Световната структура на производството на водород е разпределена в три основни източника: 18% се падат на преработката на въглища, 4% се осигуряват от „зелен“ водород, получаван посредством възобновяеми източници на енергия, главно чрез електролиза на водата. Накрая, подавляващият обем – а това са 78% – идва от преработката на природен газ и нефт[1].

Производство на водород[редактиране | редактиране на кода]

Понастоящем икономически най-изгодно се счита производството на водород от изкопаеми горива. Намаляването на въглеродните емисии в производствените отрасли може да бъде постигнато чрез използване на водород, произведен чрез нисковъглеродни технологии, като за това може да се прилагат технологии за улавяне и съхранение на въглеродния диоксид, както и електролиза на водата, предимно с енергия от ядрени, хидро-, вятърни и слънчеви енергийни съоръжения.

„Цветната“ градация на водорода зависи от начина на неговото получаване и от въглеродната следа, т.е. от количеството вредни емисии[2]:

  • зелен“ – ако е произведен с помощта на енергия от възобновяеми източници на енергия, по метода на електролиза на водата, се счита за най-чист;
  • „син“ – произведен от природен газ; в този случай въглеродният диоксид се събира в специални хранилища;
  • „жълт“ – произведен при помощта на атомна енергия.
  • „сив“ – при неговото производство вредните емисии се отделят в атмосферата.

Себестойността на „зеления“ водород е около 10 долара за килограм (което се смята за абсолютно нерентабилно); „синият“ и „жълтият“ водород са няколко пъти по-евтини от „зеления“ – около 2 долара за килограм.

Днес съществуват множество методи за индустриално производство на водород: разработени са технологии за производство на водород от боклук, етанол, металургична шлака[3], биомаса[4] и други технологии.

Парна конверсия на природния газ/метана[редактиране | редактиране на кода]

Парна конверсия на природния газ (метана) – в днешно време по този метод се произвежда примерно 90 – 95 % от всичкия водород[5]. Водна пара при температура 700 – 1000 °C се смесва с метана под налягане в присъствието на катализатор. Себестойността на процеса е $2 – 5 за килограм водород.

Цветови кодове[редактиране | редактиране на кода]

Водородът често е означаван в цветови схеми, които да индикират състоянието му (физично и химично), произход и приложение. Употребата на цветовите схеми е нестандартизирана.

Цветове спрямо производителя
Цвят      Източник Бележки Източници
тревисто зелен Зелен възобновяема енергия и електроенергия чрез компютърно контролирана електролиза на вода [6]
морски тюркоазен Син втечнен неназемен хидроген във бяла среда - [6]
светло морско синьо Син относително състояние на съхранение на водород, вж. физика на повърностите при съхранение на водород [6]
сиво Сив свръх чисти метали, особено стомана специални свръхнови технологии (без „металургия“) (вж. Hydrogen technology security testing [7])
лилав Лилав неотносително съхранение на водород без електролиза на вода [6]
бял Бял английски медицински възникнващ в природата водород [8]

Газификация на въглища[редактиране | редактиране на кода]

Това е най-старият начин за получаване на водород. Въглищата се нагряват с водна пара при температура 800 – 1300 °C без достъп на въздух.

Първият газгенератор е построен във Великобритания през 40-те години на XIX век. Себестойност на процеса: 2 – 2,5 долара за килограм водород.

Използвайки атомна енергия[редактиране | редактиране на кода]

Използването на атомна енергия за производство на водород е възможно чрез различни процеси: химични, електролиза на водата, високотемпературна електролиза. Себестойност на процеса: $2,33 за килограм водород.

Електролиза на водата[редактиране | редактиране на кода]

Обратната реакция става в горивните клетки. Себестойност на процеса: $6 – 7 за килограм водород.

Водород от биомаса[редактиране | редактиране на кода]

Водород от биомаса се получава чрез термохимичен или биохимичен начин. При термохимичния метод биомасата се нагрява без кислород до температура 500 – 800 °C (за дървесни отпадъци), което е много по-ниско от температурата при процеса на газификация на въглищата. В резултат на процеса се освобождават Н2, СО и СН4.

Себестойност на процеса: $5 – 7 за килограм водород.

В биохимичния процес на фиксация на азота водородът изработва различни бактерии, например, Rodobacter speriodes.

Източници[редактиране | редактиране на кода]

  1. Ринат Резванов. Новая энергетическая повестка для В-поездов. // ИД „РЖД-Партнёр“, 19 апреля 2021 г.. (на руски)
  2. В России нашли альтернативу газу и углю // Лента.ру, 15 апреля 2021
  3. http://www.financialexpress.com/news/tata-steel-develops-hydrogen-production-tech-granted-pct/370776/0
  4. http://www.fuelcellsworks.com/Supppage9358.html Архив на оригинала от 2009-01-09 в Wayback Machine. Архив на оригинала от 2009-01-09 в Wayback Machine.
  5. http://energy.gov/eere/fuelcells/hydrogen-production-natural-gas-reforming "Today, 95% of the hydrogen produced in the United States is made by natural gas reforming in large central plants"
  6. а б в г BMWi. The national hydrogen strategy. Berlin, Germany, Federal Ministry for Economic Affairs and Energy (BMWi), June 2020. Архивиран от оригинала на 2020-12-13. Посетен на 2020-11-27.
  7. Am. Defence Department
  8. Zgonnik, Viacheslav. The occurrence and geoscience of natural hydrogen: A comprehensive review. // Earth-Science Reviews 203. April 2020. DOI:10.1016/j.earscirev.2020.103140. с. 103140.