Elektrane na vodik — trendovi i perspektive

Iako su se nuklearne elektrane dugo smatrale vrlo sigurnima, nesreća u japanskoj nuklearnoj elektrani Fukushima 2011. ponovno je natjerala energetike diljem svijeta na razmišljanje o mogućim ekološkim problemima vezanim uz ovu vrstu energije.

Vlade mnogih zemalja, uključujući niz zemalja EU-a, izrazile su jasnu namjeru prebacivanja svojih gospodarstava na alternativnu energiju, ne štedeći ulaganja, obećavajući milijarde eura za ovu industriju u sljedećih 5-10 godina. A jedan od najperspektivnijih i ekološki najsigurnijih tipova takve alternative je vodik.

Ako ipak ponestane ugljena, plina i nafte, onda vodika u oceanima jednostavno ima neograničeno, iako on tamo nije pohranjen u čistom obliku, već u obliku kemijskog spoja s kisikom – u obliku vode.

Vodik je ekološki najprihvatljiviji izvor energije. Dobivanje, transport, skladištenje i korištenje vodika zahtijeva proširenje našeg znanja o njegovoj interakciji s metalima.

Ima tu mnogo problema.Ovdje su samo neki od njih koji čekaju svoje rješenje: proizvodnja vodikovih izotopa visoke čistoće pomoću membranskih filtara (primjerice od paladija), stvaranje tehnološki povoljnih vodikovih baterija, problem borbe protiv vodikove cijene materijala itd.

U ekološku sigurnost vodika, u usporedbi s drugim tradicionalnim vrstama izvora energije, nitko ne sumnja: produkt izgaranja vodika opet je voda u obliku pare, a potpuno je neotrovna.

Vodik kao gorivo lako se može koristiti u motorima s unutarnjim izgaranjem bez temeljnih promjena, kao iu turbinama, a dobit će se više energije nego iz benzina. Ako je specifična toplina izgaranja benzina u zraku oko 44 MJ / kg, tada je za vodik ta brojka oko 141 MJ / kg, što je više od 3 puta više. Naftni proizvodi su također otrovni.

Skladištenje i transport vodika neće stvarati posebne probleme, logistika je slična kao i kod propana, ali je vodik eksplozivniji od metana, pa tu ipak postoje neke nijanse.

Rješenja za skladištenje vodika su sljedeća. Prvi način je tradicionalna kompresija i ukapljivanje, kada će biti potrebno osigurati njegovu ultranisku temperaturu za održavanje tekućeg stanja vodika. Ovo je skupo.

Drugi način više obećava - temelji se na sposobnosti nekih kompozitnih metalnih spužvi (visoko porozne legure vanadija, titana i željeza) da aktivno apsorbiraju vodik i, pri niskom zagrijavanju, otpuštaju ga.

Vodeće naftne i plinske tvrtke poput Enela i BP-a danas aktivno razvijaju vodikovu energiju.Prije nekoliko godina talijanski Enel pokrenuo je prvu svjetsku elektranu na vodik, koja ne zagađuje atmosferu i ne ispušta stakleničke plinove. Ali glavna goruća točka u tom smjeru leži u sljedećem pitanju: kako pojeftiniti industrijsku proizvodnju vodika?

Problem je u tome elektroliza vode zahtijeva mnogo električne energije, a ako se proizvodnja vodika stavi u pogon upravo elektrolizom vode, onda će za gospodarstvo jedne zemlje ova metoda industrijske proizvodnje vodika biti vrlo skupa: tri puta, ako ne i četiri puta , u smislu ekvivalentne topline izgaranja naftnih derivata Osim toga, iz jednog kvadratnog metra elektroda u industrijskom elektrolizeru može se dobiti maksimalno 5 kubičnih metara plina na sat. To je sporo i ekonomski nepraktično.

Jedan od načina za proizvodnju vodika u industrijskim količinama koji najviše obećava je plazma-kemijska metoda. Ovdje se vodik dobiva jeftinije nego elektrolizom vode. Kod neravnotežnih plazmatrona električna struja prolazi kroz ionizirani plin u magnetskom polju, a u procesu prijenosa energije s "zagrijanih" elektrona na molekule plina dolazi do kemijske reakcije.

Temperatura plina je u rasponu od +300 do +1000 °C, dok je brzina reakcije koja dovodi do proizvodnje vodika veća nego kod elektrolize. Ova metoda omogućuje dobivanje vodika, koji se ispostavlja dvostruko (ne tri puta) skuplji od tradicionalnog goriva dobivenog iz ugljikovodika.

Plazmokemijski proces odvija se u dvije faze: prvo se ugljični dioksid razgrađuje na kisik i ugljični monoksid, zatim ugljični monoksid reagira s vodenom parom, što dovodi do vodika i istog ugljičnog dioksida koji je bio na početku (ne troši se, ako pogledate cijelu transformaciju petlje).

U eksperimentalnoj fazi — plazma-kemijska proizvodnja vodika iz vodikovog sulfida, koji ostaje štetan proizvod posvuda u razvoju plinskih i naftnih polja. Rotirajuća plazma centrifugalnim silama jednostavno izbacuje molekule sumpora iz reakcijske zone, a obrnuta reakcija pretvorbe u sumporovodik je isključena. Ova tehnologija izjednačava cijenu vodika proizvedenog s tradicionalnim vrstama fosilnih goriva, osim toga, paralelno se iskopava sumpor.

A Japan je već danas preuzeo praktičan razvoj vodikove energije. Kawasaki Heavy Industries i Obayashi planiraju do 2018. početi koristiti vodikovu energiju za napajanje grada Kobea. Oni će postati pioniri među onima koji će doista početi koristiti vodik za veliku proizvodnju električne energije, gotovo bez štetnih emisija.

Vodikova elektrana snage 1 MW bit će izgrađena izravno u Kobeu, gdje će opskrbljivati ​​električnom energijom međunarodni kongresni centar i radne urede za 10.000 lokalnih stanovnika. A toplina proizvedena u stanici u procesu proizvodnje električne energije iz vodika postat će učinkovito grijanje lokalnih kuća i poslovnih zgrada.

Plinske turbine koje proizvodi Kawasaki Heavy Industries neće se, naravno, opskrbljivati ​​čistim vodikom, već mješavinom goriva koja sadrži samo 20% vodika i 80% prirodnog plina.Tvornica će trošiti ekvivalent 20.000 vozila s vodikovim gorivnim ćelijama godišnje, ali ovo će iskustvo biti početak velikog razvoja vodikove energije u Japanu i šire.

Rezerve vodika će biti pohranjene izravno na području elektrane, a čak i u slučaju potresa ili druge prirodne katastrofe, u stanici će biti goriva, stanica neće biti odsječena od vitalnih komunikacija. Do 2020. luka Kobe imat će infrastrukturu za veliki uvoz vodika jer Kawasaki Heavy Industries planira razviti veliku mrežu elektrana na vodik u Japanu.