Водород из воды для отопления видео: Вода горит, но есть нюансы

Водородная установка для отопления дома своими руками: пошаговая инструкция

Содержание:

1. Принцип работы водородного обогрева
2. Важные преимущества использования водородных генераторов
3. Можно ли сделать такую установку самостоятельно
4. Каково будущее этого направления альтернативной энергетики
5. Видео о водородных установках для отопления дома

Водородное отопление дома – альтернативный вариант, который может стать выгодной заменой привычным газовым и твердотопливным отопительным котлам. Как ясно из названия, в основе этого метода лежит использование водорода – уникального лёгкого газа, обладающего способностью вступать в химическую реакцию с кислородом с выделением тепла. Сегодня эта технология только начинает развиваться, но можно ожидать, что уже в недалеком будущем водородные генераторы займут важное место в мировой энергетике.

Принцип работы водородного обогрева

Водородная установка для отопления дома предполагает получение водорода путём расщепления воды. Для этой цели используется электрический заряд: в результате воздействия электротока вода распадается на кислород и водород, который, при соединении с воздухом может превратиться во взрывоопасное вещество.

Соединение атомов водорода и кислорода происходит с выделением огромного количества тепла – оно в десятки раз превосходит количество тепловой энергии, получаемой при сгорании органического топлива. Тепло прогревает воду в теплообменнике и позволяет отапливать дом.

Схема устройства водородного котла выглядит следующим образом:

• Ёмкость с топливом – водой. Топливом воду называть не вполне верно, так как она не сгорает, а разлагается на составляющие в результате электролиза. На неё воздействуют два электрода – катод и анод, которые подключаются к электросети.
• Двухступенчатый предохранительный блок. Водород через него попадает в камеру сгорания, где происходит каталитическая реакция с выделением тепла. Её результатом становится обычная вода: нет процесса горения, а значит, не будет никаких токсичных продуктов сгорания. Предохранительный блок позволяет сделать систему стабильной и безопасной.
• Теплообменник. Выделившееся в процессе реакции тепло прогревает теплоноситель, и он поступает в систему обогрева дома. С помощью такого метода можно отапливать даже здания большой площади, и при этом система будет очень эффективной.

Водородный генератор для отопления частного дома пока что многим кажется экзотикой, хотя именно такая техника сегодня активно применяется при разработке новых экологичных автомобилей. Поскольку водород является одним из самых распространённых веществ на земле, он является и самым доступным видом топлива, не требующим сложной добычи и переработки.

Важные преимущества использования водородных генераторов

Водородное отопление дома своими руками – мечта многих домовладельцев, которая сегодня может стать реальностью. Это возможность больше не зависеть от постоянно растущих цен на топливо, обеспечив независимую систему теплоснабжения, которая будет максимально эффективной.

Современные водородные генераторы имеют КПД до 95%, и ни одна современная система обогрева не может похвастаться такими же показателями. У них есть ещё несколько преимуществ:

1. Абсолютная экологичность. В отличие от дров, угля, нефти, бензина и других привычных видов топлива, водород не выделяет совершенно никаких токсичных веществ.

Фактически, в данном случае нет и самого процесса горения, а единственным результатом проведённой реакции становятся пары воды. В доме с таким отоплением не будет дыма, сажи, не нужно обустраивать дымоход и пользоваться прочими неудобными приспособлениями.

2. Поскольку нет пламени, водородная система является максимально пожаробезопасной. Но при этом нужно помнить, что водород в сочетании с кислородом превращается во взрывоопасную смесь, поэтому реакцию нужно держать под контролем.
3. Горелка для водорода для отопления дома работает совершенно бесшумно и не причиняет никаких неудобств жильцам. Процесс можно сделать практически бесконечным, так как не возникнет никаких проблем с получением топлива. Обустроив водородный котёл, можно забыть о таких проблемах, как покупка, доставка и хранение дров, получение разрешений для подключения газа, чистка дымоходов и топочных камер и т. д.

Есть ли недостатки у водородных котлов? Да, пока технология только продолжает развиваться, и пока что она не лишена некоторых минусов. В России пока что очень сложно найти и приобрести такое оборудование, а значит, при любых поломках будет крайне трудно найти запчасти.

Баллоны с водородом неудобны в транспортировке: при комнатной температуре он представляет собой очень лёгкий летучий газ, работать с которым не слишком удобно. Даже приобрести такое топливо в России пока что проблематично, а сделать камеру для электролиза воды своими руками не каждому по силам. Кроме того, самодельные установки могут быть небезопасными, так как нет гарантии, что реакция будет полностью контролируемой.

Однако все эти минусы в основном являются временными: постепенно человек найдёт способ быстро получать и легко транспортировать водород, чтобы использовать его для постоянного получения энергии в доме. Применение водородных установок постепенно расширяется, и из фантастической экзотики они превращаются в реальность. Однако пока нет примеров успешного применения генераторов для отопления в частных домохозяйствах: промышленные установки остаются слишком редкими и потому очень дорогими.

Можно ли сделать такую установку самостоятельно

Водородная установка для отопления дома своими руками пока что относится к области фантастики: до сих пор очень сложно найти постоянно работающую установку, которая бы полностью реализовывала свой потенциал. Проблема в том, что, для того чтобы разложить воду на смесь водорода и кислорода, приходится использовать электроэнергию, и эти затраты не окупаются количеством тепловой энергии, которое удаётся собрать. В промышленных технологиях такая проблема успешно решается, что подтверждает существование электромобилей, а в домашних условиях получить такую установку проблематично.

При определённых знаниях и навыках такой котёл можно попытаться смонтировать своими силами. Водородный генератор использует горение смеси водорода и кислорода с использованием катализаторов.

Нагрев горелки при этом может достигать 3000 градусов, поэтому нужно позаботиться о материалах, способных выдерживать столь высокие тепловые нагрузки. Основными элементами такой системы являются:

• Ёмкость с электролитом, в которой он будет разлагаться на водород и кислород. Чтобы получить максимальное количество газов, используются электроды большой площади, которые объединяются в ячейки. Полученные водород и кислород не требуется разделять.
• К крышке герметичной ёмкости подсоединяется штуцер, который должен будет отводить полученный газ Брауна – смесь водорода и кислорода. Это опасное горючее топливо, поэтому работу систему нужно будет тщательно контролировать.
• Штуцер присоединяется к горелке и теплообменнику, чтобы можно было получить достаточное количество тепла и предать его носителю.

На этом этапе возникают сложности, которые не позволяют собрать полностью работающий водородный обогреватель в домашних условиях, Во-первых, крайне сложно подготовить подходящий электролит. Для разложения не подходит чистая вода, в ней должно содержаться определённое количество солей, ускоряющих процесс. То есть электролит придётся готовить специально, а это дополнительные затраты.

Во-вторых, любой котёл отопления не может работать равномерно, поэтому придётся создать хранилище готового к использованию газа. В домашних условиях такие опыты просто опасны, так как любая неосторожность может привести к взрыву. В-третьих, несмотря на множество «домашних» разработок, пока что сложно найти действительно стабильно работающий образец.

Работа теплообменника требует постоянного поддержания уровня температуры и давления в системе, а домашние водородные установки его обеспечить не смогут. Эксперименты продолжаются, и на основе уже изученной технологии народные умельцы стараются собрать рабочие генераторы, которые будут достаточно стабильными, чтобы их можно было использовать для постоянного обогрева.

Каково будущее этого направления альтернативной энергетики

Сегодня человечество ведёт активный поиск новых источников энергии, которые смогут заменить стремительно истощающиеся запасы нефти, газа и угля. Водородное топливо является не только экологичным, но и практически неисчерпаемым – вода остаётся одним из самых распространённых веществ на земле. Альтернативная «зелёная» энергетика даст возможность защитить планету от вредных выбросов и тем самым избавить человечество от большинства экологических проблем.

Пока что водородная энергетика остаётся убыточной, и всё же её применение становится всё более широким. Экологичные автомобили без вредных выбросов получили распространение в Европе, очень скоро первые образцы начнут появляться в России. Основное направление на данный момент – не поиск альтернативного отопления, а создание новых двигателей, которые смогут заменить ДВС.

Привычные технологии постепенно уступят место новым разработкам, если человек найдёт решение и сможет повысить надёжность водородных генераторов. С учётом того, что технология развивается и совершенствуется быстро, можно ожидать, что переворот в энергетике произойдёт в ближайшие несколько десятилетий.

«Зеленый» водород погасит мировой энергетический кризис?

«Зеленая» водородная революция захлестывает страны Персидского залива. В 2021 году ОАЭ сообщили о строительстве первого в регионе завода по производству «зеленого» водорода. Саудовская компания ACWA Power почти завершила финансирование проекта по строительству завода по производству экологически чистого водорода стоимостью $5 млрд. Оман, обладающий меньшими запасами нефти, добыча которой обходится ему дороже, чем более крупным соседям, рассматривает возможность инвестирования $30 млрд в строительство крупнейшего в мире завода по производству экологически чистого водорода. Фактически в Омане была создана госкомпания, предлагающая льготные условия проектам по «зеленому» водороду в особых экономических зонах страны.

Как отмечает The Business Standard, эмиратская компания Masdar финансирует проект по производству «зеленого» водорода в Египте стоимостью $10млрд, строит проекты в области альтернативных и возобновляемых источников энергии в Азербайджане мощностью 4 ГВт, а также инвестирует в проект по производству «зеленого» водорода на северо-востоке Великобритании.

ACWA Power планирует вложить миллиарды долларов в проекты по производству «зеленого» водорода в Египте, Южной Африке и Таиланде. ОАЭ и Саудовская Аравия поставили перед собой цель к 2030 году занять 25% или более экспортного рынка торговли чистым водородом.

«Зеленый» водород называют следующей ступенью на пути к переходу от ископаемого топлива к возобновляемым источникам энергии. Его можно использовать не только для производства экологически нейтрального топлива, но и для обеспечения энергией секторов, в которых сложнее обеспечить декарбонизацию, таких как производство стали, авиация и судоходство.

«Зеленый» водород получают путем электролиза воды с использованием возобновляемых источников энергии, таких как энергия солнца или ветра. Этот процесс включает расщепление молекул воды на водород и кислород с использованием электричества, при этом кислород выбрасывается в атмосферу, а водород собирают и хранят для использования в качестве топлива.

Пока водород извлекается с использованием возобновляемых источников энергии, а не ископаемого топлива, он считается экологически чистым, так как при его производстве не образуется вредных парниковых газов. Водород также имеет гораздо более высокую плотность энергии, чем бензин и СПГ. Водородный автомобиль может проехать на килограмме водорода 100-131 км, в то время как килограмма бензина хватит только на 16 км.

Существует множество потенциальных применений «зеленого» водорода:

Транспорт: «зеленый» водород можно использовать в качестве топлива для таких транспортных средств, как автомобили, поезда и даже самолеты. Водород можно использовать в транспортных средствах на топливных элементах или же он использоваться в качестве топлива в обычном двигателе внутреннего сгорания. Поезд, работающий на водородных топливных элементах, уже начал перевозку пассажиров в Германии. К 2030 году Hyundai планирует производить 500 тысяч автомобилей на водородных топливных элементах в год. В нескольких европейских городах автомобили для сбора мусора уже работают на этой технологии.

Выработка электроэнергии: «зеленый» водород можно использовать для выработки электроэнергии с помощью газовой турбины или топливных элементов.

Отопление: «зеленый» водород также можно использовать для обогрева зданий и домов.

Промышленные процессы: «зеленый» водород может использоваться в различных промышленных процессах, таких как производство химикатов, металлов и цемента.

Сельское хозяйство: «зеленый» водород можно использовать для обеспечения работы сельскохозяйственной техники и производства удобрений.

Хранение: «зеленый» водород может обеспечивать хранение избыточной возобновляемой энергии.

Торговля: «зеленый» водород можно производить в странах с богатыми возобновляемыми источниками энергии, а затем экспортировать в страны, у которых таких ресурсов нет. В феврале 2022 года состоялась первая отгрузка сжиженного водорода из Австралии в Японию. Это стало большим шагом к созданию международного рынка водорода. Предполагается, что к 2030 году объем экспорта водорода может составить 12 млн тонн в год.

Однако в 2021 году было произведено лишь менее 1 млн тонн водорода с низким уровнем выбросов парниковых газов, причем практически весь этот объем был произведено с использованием технологий по улавливанию, утилизации и хранению углерода (CCUS).

Проблемы

Существует несколько проблем на пути широкого использования «зеленого» водорода в качестве источника энергии. Самая большая проблема — его стоимость. Производство «зеленого» водорода обходится дороже, чем производство водорода из ископаемого топлива.

Высокая стоимость производства водорода ограничивает его использование в промышленности. Например, многие предприятия не решаются переходить на «зеленый» водород, несмотря на то, что сталелитейная и химическая отрасли используют много водорода. В текущей рыночной ситуации более дорогие «зеленые» продукты конкурируют с более устоявшимися и менее дорогими «серыми» альтернативами, особенно в капиталоемких отраслях с небольшой нормой прибыли.

Для производителей обычного, «серого» водорода затраты сейчас составляют $3,30 за кг, в то время как с началом украинского кризиса «зеленый» водород стоил $3,80-5,80 за кг. Однако по мере совершенствования технологии ожидается, что стоимость будет снижаться.

Затраты на производство «зеленого» водорода должны упасть до уровня ниже $2 за кг к 2030 году, если инвестирование отрасли останется стабильным.

Пока отсутствует и инфраструктура для поддержки широкого использования «зеленого» водорода в качестве топлива: водородных заправочных станций, хранилищ водорода и транспортных средств, совместимых с водородом. Ее строительство также потребует значительных инвестиций.

Данные Комиссии по энергетическому переходу свидетельствуют, что глобальная декарбонизация посредством перехода на «зеленый» водород потребует порядка $15 трлн инвестиций к 2050 году. По данным комиссии, помимо 90 тысяч ТВт-ч, необходимых для декарбонизации в целом, к 2050 году производство «зеленого» водорода потребует увеличения поставок электроэнергии с нулевым выбросом углерода на 30 тысяч ТВт/ч. Для это будет необходимо порядка $15 трлн инвестиций к 2050 году (до $80 млн в год начиная с 2030х годов), не только для производства водорода, но и для электроснабжения, чтобы справиться со значительным ростом использования водорода.

Примерно 85% требуемых инвестиций будет направлено на производство электроэнергии, а 15% — на электролизеры, заводы по производству водорода, а также транспортную и складскую инфраструктуру. Одной из мер по сокращению затрат, которую, по мнению экспертов, стоит рассмотреть, является перепрофилирование газопроводов под водород. Это может сократить инвестиционные затраты на 50-80%.

Учитывая ограниченную емкость и высокую стоимость контейнеров со сжатым водородом, для произведенного водорода потребуются крупномасштабные подземные хранилища. Самый дешевый вариант — это хранение водорода в соляных кавернах, хотя для хранения 5% годового потребления водорода в 2050 году потребуется около 4 тысяч каверн «среднего» размера. Пока такая опция находится под знаком вопроса.

Кроме того, водород — это легковоспламеняющийся газ, и существуют опасения по поводу безопасности его хранения и транспортировки. Процесс производства «зеленого» водорода с помощью электролиза не является на 100% энергоэффективным, так как в процессе теряется часть энергии. Существующая технология работает с эффективностью 75% или менее (52,5 кВтч/кг). С другой стороны, есть новые технологии, такие как электролизер нового типа с капиллярным питанием Hysata с эффективностью до 95%. Хотя при сжигании «зеленого» водорода углекислый газ не образуется, при его производстве присутствуют некоторые выбросы, в основном в результате производства электроэнергии, используемой в процессе электролиза.

«Зеленый» водород также представляет значительные возможности для стран Глобального Юга, который скорее всего, выиграют от новых способов индустриализации. В Чили, например, были проведены тендеры на проект по производству первых 388 МВт «зеленого» водорода. Стратегия Колумбии в отношении «зеленого» водорода  включает в себя шаги, направленные на повышение как экспортных целей страны, так и ее способности поставлять водород для удовлетворения международного спроса. Колумбия также видит себя в качестве потенциального логистического центра в Карибском бассейне.

Из-за глобального энергетического кризиса Бангладеш также начал уделять больше внимания «зеленой» энергетике. Бангладешский совет научных и промышленных исследований уже работает над строительством первого в стране завода по производству водородного топлива. Используя такие методы производства водорода как газификация биомассы и электролиз воды, завод будет производить водород из муниципального мусора и воды. Один блок станции был уже установлен, и строительство второго идет полным ходом. Когда обе установки заработают, завод будут производить около 5,8 кг водородного топлива в день. При непрерывной работе завода объем может достигать 29 кг. В конце октября 2022 года министр энергетики и минеральных ресурсов Насрул Хамид объявил, что Бангладеш собирается развивать водородную энергетику для решения проблемы с электроэнергией.

Что такое зеленый водород по сравнению с синим водородом и почему это важно

Логотип Linde AG на автоцистерне с жидким водородом, доставляющей топливо на водородный завод Linde в Лойне, Германия, во вторник, 14 июля 2020 г.

Рольф Шультен | Блумберг | Getty Images

Водород — простейший элемент и самое распространенное вещество во Вселенной.

При сгорании водорода выделяется энергия в виде тепла, а побочным продуктом является вода. Это означает, что энергия, полученная из водорода, не генерирует углекислого газа, нагревающего атмосферу, что делает его одним из многих потенциальных источников энергии, которые могут помочь сократить выбросы углерода и замедлить глобальное потепление.

Но для создания водорода и преобразования его в полезный формат требуется энергия, и эта энергия не обязательно возобновляема. Этот процесс также неэффективен и дорог по сравнению с другими формами энергии, возобновляемыми или нет. Многие критики говорят, что водородная промышленность — это способ для нефтяных и газовых гигантов затормозить внедрение чистых возобновляемых источников энергии, таких как солнце и ветер, давая им «зеленое» покрытие, сохраняя при этом спрос на их продукцию.

Несмотря на дебаты, компании и правительство США в равной степени продвигают дальнейшее развитие водородной промышленности.

«В своих кругосветных путешествиях я не могу назвать ни одной страны, которая не выражала бы энтузиазма по поводу водорода», — сказал Джон Керри, специальный посланник президента по климату, на саммите Министерства энергетики США по водородным выбросам в августе прошлого года. «От Саудовской Аравии до Индии, от Германии до Японии мы создаем партнерства по водороду по всему миру для продвижения этой критически важной технологии, которая, как понимает каждая страна, может сыграть жизненно важную роль в переходе к чистой энергии».

Водород может превратиться в многотриллионный мировой рынок, сказал Керри, хотя и предупредил, что Китай хочет доминировать на нем.

28 августа 2021 г., Бранденбург, Пренцлау: Резервуар с водородом расположен на гибридной электростанции Enertrag в Бранденбурге. На гибридной электростанции Enertrag зеленый водород производится из энергии ветра и подается в газовую сеть.

Фото Фабиана Соммера/picture Alliance через Getty Images

Что такое зеленый водород, синий водород и так далее?

Производство водорода требует энергии, потому что атомы водорода не существуют сами по себе — они почти всегда связаны с другим атомом, часто с другим элементом. (На Земле водород особенно распространен в форме воды, или h3O. ) Для создания чистого водорода необходимо разорвать эти молекулярные связи.

В энергетическом бизнесе люди обозначают водород множеством цветов, как сокращением того, как он был создан.

Одним из способов получения водорода является процесс, называемый электролизом, когда электричество проходит через вещество, чтобы вызвать химическое изменение — в данном случае, расщепление H3O на водород и кислород.

Зеленый водород — это когда энергия, используемая для электролиза, поступает из возобновляемых источников, таких как ветер, вода или солнце.

смотреть сейчас

Синий водород — это водород, полученный из природного газа в процессе паровой конверсии метана, при которой природный газ смешивают с очень горячим паром и катализатором. Происходит химическая реакция с образованием водорода и угарного газа. К этой смеси добавляется вода, превращающая монооксид углерода в диоксид углерода и еще больше водорода. Если выбросы углекислого газа затем улавливаются и хранятся под землей, процесс считается углеродно-нейтральным, а полученный водород называют «голубым водородом».

Но есть некоторые разногласия по поводу голубого водорода, потому что добыча природного газа неизбежно приводит к выбросам метана в результате так называемых летучих утечек, то есть утечек метана в процессе бурения, добычи и транспортировки.

Метан не задерживается в атмосфере так долго, как углекислый газ, но он гораздо более опасен как парниковый газ. По данным Международного энергетического агентства, через 100 лет одна тонна метана может считаться эквивалентной 28–36 тоннам углекислого газа.

Серый водород производится путем риформинга природного газа, аналогичного голубому водороду, но без каких-либо усилий по улавливанию побочных продуктов двуокиси углерода.

Розовый водород — это водород, полученный с помощью электролиза, работающего на ядерной энергии, который не производит выбросов углекислого газа. (Хотя ядерная энергия создает радиоактивные отходы, которые должны безопасно храниться в течение тысяч лет.)

Желтый водород — это водород, полученный электролизом из энергосистемы. Выбросы углерода сильно различаются в зависимости от источников, питающих сеть.

Бирюзовый водород — это водород, полученный в результате пиролиза метана или расщепления метана на водород и твердый углерод при нагревании в реакторах или доменных печах. Бирюзовый водород все еще находится на начальной стадии коммерциализации, и его ценность для климата зависит от питания пиролиза чистой энергией и хранения физического углерода.

Цветовая система несколько упрощена и нуждается в обновлении и уточнении, сказал Дэрил Уилсон, исполнительный директор коалиции Совета по водороду, организации генеральных директоров отрасли.

«Цветовая схема бесполезна в том смысле, что она не достигает ключевого момента, а именно экологических характеристик производимого водорода», — сказал Уилсон CNBC. «Ключевой вопрос заключается в том, что должна быть методология для отслеживания и объявления удельной интенсивности CO² любого водорода, с которым вы работаете».

Сторонники говорят, что водород универсален, но дорог

Водород уже является ключевым компонентом химических промышленных процессов и сталелитейной промышленности. Поэтому создание чистого водорода для использования в этих промышленных процессах имеет решающее значение для сокращения выбросов углерода, говорит Джейк Стоунс из исследовательской фирмы Independent Commodity Intelligence Services (ICIS).

По словам Суниты Сатьяпал, ответственной за технологию водородных топливных элементов в Министерстве энергетики, большим преимуществом водорода как источника энергии является его универсальность.

«Его часто называют швейцарским армейским ножом энергии», — говорит она.

По словам Стоунза, чистый водород будет полезен для обезуглероживания промышленных тяжелых транспортных средств, таких как грузовики, большие промышленные суда и самолеты.

Это менее интересно для небольших потребительских автомобилей, поскольку автомобили с батарейным питанием внедряются гораздо охотнее. Но для более крупных транспортных средств требуются батареи большего размера, что увеличивает их вес, что, в свою очередь, увеличивает потребление энергии. Водород может решить эту загадку.

Водород также можно использовать для хранения энергии из прерывистых возобновляемых источников, которые прерывисты — солнце не всегда светит и ветер не всегда дует. Вместо этого коммунальные предприятия могут преобразовывать избыточную энергию в водород, а затем использовать его для получения энергии в качестве альтернативы аккумуляторным батареям.

Водород «может храниться под землей так долго, как это необходимо, почти так же, как природный газ, и на сезонной основе», — сказал Стоунз CNBC.

Автомобиль с водородным двигателем во время заправки на недавно открытой водородной заправочной станции, управляемой Saudi Aramco, в Центре новых технологий Air Products в Дахране, Саудовская Аравия, в воскресенье, 27 июня 2021 г. голубой водород по мере того, как мир отказывается от более грязных форм энергии, но сказал, что потребуется по крайней мере до конца этого десятилетия, прежде чем будет разработан глобальный рынок топлива.

Фотограф: Майя Сиддики/Bloomberg через Getty Images: Bloomberg | Блумберг | Getty Images

Основным недостатком водорода является его дороговизна. По словам Сатьяпала, производство водорода из природного газа стоит около 1,50 доллара за килограмм. Чистый водород стоит около 5 долларов за килограмм.

В июне прошлого года Министерство энергетики запустило программу под названием Hydrogen Shot, целью которой является снижение стоимости чистого водорода до 1 доллара США за килограмм за одно десятилетие.

Снижение цен на чистый водород «было бы огромным шагом на пути к решению проблемы изменения климата», заявил миллиардер Билл Гейтс, основатель Breakthrough Energy Ventures, на саммите Министерства энергетики по водородным выбросам. «Цель сократить премию на 80 процентов — фантастическая и амбициозная цель», — сказал он.

Министерство энергетики видит три основных пути снижения стоимости чистого водорода примерно с 5 долларов за килограмм до 1 доллара:

• Повышение эффективности, долговечности и объема производства электролизеров.
• Улучшение пиролиза, при котором образуется твердый углерод, а не двуокись углерода в качестве побочного продукта, сказал Сатьяпал.
• «Расширенные пути», что является своего рода универсальным для экспериментальных технологий. Одним из примеров является фотоэлектрохимический подход (PEC), при котором солнечный свет и специальные полупроводники используются для разложения воды на солнечный свет и водород.

Скептики говорят, что это неэффективно и непрактично

Хотя зеленый водород может иметь решающее значение для обезуглероживания тяжелой промышленности, двигателей кораблей и самолетов и, возможно, для хранения энергии, его более широкое использование в качестве источника энергии неэффективно, говорит Роберт У. Ховарт. , профессор экологии и биологии окружающей среды Корнельского университета.

Ховарт является одним из 22 членов Нью-Йоркского совета действий по борьбе с изменением климата, группы, которой поручено разработать план реализации закона, предписывающего план декарбонизации Нью-Йорка. Летом 2020 года заинтересованные стороны газовой отрасли предложили использовать голубой водород в существующей инфраструктуре газопровода для обогрева домов.

Но профессор Ховарт и Стэнфорд Марк Джейкобсон в августе опубликовал исследовательскую работу, доказывающую, что это была плохая идея.

«Суть в том, что синий водород имеет огромные выбросы и не может использоваться, кроме как в небольших количествах в существующей газовой системе», — сказал Ховарт CNBC. «Гораздо дешевле вместо этого перейти на электрические тепловые насосы для отопления».

Другие критики говорят, что проблемы с водородом более фундаментальны.

Процесс производства водорода, его сжатия, а затем превращения этого сжатого водорода обратно в электричество или механическую энергию крайне неэффективен, по словам Пола Мартина, эксперта по разработке химических процессов и члена Коалиции по водородным наукам.

«Можно смириться с массой проблем с аккумулятором, потому что каждый вложенный джоуль возвращает 90% его. Это очень здорово», — сказал Мартин CNBC. При производстве и хранении водорода вы получаете только 37% энергии. «Значит, 63% энергии, о которой вы сказали, теряется. И это в лучшем случае».

Но идея использовать водород в качестве топлива — фальшивка, сказал Мартин, который называет себя пожизненным защитником окружающей среды.

«Люди, которые действительно стоят за этим водородным толчком, — это индустрия ископаемого топлива, потому что без него, что они собираются делать? Промышленность ископаемого топлива без ископаемого топлива — это в основном бизнес нефтехимии и материалов, который составляет около 25% текущего бизнеса».

Тем не менее, Мартин считает, что стремление к зеленому водороду важно для всех других его применений, таких как промышленные процессы и процесс Габера-Боша, который преобразует водород и азот в аммиак для использования в удобрениях. Процессу Габера-Боша приписывают значительное увеличение производства продуктов питания и помощь в продовольствии стремительно растущего населения Земли за последние 100 лет.

«Я не хочу, чтобы люди думали, что я против водорода. Я думаю, что производство зеленого водорода очень важно», — сказал Мартин.

«Но также очень важно использовать его для правильных вещей, а не для глупостей.»

смотреть сейчас

MotorWeek Fuel Cell Video | Департамент энергетики

Текстовая версия

Ведущий MotorWeek: Появление таких автомобилей, как Nissan Leaf и Chevrolet Volt, в последнее время вызвало большой ажиотаж вокруг электромобилей. Но водородные топливные элементы, которые многие считают одним из самых многообещающих долгосрочных решений для экологически чистого вождения, также внедряются в новые автомобили.

Однако развитие водородных технологий не ограничивается автомобилестроением. И на самом деле, некоторые из самых интересных исследований топливных элементов связаны с луком и пивом.

Водород — простейший элемент и самый распространенный газ во Вселенной. Поскольку его можно производить из легкодоступных бытовых источников, включая природный газ, биомассу и даже воду, а благодаря низким выбросам он является привлекательной альтернативой сжиганию бензина или дизельного топлива.

General Motors, Mercedes Benz, Honda и другие продолжают лидировать в разработке электромобилей на водородных топливных элементах. И у некоторых уже есть FCEV на дороге. Mazda продемонстрировала двухтопливный спортивный автомобиль RX-8, модифицированный для работы на газообразном водороде или бензине одним щелчком переключателя.

Однако, несмотря на эти достижения, до широкого использования водорода в наших легковых и грузовых автомобилях осталось еще несколько лет, но технология топливных элементов уже стала реальностью, и такие приложения, как специальные автомобили, вспомогательные источники энергии, резервные генераторы энергии и для подачи электроэнергии и тепла для зданий и складских операций, таких как массивные распределительные объекты оборонного логистического агентства, для работы в помещении требуется решение, не загрязняющее окружающую среду.

Здесь испытательный парк электрических вилочных погрузчиков на водородных топливных элементах работает вместе со своими стандартными электрическими аналогами на батареях.

Вместо того, чтобы менять аккумуляторные блоки, когда их заряд истощается, эти чистые грузоподъемные машины могут заправляться водородом прямо внутри здания в кратчайшие сроки.

Стационарные топливные элементы могут обеспечить высоконадежное независимое от сети электроснабжение зданий и более длительное резервное или аварийное питание по сравнению с батареями.

Помимо производства одного из лучших сортов пива в Америке, пивоварня Sierra Nevada Brewery установила одно из крупнейших в стране энергоустановок на топливных элементах. Их четыре 250-ваттных агрегата обеспечивают электроэнергией пивоварню, а отработанное тепло от топливных элементов улавливается и также используется в процессе пивоварения.

Чери Честейн, Пивоварня Sierra Nevada: топливные элементы очень, очень хороши в приложениях, где вам нужно электричество и когда вам нужно тепло 24/7, 365 дней в году. Топливные элементы производят около 50% нашей потребности в энергии, и они поступают прямо сюда, на пивоварню, для всего, для чего нам нужна энергия.

Будь то пивоварение, розлив, ферментация. Все, для чего нам нужно электричество.

Организатор MotorWeek: Компания Gill’s Onions в Окснарде, Калифорния, разработала отмеченный наградами проект по переработке отходов в энергию. 100% их луковых отходов, до 300 000 фунтов в день, преобразуется в биогаз для производства водорода, который, в свою очередь, питает пару топливных элементов мощностью 300 киловатт. Их счет за электричество сократился на 700 000 долларов в год. А дополнительная экономия на окружающей среде была достигнута за счет устранения необходимости вывозить тонны отходов лука.

Еще одним новым применением топливных элементов являются вспомогательные силовые установки для больших буровых установок. Топливные элементы легко масштабируются, чтобы соответствовать этому приложению, и использование топливных элементов для обеспечения электроэнергией спального отсека отеля имеет очевидные экологические преимущества. Система Delphi Solid Oxide производит водород для топливных элементов из бортового дизельного топлива грузовиков путем окисления, а не сжигания топлива, что снижает потребление и выбросы по сравнению с работой на холостом ходу.

Здесь, в Национальном центре ветровых технологий, входящем в состав Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии в Боулдере, штат Колорадо, ветряные турбины производят энергию, необходимую для извлечения водорода из воды.

Кевин Харрисон, Национальный центр ветровых технологий: Ветряные турбины меняются естественным образом. Они производят энергию 80% своей жизни, но всегда не на полную мощность. Что хорошего в водороде и гибкости водорода, так это то, что мы можем использовать энергию и ветер для производства водорода, хранить его на потом и использовать, когда он нам больше всего нужен.

Организатор MotorWeek: Водород производится и хранится на месте и используется для питания пары маршрутных автобусов для сотрудников и VIP-персон. Эти автобусы, работающие на водороде, на 25% эффективнее аналогичных фургонов, работающих на газе.

Научный центр Коннектикута использует топливный элемент мощностью 200 киловатт для производства всей необходимой энергии и даже для продажи некоторого количества электроэнергии обратно в сеть. И в соответствии со своей образовательной миссией топливный элемент музея стал рабочей частью выставочной галереи их энергетического города и покрыт описательной графикой, объясняющей технологию.

Все эти краткосрочные приложения являются важными вехами в развитии и коммерциализации технологий водорода и топливных элементов и стимулируют спрос на национальную инфраструктуру водородного топлива, так же как использование топливных элементов в других странах расширяется. В Японии уже есть 5000 топливных элементов для электричества, тепла и горячего водоснабжения в домах. А Южная Корея рассчитывает создать в ближайшие годы полмиллиона новых рабочих мест только для индустрии топливных элементов.

Перспективы транспортных средств, работающих на водороде, еще предстоит полностью реализовать, но, как мы видели, эти разнообразные неавтомобильные развертывания топливных элементов доказывают жизнеспособность технологии и указывают путь к нашему будущему устойчивого экологически чистого вождения.