Водородная энергетика — развивающаяся отрасль энергетики, направление выработки и потребления энергии человечеством, основанное на использовании водорода в качестве средства для аккумулирования, транспортировки и потребления энергии людьми, транспортной инфраструктурой и различными производственными направлениями.
Водород выбран как наиболее распространенный элемент на поверхности земли и в космосе, теплота сгорания водорода наиболее высока, а продуктом сгорания в кислороде является вода (которая вновь вводится в оборот водородной энергетики). Водородная энергетика относится к нетрадиционным видам энергетики. Преимущества водородной энергетики:
1)неисчерпаемость (в мировом океане 1,2*1013 т H2). Суммарная масса водорода составляет 1% общей массы Земли, а число атомов - 16%. При сгорании водород превращается в воду и полностью возвращается в круговорот природы. 2)Весовая теплотворная способность водорода (28630 ккал/кг) в 2,8 раза выше по сравнению с бензином. 3)Энергия воспламенения в 15 раз меньше, чем для углеводородного топлива.
4)Максимальная скорость распространения фронта пламени в 8 раз больше по сравнению с углеводородами.
5)Излучение пламени в 10 раз меньше по сравнению с пламенем углеводородов.
6)Экологичность - При использовании водорода как топлива исключается возможность усиления парникового эффекта, не выделяются вредные вещества (автомобильный двигатель выбрасывает 45 токсичных веществ, в том числе и канцерогены), нет опасности образования застойных зон водорода: он легко улетучивается.
7)Универсальность: может заменить бензин и дизельное топливо, пригоден для всех двигателей
Отрицательные качества водорода: низкие плотность и объемная теплотворная способность, более широкие пределы взрываемости и более высокая температура воспламенения по сравнению с углеводородами.
Пути использования водорода как топлива (для автомобиля):
1Топливо для двигателей внутреннего сгорания. При сжигании водорода добиться полного отсутствия выбросов нельзя (воздух неоднороден)
Объемная теплотворная способность водорода низка => требуется повышенный расход
2Использование водорода для питания топливных элементов. Главная проблема – низкая плотность водорода. При стоянке придется стравливать и сжигать. Водород стараются размещать в ячеистой структуре – в межатомной структуре металла. Плотность упаковки и без-ть хранения.
3Нанохранилище: водород впитывается в губку из волокон композитного материала. Будут добывать из метана.
Производство водорода
Один из источников водорода - природное топливо: метан, уголь, древесина и т.д. При взаимодействии топлива с парами воды или воздухом образуется синтез-газ - смесь СО и Н2. Из нее затем выделяется водород. Другой источник - отходы сельскохозяйственного производства, из которых получают биогаз, а затем - синтез-газ. Промышленно-бытовые отходы тоже используются для производства синтез-газа, что способствует одновременно и решению экологических проблем, поскольку отходов много и их нужно утилизировать. В конечном счете, образуются углекислый газ, водород и окись углерода. Дальше идет каталитическая очистка, электрохимическая конверсия и т.д. Водород можно получать также электролизом воды, то есть разложением ее под воздействием электрического тока. Очень важным элементом при преобразовании газа, содержащего водород, является очистка газа на палладиевых мембранах. В итоге получается чистый водород.
