banner banner banner

Водень – енергоносій майбутнього для України?

Розроблення і впровадження технологій водневої енергетики становлять для України значний економічний та соціальний інтерес

Водень – енергоносій майбутнього для України?
Фото з відкритих джерел

Тимур Чмерук

Підприємець

Розроблення і впровадження технологій водневої енергетики становлять для України значний економічний та соціальний інтерес

З кожним роком у всьому світі (Україна – не виняток) більшає публікацій і проектів, спрямованих на пошук дешевого, екологічного і високоефективного енергоносія. Зараз вже можна стверджувати, що вік нафти, вугілля і газу якщо ще не закінчився, то наближається до свого завершення. Активізації пошуку альтернативних джерел енергії і впровадження технологій виробництва сприяють і породжувані світовим ринком вуглеводнів політичні авантюри, і комерційні ризики. Можна впевнено стверджувати, що від успішності такого пошуку залежить не тільки благополуччя суспільства завтрашнього дня, а й саме існування людства.

Одним з найбільш перспективних кандидатів на роль енергоносія майбутнього виступає водень. Згадаємо з курсу шкільної хімії, що це найбільш простий хімічний елемент у Всесвіті, на нього припадає ¾ його матерії. Водень є "сировиною" для нескінченного виробництва енергії зірками (в тому числі Сонцем) в ході термоядерних реакцій. Запаси водню на нашій планеті невичерпні - вони постійно відновлюються. Практично будь-яку складну речовину може бути розкладено до цього хімічного елемента. З цього можна зробити висновок, що проблем з кількістю сировини не повинно виникнути, питання лише в тому, як його "витягти" і переробити.

Цікавий факт: водневий двигун був винайдений французом Франсуа Ісааком де Ріваз в 1806 році. Практичне використання звичних для нас двигунів внутрішнього згоряння почалося більш ніж через півстоліття. З незрозумілих причин широке розповсюдження дістав саме бензиновий, а не водневий двигун. Особливо не пощастило водню в ХХ столітті: у 1936 році стався вибух найбільшого дирижабля у світі "Гінденбург", який працював на водні, а потім була винайдена воднева бомба. Це створило "безневинному" водневі репутацію вкрай небезпечної, руйнівної речовини, використання якої в якості енергоносія недоцільно передусім з міркувань безпеки.

Новини за темою

Але об'єктивні фізико-хімічні характеристики водню змушують повернутися до питання про розроблення водневих двигунів та інших генеруючих пристроїв на цій сировині. Число таких проектів стало стрімко зростати приблизно 30 років тому у найрозвинутіших країнах світу – США і Японії. Говорячи про ці властивості, необхідно відзначити, що енерговіддача водню в реакції згоряння з киснем (утворення води), становить 120,7 ГДж/тонну сировини, що у багато разів вище, ніж при спалюванні будь-якого іншого палива. Використання водню як сировини для двигунів внутрішнього згоряння збільшує їх ККД на 50-70% порівняно з бензиновими аналогами. Якщо ж говорити про спеціальні водневі двигуни, то їхня ефективність вища за бензинові вже в два-три рази.

Основна проблема впровадження водню як енергоносія полягає в розробленні технологій його видобування, переробки та транспортування. За оцінкою Департаменту енергетики США, якщо ціна водню буде 5 доларів за 1 кг, то від використання інших видів палива можна буде відмовитися. Але поки що джерела отримання водню не дозволяють досягти такої собівартості, хоча вона постійно знижується. При використанні традиційних технологій виробництва водню процес залишається економічно невигідним, оскільки вимагає удвічі більшого обсягу електроенергії, ніж отримання порівнянних обсягів вуглеводнів. Під час виробництва водню за традиційними технологіями (природного газу) зберігаються також великі втрати, складові 30% можливої енергії. Завдання полягає у створенні такого технологічного процесу отримання водню, який би не використовував невичерпний матеріал і не припускав би використання електроенергії як проміжного етапу.

Наразі є три прийнятні з економічного погляду технології одержання водню як потенційного енергоносія.

Перша ґрунтується на обробці природного газу парою високої температури (парове вуглеводневе реформування). Друга - на газифікації низькосірчистого вугілля у спеціальних печах за дуже високої температури з подальшим "очищенням" одержуваного газу і поділом на складові. Обидві технології дозволяють отримати водень за конкурентною ціною, але вони не можуть забезпечити конкурентоспроможність водню як палива для транспортних засобів масової промислової генерації електроенергії. Враховуючи наявність в Україні великих запасів вугілля, високу розвиненість вуглехімічної та металургійної промисловостей, можна вже зараз впроваджувати ці технології. Вони дозволять використовувати водень як сировину для виробництва електроенергії, що споживається в самому технологічному циклі зазначених галузей, а також для згладжування пікових навантажень в національній енергосистемі, особливо взимку і для зниження газової залежності України.

Третя технологія - це гідроліз води, тобто її електрохімічне розкладення на кисень та водень. Але ця технологія передбачає витрату досить великої кількості електроенергії. Хоча саме цей процес вже зараз використовується при створенні водневих двигунів найбільшими світовими автовиробниками. Для вітчизняної економіки, враховуючи поки ще високий рівень інтелектуального та інженерно-технічного потенціалу України, перспективною видається участь вітчизняних підприємств у циклі виробництва цих двигунів на основі контрактів з європейськими автоконцернами.

Новини за темою

У той же час триває активне розроблення інших технологій, економічно вигідних та технологічно більш простих.

Одна з них представлена проектом HyperSolar (і не тільки ним), що здійснюють в Університеті Айови під керівництвом професора Сіїда Мубіна. Мова про використання технології фотолізу, коли вода під дією енергії сонячного випромінювання розкладається на кисень і водень. Важливою перевагою цього проекту є те, що водень в ньому представлений не стільки як сировина, скільки як своєрідний накопичувач енергії, оскільки сама енергія виробляється в той момент, коли водень знову стає водою. Ще одна перевага проекту в тому, що він може бути реалізований у вигляді пристрою з речовинно замкнутим циклом, тобто без постійного завантаження вихідного палива. Для перспектив можливої співпраці України з авторами цього проекту важливим є те, що ця технологія порівняно легко може бути інтегрована з сонячною електростанцією, кількість яких у нас постійно збільшується.

Перспективною для України є технологія одержання водню за допомогою зелених водоростей виду Chlamydomonas reinhardtii, які при нестачі кисню і сірки починають бурхливе вироблення водню. Цей метод був винайдений Анастасіосом Мелісом в кінці минулого століття. Однак реалізації даного проекту поки залишаються поодинокими, хоча дослідження тривають.

Цікавими є проекти, спрямовані на використання зібраної сонячної енергії для виділення водню безпосередньо з багатих на нього джерел, особливо органічної біомаси, муніципальних та сільськогосподарських відходів. Враховуючи великий запас останніх, ця технологія також є перспективною для впровадження в нашій країні.

Як підсумок, хочеться відзначити, що розроблення і впровадження технологій водневої енергетики становить для України значний економічний і соціальний інтерес. Розвиток водневої енергетики дозволяє збільшити виробництво електроенергії, провести заміщення використання вуглеводнів, внести помітний внесок у вирішення екологічних проблем та вдосконалення структури національної економіки, збільшити присутність України в міжнародних іміджевих проектах, зберегти і розвинути науковий та інженерний кадровий потенціал країни.

Тимур Чмерук

Редакція може не погоджуватися з думкою автора. Якщо ви хочете написати в рубрику "Думка", ознайомтеся з правилами публікацій і пишіть на [email protected]112.ua.

відео по темі

Новини за темою

Новини за темою

Новини партнерів

Loading...

Віджет партнерів

d="M296.296,512H200.36V256h-64v-88.225l64-0.029l-0.104-51.976C200.256,43.794,219.773,0,304.556,0h70.588v88.242h-44.115 c-33.016,0-34.604,12.328-34.604,35.342l-0.131,44.162h79.346l-9.354,88.225L296.36,256L296.296,512z"/>