Неорганическая
Органическая
Коллоидная
Биологическая
Биохимия
Токсикологическая
Экологическая
Химическая энциклопедия
Советская энциклопедия
Справочник по веществам
Гетероциклы
Теплотехника
Углеводы
Квантовая химия
Моделирование ХТС
Номенклатура
Таблица Менделеева
Неорганические реакции
Органические реакции
Молярные массы
Форматирование формул
Редактор формул
Уравнивание реакций
Электронное строение атомов
Игра «Таблица Менделеева»
Термодинамические свойства
Конвертер величин
Гальванопара
Поиск репетиторов
Форум
Лекарства
Фармацевтика
Термины биохимии
Коды загрязняющих веществ
Стандартизация
Каталог предприятий


ВОДОРОДНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

ВОДОРОДНАЯ ЭНЕРГЕТИКА, использует водород как носитель энергии. Водородная энергетика также включает: получение Н2 из воды и др. прир. сырья; хранение Н2 в газообразном и сжиженном состояниях или в виде искусственно полученных хим. соед., напр. гидридов интерметаллич. соединений; транспортирование Н2 к потребителю с небольшими потерями. Водородная энергетика пока не получила массового применения. Методы получения Н2, способы его хранения и транспортировки, к-рые рассматриваются как перспективные для водородной энергетики, находятся на стадии опытных разработок и лаб. исследований.

Выбор Н2 как энергоносителя обусловлен рядом преимуществ, главные из к-рых: экологич. безопасность Н2, поскольку продуктом его сгорания является вода, исключительно высокая1079-30.jpg , равная - 143,06 МДж/кг (для условного углеводородного топлива — 29,3 МДж/кг); высокая теплопроводность, а также низкая вязкость, что очень важно при его транспортировании по трубопроводам; практически неогранич. запасы сырья, если в кач-ве исходного соед. для получения Н2 рассматривать воду (содержание воды в гидросфере 1,39*1018т); возможность многостороннего применения Н2. Водород м. б. использован как топливо во многих хим. и металлургич. процессах, а также в авиации и автотранспорте как самостоятельное топливо, так и в виде добавок к моторным топливам.

Перспективно использование Н2 для передачи энергии т. наз. хим. способами. По одному из них смесь Н2 с СО, полученная на первой ступени каталитич. конверсии метана, передается к потребителю по трубопроводу и поступает в аппарат - метанатор, в к-ром осуществляется обратная экзотермич. р-ция: ЗН2 + СО -> СН4 + Н2О. Выделяемое тепло м. б. использовано для бытового и пром. теплоснабжения, а паро-газовая смесь возвращается обратно в цикл для конверсии метана.

Традиц. способы получения Н2 (см. Водород)для водородной энергетики экономически не выгодны. Для нужд водородной энергетики предполагается усовершенствовать традиц. методы и разработать новые, нетрадиционные, используя ядерную и солнечную энергию. Предлагаемое усовершенствование осн. традиц. метода получения Н2 - каталитич. конверсии прир. газа и газов нефтепереработки - заключается в том, что процесс проводят в кипящем слое катализатора, тепло подводят от высокотемпературного ядерного газоохлаждаемого реактора (ВТГР). Применение этого метода позволит более чем в 10 раз увеличить объемную скорость процесса, снизить т-ру в хим. реакторе на 150°С, уменьшить затраты на произ-во Н2 на 20-25%. Однако ВТГР, обеспечивающие высокие т-ры теплоносителя (ок. 1000°С), пока находятся в стадии разработок. Др. вариант получения Н2 - водно-щелочной электролиз под давлением с использованием дешевой разгрузочной электроэнергии, вырабатываемой в ночное время атомной электростанцией. Расход электроэнергии на получение 1 м3 Н2 составляет 4,3-4,7 кВт*ч (по обычному способу 5,1-5,6 кВт*ч), напряжение на ячейке 1,7-2,0 В при плотности тока' 3-5 кА/м2 и давлении в электролизере до 3 МПа. Использование установок по получению Н2 в ночное время на атомных электростанциях позволит регулировать график их суточной нагрузки и снизить себестоимость Н2. Полученный Н2 может направляться на нужды промети либо использоваться как топливо на электростанции для выработки дополнит. электроэнергии в дневное время.

Ниже описаны предлагаемые нетрадиц. методы получения Н2. Электролиз воды с использованием в кач-ве электролита расплава щелочи (т. наз. расплавнощелочной электролиз), твердого полимера (твердополимерный, или ТП-электролиз), керамики на основе ZrO2 (высокотемпературный, или ВТ-электролиз) требует затрат электроэнергии на 30-40% меньше, чем традиц. способ. При расплавнощелочном электролизе концентрация воды в электролите составляет 0,5-2,0% по массе (иногда 4%), давление атмосферное, т-ра определяется выбором щелочи. Использование твердых электролитов позволяет значительно сократить расстояние между электродами в ячейке (до 250 мкм), в результате чего в неск. раз повышается плотность тока без увеличения напряжения на ячейке электролизера. В кач-ве электролита при ТП-электролизе можно использовать, напр., пленку из сульфированного фторопласта-4; т-ра процесса до 150°С, достижимый кпд электролизера 90%, расход электроэнергии на получение 1 м3 Н2 3,5 кВт*ч. наиб. перспективен ВТ-электролиз с использованием тепла от ВТГР: электролитом служит керамика из ZrO2 с добавками оксидов металлов (преим. Y2O3, CaO, Sc2O3); т-ра процесса 800-1000 °С, достижимый уровень расхода электроэнергии на получение 1 м3 Н2 2,5 кВт*ч при плотностях тока 3-10 кА/м2.

Из плазмохим. методов получения Н2 наиб. перспективен двухстадийный углекислотный цикл, включающий: 1) диссоциацию (2СО2 -> 2СО + О2), осуществляемую в плазмотроне с энергетич. эффективностью до 75-80%; 2) конверсию СО с водяным паром (СО + Н2О -> Н2 + СО2), после к-рой образовавшийся СО2 возвращается в плазмотрон.

Термохим. циклы получения Н2 представляют собой совокупность последоват. хим. р-ций, приводящих к разложению исходного водородсодержащего сырья (обычно воды) при более низкой т-ре, чем та, к-рая требуется для термич. диссоциации. Так, степень термич. диссоциации воды при 2483°С составляет 11,1%. В этих циклах все компоненты системы, кроме водородсодержащего сырья, регенерируются. Ниже приводятся примеры термохим. циклов разложения воды.

Сернокислотный:
1079-31.jpg

Представляют интерес также сероводородные термохим. циклы, напр.:
1079-32.jpg

При использовании H2S вместо воды снижаются затраты энергии на получение Н2, т.к. энергия связи Н—S в сероводороде значительно меньше энергии связи Н—О в воде, и кроме Н2 образуется сера - важное хим. сырье.

Перспективен радиолиз воды и водных р-ров СО2, H2SO4, HC1, HBr, H2S, AgCl и др. под действием ядерного излучения (жесткого1079-33.jpg, нейтронного). наиб. мощные источники такого излучения - ядерные реакторы. Для развития этого метода необходимо создать источники ядерного излучения с высокой энергонапряженностью, разработать системы, способные поглощать реагирующей средой более 50% энергии излучения и использовать ее с радиац. выходом более 10 молекул Н2 на 100 эВ.

Исследуются фотохим. методы получения Н2 с использованием солнечной энергии. Осуществлен фотоэлектролиз воды (с раздельным получением Н2 и О2); метод будет представлять практич. интерес, если его кпд достигнет 10-12% (пока он составляет ок. 3%). Биофотолиз воды основан на том, что нек-рые микроорганизмы (напр., хлорелла), поглощающие солнечную энергию, способны разлагать воду. Средний кпд трансформации солнечной энергии такими микроорганизмами составляет ок. 8%.

Для хранения и транспортирования Н2, кроме обычных методов, разработанных для жидкого и газообразного водорода, перспективно использование твердых соед. - гидридов металлов и интерметаллидов. Последние способны реагировать с большими кол-вами Н2 при невысоких т-рах и давлениях (см. Гидриды). Из гидридов интерметаллидов наиб. интересны соед. на основе Ti, Fe, Mg, Ni, La и V. Они содержат до 400 см3 Н2 на 1 г гидрида, выделяют Н2 при сравнительно низких т-рах (150-200 °С) и относительно дешевы. Для хранения гидридов интерметаллидов разработаны спец. емкости - гидридные баки. Гидриды интерметаллидов м. б. использованы, в частности, на автотранспорте. Гидридный бак устанавливается на автомобиле и обогревается отработавшими газами двигателя: гидрид разлагается и выделяется водород, к-рый подается в двигатель как добавка к бензину.


===
Исп. литература для статьи «ВОДОРОДНАЯ ЭНЕРГЕТИКА»: Легасов В. А. [и дрЛ, в кн.: Атомно-во дородная энергетика и технология, в. 1, М., 1978, с. 11-36; Березин И. В. [и др.], там же, в. 2, М., 1979, с. 48-56; Мищенко А. И., Применение водорода для автомобильных двигателей, К., 1984; Шпильрайн Э. Э., Малышенко С. П., Кулешов Г. Г., Введение в водородную энергетику, под ред. В.А. Легасова, М. (в печати); McAul-iffe Ch. A., Hydrogen and energy, Ц., 1980. В.А.Легасов.

Страница «ВОДОРОДНАЯ ЭНЕРГЕТИКА» подготовлена по материалам химической энциклопедии.


     © ХиМиК.ру




Реклама   Обратная связь   Дизайн