ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ХРАНЕНИЕ ВОДОРОДА

Подъезжая к большому городу, мы любуемся окрестностями, вид которых не испорчен неприглядными башнями и опорами линий электро­передачи. Пригород и центр избавлены от бессчетных столбов и сети проводов, а электрическая система города полностью защищена от падения ветвей и дере­вьев, вызванного непогодой. Единственным источником углекислого газа явля­ется разве что воздух, выдыхаемый людьми и животными, а по ночам — расте­ниями. Газовые плиты и системы отопления выделяют исключительно водяной пар, так же как автомобили и автобусы. Ни одно устройство, произведенное человеком, не нарушает озоновый слой и не загрязняет атмосферу ни угарным газом, ни оксидами азота.

Каждый завод, каждый офис и каждый дом используют энергию, получаемую из чистого водорода, который либо производится непосредственно у потребите - -.я, либо доставляется по надежным подземным трубопроводам. В течение дня, станоіїлсішьіе на крышах солнечные элементы аккумулируют солнечное излу­чение и генерируют электроэнергии больше, чем необходимо потребителю. Из­быток электроэнергии направляется в электролизер и преобразуется в водород, который хранится в баллонах высокого давления и используется для выработки электроэнергии в ночное время или в качестве топлива для бытовых газовых плит и систем отопления. Высокоточные недорогие преобразователи поддерживают ус­тановленную частоту генерируемого топливным элементом электрического тока, а его фаза периодически корректируется с помощью радиосигнала низкой частоты.

При необходимости дополнительное количество водорода из экологически чистых источников может быть доставлено до потребителя по трубопроводу. Аб- .олютно экологически чистая энергетика — утопия? Утопия, которую можно пол­ностью осуществить при нынешнем уровне развития технологии, но невозможно при нынешней экономике.

Чтобы описанная выше картина стала реальностью, необходимо суще­ственно понизить стоимость многочисленных технологических процессов,

и одним из таких процессов, рассматриваемым в этой главе, является нение водорода.

Свойства водорода как энергоносителя вызывают энтузиазм Действите. если производить водород (а это можно сделать, не загрязняя окружающую і ду), то он может служить самым экологически чистым топливом. Однако г. ный недостаток водорода как топлива — это его чрезвычайно низкая плотное Теплота сгорания водорода в расчете на 1 м3 составляет всего треть от тето сгорания метана. Тем не менее энергопропускная способность трубопро практически одинакова для обоих газов, так как низкая удельная энергоемко», водорода почти полностью компенсируется его низкой вязкостью. Таким разом, создание централизованной системы распределения водорода являє решаемой технической задачей. Более серьезные трудности возникают, к водород необходимо использовать на транспортном средстве. Водород мо производить непосредственно на транспортном средстве либо следует на приемлемый способ его хранения на борту. В этой главе мы подробно рассм рим второй способ.

Водород можно хранить в чистом виде либо в виде химических соединенна высоким его содержанием, из которых при необходимости он может быть лег получен непосредственно на борту транспортного средства в одном из слелу щих процессов:

1. Изменение параметров или агрегатного состояния водорода:

1.1. Сжатие газа (см. § 9.1) или комбинированный процесс сжатия и ох. дения.

1.2. Ожижение водорода. Водород, обладающий низкой критической тем ратурой, необходимо охлаждать до температуры ниже 20 К, чтобы і хранять его в жидком состоянии в сосудах без избыточного давлени я

2. Соединение водорода с другими веществами:

2.1. Адсорбция газообразного водорода некоторым подходящим адсорбен например активированным углем.

2.2. Образование соединений с высоким содержанием водорода. Такими с единениями могут быть:

2.2.1. Соединения с сильной водородной связью, требующие реали ции относительно сложных химических процессов для получен водорода. К таким соединениям можно отнести, например, танол (см. гл. 10), этанол, аммиак, а также воду, которую мо рассматривать как носитель водорода.

2.2.2. Соединения, которые могут быть обратимо преобразова; в другие вещества с более высоким (или низким) содержант* водорода.

2.2.3. Гидриды металлов, т. е. соединения металл-водород, обладающие свойством обратимо абсорбировать и десорбировать водород при изменении температуры.

При оценке эффективности систем хранения водорода необходимо прини­мать во внимание ряд важных характеристик. Среди них:

1) массовая (гравиметрическая) емкость (GC). Массовая емкость — это отноше­ние массы запасенного в системе хранения водорода к массе всей системы в целом. Размерность этого параметра кг/кг, т. е. это безразмерный пара­метр;

2) объемная емкость (УС). Объемная емкость — это отношение массы запасенного в системе хранения водорода к общему объему системы в целом. Размерность — кг/м3;

3) эффективность цикла. Эффективность цикла может быть определена как от­ношение максимально возможного количества водорода, которое можно из­влечь из системы хранения, к количеству водорода, запасенного в системе;

4) потери водорода в режиме длительного хранения. Способность системы сохра­нять запасенный водород в течение длительного периода времени.

Кроме того, принимаются во внимание такие важные характеристики, как стоимость (капитальные вложения, эксплуатационные и ремонтные расходы), безопасность, простота использования и т. п.