Vesinikelektrijaamad — suundumused ja väljavaated
Kuigi tuumajaamu on pikka aega peetud väga ohututeks, sundis 2011. aastal Jaapanis Fukushima tuumajaamas toimunud õnnetus taas kord üle maailma energeetikainsenere mõtlema selle energialiigiga seotud võimalikele keskkonnaprobleemidele.
Paljude riikide, sealhulgas mitmete ELi riikide valitsused on teatanud selgest kavatsusest viia oma majandus investeeringuid säästmata üle alternatiivenergiale, lubades sellele tööstusele järgmise 5–10 aasta jooksul miljardeid eurosid. Ja sellise alternatiivi üks paljutõotavamaid ja keskkonnaohutumaid liike on vesinik.
Kui kivisüsi, gaas ja nafta saavad otsa, siis on ookeanides lihtsalt piiramatult vesinikku, kuigi seda ei säilitata seal puhtal kujul, vaid hapnikuga keemilise ühendi kujul - vee kujul.
Vesinik on kõige keskkonnasõbralikum energiaallikas. Vesiniku saamine, transportimine, ladustamine ja kasutamine nõuab meie teadmiste laiendamist selle koostoime kohta metallidega.
Siin on palju probleeme.Siin on vaid mõned neist, mis ootavad oma lahendust: väga puhaste vesiniku isotoopide tootmine membraanfiltrite abil (näiteks pallaadiumist), tehnoloogiliselt soodsate vesinikupatareide loomine, materjalide vesinikuhinnaga võitlemise probleem jne.
Vesiniku keskkonnaohutuses võrreldes teiste traditsiooniliste energiaallikatega ei kahtle keegi: vesiniku põlemisproduktiks on jällegi vesi auru kujul, samas kui see on täiesti mittetoksiline.
Vesinikku saab kütusena hõlpsasti ilma põhjapanevate muudatusteta kasutada nii sisepõlemismootorites kui ka turbiinides ning energiat saadakse rohkem kui bensiinist. Kui bensiini eripõlemissoojus õhus on umbes 44 MJ / kg, siis vesiniku puhul on see näitaja umbes 141 MJ / kg, mis on enam kui 3 korda suurem. Naftatooted on samuti mürgised.
Vesiniku ladustamine ja transportimine erilisi probleeme ei tekita, logistika sarnaneb propaani omaga, kuid vesinik on plahvatusohtlikum kui metaan, nii et siin on veel nüansse.
Vesiniku säilitamise lahendused on järgmised. Esimene võimalus on traditsiooniline kokkusurumine ja vedeldamine, kui vesiniku vedela oleku säilitamiseks on vaja tagada selle ülimadal temperatuur. See on kallis.
Teine viis on paljutõotavam — see põhineb mõne komposiitmetallist käsna (väga poorsed vanaadiumi, titaani ja raua sulamid) võimel vesinikku aktiivselt absorbeerida ja madalal kuumutamisel seda vabastada.
Juhtivad nafta- ja gaasiettevõtted nagu Enel ja BP arendavad täna aktiivselt vesinikenergiat.Mõned aastad tagasi käivitas itaallane Enel maailma esimese vesinikuelektrijaama, mis ei saasta atmosfääri ega eralda kasvuhoonegaase. Kuid peamine põlemispunkt selles suunas peitub järgmises küsimuses: kuidas muuta vesiniku tööstuslik tootmine odavamaks?
Probleem on selles vee elektrolüüs nõuab palju elektrit ja kui vesiniku tootmine käivitatakse just vee elektrolüüsi teel, siis ühe riigi majanduse jaoks on see vesiniku tööstusliku tootmise meetod väga kulukas: kolm korda, kui mitte neli korda. , naftasaaduste ekvivalentpõlemissoojuse osas.Lisaks saab tööstuslikus elektrolüsaatoris ühest ruutmeetrist elektroodidest saada maksimaalselt 5 kuupmeetrit gaasi tunnis. See on aeglane ja majanduslikult ebapraktiline.
Üks paljutõotavamaid viise vesiniku tootmiseks tööstuslikus mahus on plasmakeemiline meetod. Siin saadakse vesinikku odavamalt kui vee elektrolüüsil. Mittetasakaalulistes plasmatronites juhitakse elektrivool läbi ioniseeritud gaasi magnetväljas ja energia ülekandmise protsessis "kuumutatud" elektronidelt gaasi molekulidele toimub keemiline reaktsioon.
Gaasi temperatuur on vahemikus +300 kuni +1000 °C, samas kui vesiniku tootmiseni viiv reaktsioonikiirus on kõrgem kui elektrolüüsil. See meetod võimaldab saada vesinikku, mis osutub kaks korda (mitte kolm korda) kallimaks kui tavaline süsivesinikest saadav kütus.
Plasmakeemiline protsess toimub kahes etapis: esiteks laguneb süsihappegaas hapnikuks ja vingugaasiks, seejärel vingugaas reageerib veeauruga, mille tulemusena tekib vesinik ja sama süsihappegaas, mis oli alguses (seda ei tarbita, kui vaatate kogu silmuse teisendust).
Eksperimentaalses etapis on vesiniku plasmakeemiline tootmine vesiniksulfiidist, mis jääb gaasi- ja naftaväljade arendamisel kõikjal kahjulikuks tooteks. Pöörlev plasma lihtsalt paiskab väävlimolekulid reaktsioonitsoonist välja tsentrifugaaljõudude toimel ja vesiniksulfiidiks muutumise pöördreaktsioon on välistatud. See tehnoloogia võrdsustab traditsioonilist tüüpi fossiilkütustega toodetava vesiniku hinna, lisaks kaevandatakse paralleelselt väävlit.
Ja Jaapan on juba täna võtnud kasutusele vesinikuenergia praktilise arendamise. Kawasaki Heavy Industries ja Obayashi kavatsevad hakata Kobe linna toiteks kasutama vesinikuenergiat aastaks 2018. Nendest saavad teerajajad nende seas, kes hakkavad tegelikult kasutama vesinikku suuremahuliseks elektritootmiseks, praktiliselt ilma kahjulike heitmeteta.
Otse Kobesse rajatakse 1 MW vesinikuelektrijaam, kus see varustab elektriga rahvusvahelist konverentsikeskust ja töökontoreid 10 000 kohalikule elanikule. Ja jaamas vesinikust elektri tootmise käigus tekkivast soojusest saab kohalike majade ja büroohoonete tõhus küte.
Kawasaki Heavy Industriesi toodetud gaasiturbiinid ei varustata loomulikult puhta vesinikuga, vaid kütuseseguga, mis sisaldab vaid 20% vesinikku ja 80% maagaasi.Tehas tarbib 20 000 vesinikkütuseelemendiga sõidukit aastas, kuid see kogemus on algus suurele vesinikuenergia arendusele Jaapanis ja mujal.
Vesinikuvarusid hoiustatakse otse elektrijaama territooriumil ning isegi maavärina või muu looduskatastroofi korral on jaamas kütust, jaam ei katke elutähtsatest kommunikatsioonidest. Aastaks 2020 on Kobe sadamas infrastruktuur suuremate vesinikuimpordi jaoks, kuna Kawasaki Heavy Industries plaanib arendada Jaapanis suure vesinikuelektrijaamade võrgu.