Технологии

Что такое водородная энергия? 

Водород

Из всех элементов, присутствующих во Вселенной, водород является в наибольшей степени распространенным. Водород отличается замечательными характеристиками. Это бесцветное, безвкусное и невидимое вещество, а потому оно так горячо преследуется. В свою очередь водород может быть преобразован в возобновляемый, экологически чистый и нулевой энергетический ресурс. Это считается краеугольным камнем новой энергетической экономики. Поиски водородной энергии начались еще в далеком 1776 году британским ученым Генри Кавендишем.

Он впервые определил его как отдельный элемент после того, как разработал водородный газ, подвергнув металлический цинк соляной кислоте. Генри Кавендиш сделал еще одно замечательное открытие во время демонстрации в лондонском Королевском обществе, когда он ввел искру в водородный газ, производя при этом воду. Это историческое развитие привело его к выводу, что вода (H2O) состоит из водорода и кислорода. С тех пор водородные технологии росли не по дням, а по часам, и сегодня он используется в качестве источника энергии для питания автомобилей, электрических систем и производства чистой воды. 

Водород — самый простой и распространенный элемент в природе. Но в чистом виде он возникает естественным образом. Хотя водород существует практически везде — в воздухе, в космосе, в земле, — он редко бывает один. Он доступен в сочетании с другими элементами, такими как вода. В состав воды входит водород и кислород. Это означает, что он обычно сочетается с каким-либо другим элементом, что делает водород необходимым для извлечения и преобразования, чтобы сделать его полезным источником энергии. Водород к тому же встречается в многочисленных органических соединениях, например, углеводородах, которые приводят к образованию топлива, в том числе и природного газа, бензина, пропана и метанола. Самая большая проблема в освоении водорода — сбор его в чистом виде. 

Химия водорода очень проста — один атом состоит только из протона и электрона. В газообразном состоянии его возможно сжигать в качестве топлива. Он может храниться в силовых элементах, генерирующих взрывную энергию и приводящих в движение ракеты и космические корабли. Он летучий и горючий, и очень, очень мощный. 

Водород может храниться криогенно (под влиянием низких температур) или в контейнерах со сжатым воздухом в виде газа. Требуется довольно много места для хранения, чтобы разместить значительное количество водорода. Это происходит потому, что молекулы находятся далеко друг от друга, а газ легкий. Это делает его очень габаритным. Например, чтобы содержать такое же количество водорода в цилиндре, как бензин, создается гораздо более тяжелый контейнер. 

Как водородная энергия преобразуется в электричество? 

Газообразный водород является дорогим и сложным топливом для производства, потому что его необходимо отделять от любого элемента, к которому он присоединен. Получение водородного газа непростой процесс, что делает его дорогостоящим источником энергии. Существует несколько способов отделения водорода от его сопутствующих элементов. 

водородная энергия
Как водородная энергия преобразуется в электричество?

Прежде чем мы рассмотрим, как водород преобразуется в электричество, было бы полезно узнать, как он производится. Водород получают двумя основными способами: паровым риформингом и электролизом (обычно называемым расщеплением воды). 

Паровой риформинг 

Этот метод производит водород из углеводородных топлив, таких как метан, нефть, возобновляемые жидкие топлива, газифицированная биомасса, газифицированный уголь и природный газ. В этом процессе получения водорода применяется обрабатывающее устройство, называемое риформером. Риформер реагирует паром с углеводородным топливом при чрезвычайно высоких температурах для получения водорода. Сегодня более 90% водорода производится благодаря методу парового риформинга. 

водородная энергия
Паровой риформинг

Электролиз  

Электролиз — это метод, который использует постоянный ток (DC) для инициирования химической реакции. При производстве водорода электролиз разлагает воду и расщепляет ее на основные элементы, а именно на водород и кислород, с помощью электрического тока. Электричество, используемое в процессе электролиза, получают из ископаемых видов топлива, таких как нефть, природный газ, уголь или углеводороды. 

водородная энергия
Электролиз

Преобразование водорода в электричество 

Наиболее эффективный способ преобразования водорода в кислород — использование топливного элемента. Топливный элемент непосредственно превращает химическую энергию в электрическую. Топливный элемент позволяет водороду и кислороду смешаться в электрохимической реакции. Итог такого синтеза — производство электроэнергии, воды и тепла. Топливные элементы имитируют батареи, так как тоже преобразуют энергию, извлеченную в результате электрохимической реакции, в полезную электрическую энергию. При этом топливный элемент в свою очередь будет генерировать электроэнергию до тех пор, пока топливо, прежде всего водород, доступно. 

Топливные элементы представляют собой потенциальную технологию для применения источника электроэнергии и тепла для зданий. Это также перспективный источник энергии для электрических и гибридных транспортных средств. Топливные элементы лучше всего работают на чистом водороде. Однако другие виды топлива, а именно бензин, метанол или природный газ, могут быть реформированы в целях получения необходимого водорода для топливных элементов. 

Водород приходится наравне с электричеством, как жизненно важный энергоноситель. Энергоноситель передает потребителю энергию в готовом к использованию виде. Некоторые возобновляемые источники энергии, такие как ветер и солнце, возможно, не способны генерировать энергию круглосуточно, но вполне могут производить водород и электроэнергию и храниться для последующего использования. 

водородная энергия
Преобразование водорода в электричество

Плюсы водородной энергетики 

Плюсы водородной энергетики
Плюсы водородной энергетики

Экологически чистый 

Трудно найти источник топлива, который бы был нетоксичным. Именно водород и является нетоксичной формой топлива, так как он не выделяет вредных газов в окружающую среду. Некоторые источники топлива, такие как бензин, уголь, нефть и ядерная энергия, токсичны и встречаются в районах с опасной окружающей средой. Фактически, при сжигании водорода единственным побочный продукт — водяной пар, который не является токсичным. Поскольку водород является дружественным к матери-природе, его можно использовать в тех местах, где другие формы топлива не могут работать. 

Возобновляемый источник энергии 

Водород в изобилии встречается практически везде, и это означает, что он является неиссякаемым источником энергии. Другие источники топлива, такие как нефть, природный газ и уголь, считаются невозобновляемыми, ведь они будут исчерпаны в какой-то момент. Водород один из источников энергии, который возможно получить по требованию. 

Мощность и эффективность 

Методы, используемые для получения водорода, дают мощный и эффективный источник энергии. Мощность и эффективность водорода — это причины, по которым он используется в ракетах. Он также предпочтителен на космических кораблях, потому что он не производит парниковые газы. Согласно статистическим данным, водород в 3 раза более мощный, чем бензин и другие ископаемые источники топлива, то есть он имеет возможность достичь большего результата с меньшим количеством. 

Жизненно важное применение в нефтегазовой промышленности  

Водород используется для переработки сырой нефти в рафинированные виды топлива, такие как дизельное топливо и бензин. Водород также используется для удаления загрязняющих веществ, таких как сера, из этих видов топлива. Другие отрасли также используют водородное топливо, например, химическое производство, пищевая промышленность, переработка металлов и производство электроники.  

Минусы водородной энергетики
Минусы водородной энергетики

Трудности хранения и транспортировки 

Водородная энергетика не была полностью исследована, поэтому инфраструктура хранения и поддержки не сильно развита. Молекулы водорода мельчайшие, а потому водород более восприимчивым к утечке. Это означает, что он должен храниться под высоким давлением, чтобы придать ему достаточную плотность энергии. В своей естественной форме водород летуч и легко воспламеняется, что значительно затрудняет его транспортировку. 

Высокая стоимость 

Несмотря на то, что водород легко доступен, процесс экстракции, такой как электролиз, является чрезвычайно дорогим. Основная причина этого заключается в том, что отделить его основные элементы, водород и кислород, довольно сложно. Несмотря на то, что водородные топливные элементы все чаще используются в гибридных автомобилях, это не совсем доступно для всех. Ученые работают для открытия технологии, которые могли бы сделать использование водорода намного доступнее, но до тех пор, цена будет продолжать оставаться высокой. 

Зависит от ископаемых видов топлива 

Это факт, что водород является возобновляемым ресурсом и не оказывает никакого воздействия на окружающую среду. Однако разделение водородных компонентов в процессе производства по-прежнему зависит от ископаемых видов топлива, таких как нефть, уголь и природный газ. Ископаемые виды топлива вносят значительный вклад в выбросы парниковых газов. 

Испаряющийся и огнеопасный 

Непостоянство водорода и сильно огнеопасный атрибут делают его трудным для транспортировки к конечному потребителю. Уникальная характеристика, которая затрудняет хранение, также делает его сложным для транспортировки. Водород в основном транспортируется на рынок по трубопроводам или в танкерах. Автоцистерны доставляют водород на рынок в сжиженном или сжатом состоянии. Этот процесс приводит к утечкам водорода. 

Хотя водород используется не так широко, как мог бы, из-за его высокой цены и непрактичности с точки зрения отсутствия инфраструктуры для его поддержки, исследователи предполагают, что он опередит электричество в качестве энергоносителя. Это произойдет потому, что он получается из возобновляемых источников энергии и почти не загрязняет окружающую среду. Благодаря своим свойствам водород применяется для авиационного и автомобильного топлива, отопления домов, и источника ракетного топлива. 

Читайте также:
Водородная экономика и риски для климата
Haskel Hydrogen Systems и ATCO повышают мобильность водорода
5 многообещающих стартапов в области водородного топлива

Поделиться:
Читайте и другие НОВОСТИ О ВОДОРОДЕ:  Водород — ключевое направление развития Mahle
Теги

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

4 × 1 =

Back to top button
RussiaEnglish
Close
Close
Мы используем cookie-файлы для наилучшего представления нашего сайта. Продолжая использовать этот сайт, вы соглашаетесь с использованием cookie-файлов.
Принять
Политика конфиденциальности