عصري تقنيات الإنتاج الصناعي للهيدروجينللأسف عيوبها. في جميع الحالات تقريبًا ، يتم إنتاج الهيدروجين عن طريق إعادة التشكيل بالبخار: التحلل التحفيزي للميثان باستخدام البخار. ومع ذلك ، فإن طريقة الحصول على الهيدروجين هذه تستهلك الكثير من الطاقة وتؤدي أيضًا إلى تكوين ثاني أكسيد الكربون بكمية كبيرة إلى حد ما. في الوقت الحاضر ، تعد مساهمتها في زيادة تركيز غازات الدفيئة في الغلاف الجوي صغيرة نسبيًا ، ولكن عند استخدام الإصلاح البخاري لتلبية احتياجات اقتصاد الهيدروجين ، فإنه سيزداد بعشرات ، إن لم يكن مئات المرات. سوف يتطلب الأمر حوالي 150 مليون طن من الهيدروجين كل عام لتحويل المركبات في الولايات المتحدة فقط إلى وقود الهيدروجين. هذا هو 15 مرة أكثر من إنتاج الهيدروجين في الولايات المتحدة.
لن تساعد مثل هذه الاستراتيجية البشرية بأي حال من الأحوال على إبطاء وتيرة الاحتباس الحراري. تكلفة كل سعر حراري من الطاقة الحرارية المستخرجة من الهيدروجين بهذه الطريقة اليوم أعلى 3-4 مرات من تكلفة السعرات الحرارية التي يتم الحصول عليها عن طريق حرق البنزين - وهذا على الرغم من حقيقة أن الإصلاح هو أرخص تقنية لإنتاج هذا الغاز. بالإضافة إلى ذلك ، الميثان الطبيعي نفسه هو الوقود العضوي الأكثر صداقة للبيئة ، لذا فإن استخدامه لإنتاج كميات كبيرة من الهيدروجين سيكون غير منطقي.
يمكن أيضًا إنتاج الهيدروجين من الفحم ، والذي يجب تحويله إلى غاز أولاً. تمنع هذه العملية الكبريت الموجود في الفحم والشوائب السامة الأخرى من الدخول إلى الغلاف الجوي ، والتي يمكن ترشيحها مسبقًا. ومع ذلك ، فإن كل هذه العمليات كثيفة الاستخدام للطاقة وتنتج أيضًا ثاني أكسيد الكربون كمنتج ثانوي. بالإضافة إلى ذلك ، رواسب الفحم ليست بلا حدود. تظهر الحسابات أن اقتصاد الهيدروجين المعتمد على الفحم يمكن أن يؤدي إلى نضوب جميع رواسب الفحم في الولايات المتحدة في أقل من 75 عامًا. سيؤدي استخدام الكتلة الحيوية النباتية كمواد وسيطة مرة أخرى إلى زيادة معدل تراكم ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، علاوة على ذلك ، سيزيد بشكل حاد من الحمل على تربة الكوكب ، مما قد يؤدي إلى تدهورها.
يمكن أن يكون الماء أفضل مادة خام لإنتاج وقود الهيدروجين. في السنوات الأخيرة ، تم تطوير تقنيات تجريبية للتقسيم التحفيزي لبخار الماء في مفاعلات كيميائية عالية الحرارة في عدد من البلدان. في المجموع ، هناك أكثر من مائة دورة تحفيز من هذا النوع معروفة الآن. ومع ذلك ، تتطلب كل هذه العمليات تسخين الكواشف إلى درجات حرارة تصل إلى 800-1000 درجة ، وبالتالي ، في التطبيق الشامل ، فإنها تسبب مشاكل أكثر مما تحل.
هناك أيضًا طريقة لتقسيم الماء ، مثل تفككه بمساعدة الكهرباء - التحليل الكهربائي. من وجهة نظر بيئية ، تعتبر طريقة إنتاج الهيدروجين هذه مثالية ، ولكن بشرط أن يكون من الممكن إيجاد مثل هذه الأساليب لتوليد الكهرباء التي لا تؤدي إلى انبعاثات غازات الاحتباس الحراري وأنواع أخرى من التلوث البيئي ولن تتطلب التخلص من النويدات المشعة عالية النشاط المتولدة أثناء تشغيل المفاعلات النووية.
يمكن أن تصبح محطات الطاقة الحرارية النووية مصدرًا غير محدود تقريبًا للطاقة الرخيصة والنظيفة ، لكنها موجودة حتى الآن من الناحية النظرية فقط. يمكن أيضًا إنتاج الكهرباء الصديقة للبيئة في التركيبات الشمسية ، ويفضل أن يكون ذلك على الخلايا الكهروضوئية شبه الموصلة ، ولكنها مكلفة للغاية ومن غير المرجح أن تصبح أرخص بشكل خطير في المستقبل المنظور.
في عدد من البلدان ، يتم إيلاء اهتمام جدي لاستخدام طاقة الرياح. ومع ذلك ، لا يزال الأمر يستغرق وقتًا للكهرباء التي يتم الحصول عليها بهذه الطريقة لتكون قادرة على التنافس مع أنواع أخرى من الطاقة بسعر التكلفة.
يعلق بعض الخبراء أخطر الآمال على علم الأحياء الدقيقة وعلم الجينوم. على كوكبنا ، توجد كائنات وحيدة الخلية تمتص ثاني أكسيد الكربون والماء وأشعة الشمس وتطلق الأكسجين والهيدروجين. تحدث هذه العمليات بمشاركة العديد من الإنزيمات ، والتي يتم الآن دراستها بشكل مكثف. في عام 2007 ، أعلنت جامعة بنسلفانيا عن تقنية لإنتاج وقود الهيدروجين من نفايات الطعام (انظر إنتاج وقود الهيدروجين من نفايات الطعام). من الممكن أنه بمرور الوقت ، سيتم تطبيق نظائرها المحسّنة في النطاق الصناعي. لا تستطيع مثل هذه الأنظمة إنتاج الأكسجين والهيدروجين فحسب ، بل يمكنها أيضًا استخدام ثاني أكسيد الكربون ، والتي ستكون ذات فائدة إضافية. ومع ذلك ، بدأت هذه الدراسات مؤخرًا نسبيًا ، ولا تزال قيمتها العملية موضع شك.
وفقًا لـ Washington ProFile
HYDROGEN ENERGY ، مجال طاقة يعتمد على استخدام الهيدروجين كناقل للطاقة. يشمل موضوع طاقة الهيدروجين بشكل أساسي تطوير وتحسين طرق إنتاج الهيدروجين ، بما في ذلك من الماء والمواد الخام الهيدروكربونية الطبيعية ، وطرق استخدام الهيدروجين ، ولا سيما في خلايا الوقود ، وطرق تخزينه ونقله ، وكذلك طرق ضمان السلامة أثناء التشغيل والتخزين والنقل الهيدروجين.
في طاقة الهيدروجين ، يحدث توليد الطاقة الكهربائية أو الحرارية أو الميكانيكية بسبب طاقة عملية أكسدة ناقل طاقة ثانوي - الهيدروجين مع الأكسجين الجوي عند درجات حرارة أقل من 1000 درجة مئوية أو حوالي 1000 درجة مئوية وفقًا للمخطط: H 2 + 1/2 O 2 → H 2 O. في هذه الحالة ، يتم إطلاق الحرارة - حوالي 3 كيلو واط في الساعة لكل 1 متر مكعب من الهيدروجين (مع الأخذ في الاعتبار تكثيف بخار الماء ، حوالي 3.5 كيلو واط في الساعة / م 3). بالتفاعل مع الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي ، ينتج الهيدروجين الماء فقط ، وبالتالي فهو الأكثر ملاءمة للبيئة من بين ناقلات الطاقة الكيميائية المعروفة. عند درجات حرارة التشغيل لأكسدة H 2 في خلية كهروكيميائية خلية الوقودلا تحدث أكسدة النيتروجين في الهواء ، والتي تحدد أيضًا السلامة البيئية.
الحصول على الهيدروجين. الطريقة التقليدية للحصول على كميات صغيرة نسبيًا من H2 هي التحليل الكهربائي للماء. يتميز التحليل الكهربائي القلوي المائي باستهلاك مرتفع نسبيًا للطاقة (حوالي 4.5-5.5 كيلو واط ساعة / م 3) ، وإنتاجية محددة منخفضة - كثافة التيار الكهربائي 0.2-0.3 أ / سم 2 ، نسبة عالية من الشوائب في المنتج.
الأكثر تقدمًا هي التحليل الكهربائي للبوليمر الصلب (TPE) والتحليل الكهربائي بدرجة الحرارة العالية (HTE). في TPE ، يتم لعب دور الإلكتروليت بواسطة بوليمر موصل الكاتيونات ، على سبيل المثال ، على أساس رباعي فلورو إيثيلين الكبريت. يتم نقل أيون الهيدروكسونيوم H 3 0 + من خلال غشاء الانتشار ، ويتم إطلاق الهيدروجين عند الكاثود ، ويتم إطلاق الأكسجين عند الأنود. استهلاك الطاقة للطريقة هو -3.7-3.9 كيلو واط ساعة / م 3 ، والإنتاجية المحددة حوالي 1.2 ألف / سم 2 ؛ إن وجود غشاء يجعل من الممكن الحصول على H 2 بدرجة نقاء عالية (أقل من 0.001٪ شوائب). في TPE ، يمكن الحصول على الهيدروجين بضغط 3-5 ميجا باسكال ، مما يسهل ضغطه.
مع VTE ، تكون درجة حرارة التشغيل 800-1000 درجة مئوية ؛ المنحل بالكهرباء عبارة عن سيراميك يعتمد على أكسيد الزركونيوم ZrO 2 المثبت بأكسيد الإيتريوم Y 2 O 3 أو أكسيد الكالسيوم CaO ؛ يتم تحقيق الموصلية الكهربائية عن طريق نقل O 2 - الأنيون. عند درجة حرارة 1000 درجة مئوية ، يكون استهلاك الطاقة 3.0-3.2 كيلو واط ساعة / م 3 ، والإنتاجية المحددة حوالي 0.4 ألف / سم 2. عيب VTE هو ارتفاع درجة حرارة منطقة عمل الجهاز. أكثر الأمور الواعدة هو استخدام WFE مع مفاعل نووي عالي الحرارة كمصدر للطاقة.
من أجل خفض درجة حرارة منطقة العمل ، تم اقتراح العديد من المراحل المتعددة - التي تمثل مجموعة من التفاعلات المتسلسلة - دورات إنتاج الهيدروجين: دورات كيميائية حرارية من اليود والكبريت وحمض الكبريتيك ، ودورة التحفيز الحراري لكبريتيد الهيدروجين ، والتحليل الكهروضوئي للماء باستخدام الطاقة الشمسية ، إلخ. ومع ذلك ، فإن تعدد المراحل يقلل من كفاءة النظام ككل ويزيد من تعقيد التصميم التكنولوجي.
أحد البدائل للتحليل الكهربائي هو إنتاج H 2 من ناقلات الطاقة المحتوية على الكربون: الغاز الطبيعي القابل للاحتراق والميثانول والبنزين والكيروسين والهيدروكربونات الأخرى من النفط والفحم. تتمثل مزايا الطريقة في استهلاك أقل للطاقة مقارنة بالتحليل الكهربائي للماء ، وبالتالي انخفاض تكلفة المنتج الناتج (2-3 مرات). ومع ذلك ، فإن العملية متعددة المراحل وتتطلب مرحلة تنقية الهيدروجين من ثاني أكسيد الكربون المتكون في العديد من الدورات ، وكذلك من الشوائب غير المتفاعلة CO ، و CH 4 ، و H 2 O ، وما إلى ذلك. تستخدم. كما أن هناك حاجة لاستخدام ثاني أكسيد الكربون.
يتم تحقيق أكثر من 90٪ من إنتاج الهيدروجين في عمليات تحويل الهيدروكربونات الخفيفة للغاز الطبيعي. الطرق الرئيسية لإنتاج الهيدروجين من الميثان هي: الانحلال الحراري لـ CH 4 → 2H 2 + C ؛ إعادة تشكيل البخار أو إعادة تشكيله CH 4 → 2H 2 + C ؛ إعادة تشكيل البخار أو إعادة تشكيله CH 4 + H 2 O → 3H 2 + CO (يخضع أول أكسيد الكربون الناتج أيضًا للتحويل CO + H 2 O → H 2 + CO 2) ؛ ثاني أكسيد الكربون ، أو التحويل "الجاف" لـ CH 4 + CO 2 → 2H 2 + 2CO ؛ تحويل البخار والأكسجين CH 4 + (1 -δ) Η 2 O + 1/2 δO 2 → (3-δ) Η 2 + CO ؛ أكسدة جزئية لـ CH 4 + 1/2 O 2 → 2H 2 + CO.
عملية الأكسدة الجزئية طاردة للحرارة. تعتبر بقية العمليات المدرجة ماصة للحرارة ، وعادة ما يتم إجراؤها في متغير حراري ، وتتميز بإنتاجية نوعية منخفضة نسبيًا. يتم إجراء الأكسدة الجزئية بشكل أساسي في الوضع التحفيزي الذاتي عند درجات حرارة 800-900 درجة مئوية باستخدام المحفزات (Rh ، Ni على اكسيد الالمونيوم ، بيروفسكايت) مع وقت تلامس قصير (أقل من 0.1 ثانية) ؛ تتميز بإنتاجية نوعية عالية جدا. يمكن تنفيذ العملية بدون محفز عند درجات حرارة تزيد عن 1200 درجة مئوية على مرحلتين: في المرحلة الأولى ، يتم الحصول على غاز تخليقي ، وفي المرحلة الثانية ، طاردة للحرارة ، يحدث تحويل ثاني أكسيد الكربون. أكبر إنتاج على نطاق واسع لـ H 2 هو إعادة تشكيل غاز الميثان بالبخار.
في البتروكيماويات وتكرير النفط ، يتم استخدام الهيدروجين ، الذي يتم الحصول عليه في عملية الإصلاح التحفيزي (أروماتة) لهيدروكربونات C 6 -C 7 ، على سبيل المثال: n-C 6 H 14 → C 6 H 6 + 4H 2.
مع استنفاد احتياطيات النفط والغاز الطبيعي ، من الواعد استخدام العملية الماصة للحرارة لتحويل الفحم بالبخار: C + H 2 O → H 2 + CO.
تمت دراسة ظاهرة التحويل التحفيزي للبلازما للهيدروكربونات ، والتي يتم فيها تسريع عمليات التحويل بسبب الخصائص التحفيزية لمرحلة البلازما ، (1996-2004). في الوقت نفسه ، يتم تخفيض تكاليف الطاقة بشكل حاد (حتى 0.15-0.10 كيلو واط ساعة / م 3) ؛ تتميز الطريقة بإنتاجية عالية محددة وسلامة بيئية ، ولا تتطلب استخدام محفزات تقليدية.
لإنتاج الهيدروجين ، يتم استخدام التقنيات الحيوية: تخمير الكتلة الخضراء للنباتات ، والعمليات التي تستخدم البكتيريا المنتجة للهيدروجين وبعض أنواع الطحالب. تتميز طرق التكنولوجيا الحيوية بإنتاجية محددة منخفضة وتتطلب استخدام معدات تكنولوجية ضخمة.
وفقًا لطريقة تنظيم إمداد الطاقة ، يتم تقسيم أنظمة إنتاج H2 إلى فئتين: أنظمة إمداد الطاقة الأساسية (بسبب حرارة احتراق المواد الخام الهيدروكربونية ، والحرارة الصادرة عن مفاعل نووي ، بسبب إمداد الطاقة من طاقة مركزية الشبكة ، وما إلى ذلك) والأنظمة المستقلة التي تستخدم مصادر الطاقة الأولية المتجددة (الطاقة الشمسية ، وطاقة الرياح ، والمد والجزر ، والطاقة المائية ، والطاقة الحرارية الأرضية). يجب أن يشتمل النظام المستقل على: محول الطاقة الأولية إلى طاقة كهربائية ، ووحدة توليد H 2 ، وبطارية H 2 وخلية وقود تحول الطاقة الكيميائية لأكسدة الهيدروجين إلى طاقة كهربائية.
يُستهلك الهيدروجين المنتج في بداية القرن الحادي والعشرين في العالم - حوالي 50 مليون طن / سنة - بشكل أساسي في تكرير النفط (لتكرير النفط) وفي أكبر الصناعات الكيميائية (إنتاج الأمونيا والميثانول). مع إدراك إمكانية استخدام الهيدروجين كوقود صديق للبيئة للنقل ، يمكن أن يزداد حجم إنتاج الهيدروجين عدة مرات.
تخزين ونقل الهيدروجين.لتخزين H 2 ، يتم استخدام أنظمة الهيدريد (على أساس هيدرات المعادن والمركبات بين المعادن ، انظر المقالة بطاريات الهيدروجين) ، والتي من أجلها يتم استخدام رقم العرض α ، الذي يُعرّف على أنه نسبة كتلة H 2 الممتصة إلى كتلة "الخزان" "(بالنسبة المئوية) ، لا يزيد عن 2-3 أو أسطوانات ؛ للأخيرة α = 10-12 عند تخزين H 2 تحت ضغط يصل إلى 30-40 ميجا باسكال. يتم استخدام ما يسمى بالبالونات العملاقة المصنوعة من مواد مركبة ، والتي يمكنها تحمل ضغوط تصل إلى 60 ميجا باسكال. عند استخدام الأسطوانات المملوءة بالمواد النانوية الكربونية (الألياف النانوية والأنابيب النانوية) ، عند تخزين H 2 تحت ضغط يصل إلى 10-15 ميجا باسكال ، فإن رقم الجانب ، وفقًا لبعض البيانات ، سيرتفع إلى 10-15.
منطقة خاصة من طاقة الهيدروجين هي تسييل H 2 وتخزينه في حالة سائلة. من الناحية الفنية ، فإن المهمة معقدة للغاية ، لأنه أولاً ، يتم إسالة الهيدروجين عند درجة حرارة منخفضة جدًا (t kip -252.77 درجة مئوية) ، وثانيًا ، من الضروري إنفاق الطاقة من أجل تنفيذ تحويلها العمودي (حوالي 2 كيلو واط ساعة / م 3). كما أن التبخر بمعدل مرتفع نسبيًا من سائل H 2 من الحاوية يحد أيضًا من استخدامه ، لا سيما في النقل البري.
لنقل سائل H 2 ، استخدم حاويات محكمة الغلق ذات عزل حراري فعال ، وأنظمة أنابيب غازية خاصة.
استخدام الهيدروجين.يمكن استخدام الهيدروجين كوقود في العديد من العمليات الكيميائية والمعدنية ، وكذلك في الطيران وتكنولوجيا الفضاء وأسطول الغواصات والنقل البري وتنظيم أنظمة الطاقة المستقلة. منذ نهاية القرن التاسع عشر في أوروبا ، تم استخدامه كوقود في خليط مع أول أكسيد الكربون (الغاز التخليقي). في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ، تم تطوير محرك السيارة الهيدروجين لأول مرة في عام 1942 ؛ في أواخر الثمانينيات من القرن الماضي ، أول طائرة في العالم بها محرك نفاثعلى الهيدروجين السائل TU-155. تم استخدام الهيدروجين السائل كوقود لأنظمة الفضاء مثل مكوك الفضاء (الولايات المتحدة الأمريكية) وبوران (اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية).
الطريقة الواعدة لاستخدام H 2 في النقل والطاقة الذاتية هي استخدام خلايا الوقود (FC). تستخدم الطاقة الكهربائية المتولدة في خلية الوقود في المحركات الكهربائية للمركبات أو لتوليد الحرارة والكهرباء في قطاع الطاقة.
بالنسبة لخلايا الوقود التي تحتوي على غشاء بوليمر (استنادًا إلى إلكتروليت بوليمر موصل لكاتيون ، مثل رباعي فلورو إيثيلين الكبريت) ، يتم استخدام H2 عالي النقاء أو غاز يحتوي على الهيدروجين يحتوي على أقل من 0.001٪ من شوائب ثاني أكسيد الكربون كوقود. يتميز هذا النوع من خلايا الوقود بكفاءة عالية (حوالي 70٪) ، والتي تفوق بشكل كبير كفاءة محرك الاحتراق الداخلي (أقل من 35٪). لا تزال خلايا الوقود التي تحتوي على إلكتروليتات أخرى (الماء القلوي ، وحمض الفوسفوريك ، والأكسيد الصلب ، والإلكتروليت على شكل ذوبان الكربونات المختلفة) أدنى من خلايا الوقود بغشاء بوليمر في عدد من المعلمات.
إن استخدام خلايا الوقود بغشاء بوليمر لتجهيز النقل الأرضي يزيل تمامًا الانبعاثات السامة. عند استخدام مخاليط الغاز المحتوية على الهيدروجين كوقود (H 2 و CO 2 و H 2 و N 2 و H 2 مع N 2 و CO 2) ، يمكن لخلايا الوقود أن تعمل بكفاءة منخفضة بسبب تخفيف الهيدروجين بمكونات خاملة مشروطة ( N 2، CO 2). تُستخدم خلية وقود غشائية بوليمرية مع جهاز تخزين الهيدروجين (يعتمد أساسًا على الميثانول) لإنشاء بطاريات طاقة الهيدروجين للهواتف المحمولة وأجهزة الكمبيوتر المصغرة والأجهزة المحمولة الأخرى.
إن تخزين H2 أو إنتاجه من المواد الخام الهيدروكربونية الطبيعية ، وكذلك استهلاك الهيدروجين على متن مركبة باستخدام خلايا الوقود ، يجعل من الممكن إنشاء نقل الهيدروجين، التي لا تلوث الغلاف الجوي بالعوادم السامة ، فهي أكثر كفاءة بشكل ملحوظ من النقل باستخدام محرك الاحتراق الداخلي.
حماية.في الأنظمة المغلقة ، في ظل وجود أجهزة تستخدم الهيدروجين ، وأثناء تخزينه ، يمكن أن يتسرب غاز H 2 إلى مكان مغلق. عند تركيز H 2 أكثر من 4٪ من حيث الحجم ، يتم تكوين خليط متفجر قابل للاحتراق في خليط مع الهواء.
لمنع انفجار أو اشتعال الخليط ، يتم استخدام أنظمة خاصة للحرق اللاحق - معاد دمج ، حيث يتم تقليل تركيز H 2 بسبب الأكسدة التحفيزية الحرارية على الغشاء التحفيزي ، مثل البلاتين. يتم تنفيذ عملية أكسدة H2 فعالة (تبدأ بتركيز 0.7٪ H 2 عند درجة حرارة عادية) باستخدام مادة مسامية عالية المسامية مغلفة بطبقة رقيقة من البلاتين. تم تجهيز العديد من هذه الأجهزة بأجهزة استشعار H 2. يعمل نظام الحارق اللاحق دون اتصال بالإنترنت دون وسائل بدء إضافية - حرارية أو كهربائية - ويمكن استخدامه لضمان السلامة في النقل ، في مباني المصنع أو في محطة للطاقة النووية ، نظرًا لأن الوحدة النووية لمحطة الطاقة النووية ، التي تستخدم الماء مثل المبرد ، هو أيضًا مادة خطرة للهيدروجين.
مضاءة: كيكوين إيه كيه ، كيكوين آي كي الفيزياء الجزيئية. الطبعة الثانية. م ، 1976 ؛ نظام الطاقة الهيدروجينية: وقائع المؤتمر العالمي الثاني للطاقة الهيدروجينية. أوكسف ، 1979 ؛ هيدروجين. الخصائص ، الحصول ، التخزين ، النقل ، التطبيق. م ، 1989 ؛ Tributsch H. الكيمياء لمستقبل الطاقة. L. ، 1999 ؛ المؤتمر العالمي الثالث عشر للطاقة الهيدروجينية. بكين 2000.
جدول المحتويات
1. مقدمة ……………………………………………………………………………… 3
الفصل الأول: الحصول على الهيدروجين واستخدامه ........................... 5
1.1 طرق تخزين الهيدروجين …………………………………………………… 6
الفصل الثاني المشاكل الرئيسية لتطوير طاقة الهيدروجين ………… .. 7
2.1. مقارنة مع أنواع الطاقة التقليدية ........................... 12
الفصل 3
3.1 فوائد خلايا الوقود ………………………………………………………………………………………………………………………………. 16
الفصل 4 طاقة الهيدروجينحاليا ........................... 21
4.1 الأسباب الرئيسية التي تعوق تطوير طاقة الهيدروجين ................................................................................................................................................... ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………… .. 23
الخلاصة …………………………………………………………………………… 24
المراجع ……………………………………………………………… 26
1 المقدمة
طاقة الهيدروجين هي اتجاه في إنتاج الطاقة واستهلاكها من قبل البشرية ، بناءً على استخدام الهيدروجين كوسيلة لتجميع ونقل واستهلاك الطاقة من قبل الناس والبنية التحتية للنقل ومناطق الإنتاج المختلفة.
ترتبط الآمال بالطاقة الهيدروجينية لإعادة تنظيم عالمي للاقتصاد العالمي ، والانتقال من ناقلات الطاقة الهيدروكربونية الأحفورية إلى الهيدروجين ، مما يفتح إمكانية استخدام موارد المياه كقاعدة غير محدودة من المواد الخام ، وبخار الماء هو نتاج احتراق الهيدروجين. .
ينتج الهيدروجين صناعيا من قبل الإنسان. في الطبيعة ، يوجد في شكل مركبات في شكل حر ، ولا يحدث عمليا. يتطلب الإنتاج طاقة.
للحصول على الطاقة المنبعثة من حرق لتر واحد من البنزين ، ستكون هناك حاجة إلى 3.74 لتر من الهيدروجين السائل.
في الحالة الغازية ، الوضع أسوأ. عند 30 ميجا باسكال ، يلزم 9 لترات من الهيدروجين لإنتاج طاقة مكافئة لتر واحد من البنزين.
في درجة حرارة الغرفة ، يحتل الهيدروجين 3000 ضعف حجم البنزين. لذلك ، يجب ضغطها أو ربطها أو تسييلها. وهذا عمل إضافي.
يتم إنتاج 5٪ فقط من الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي. هذا هو 3-4 مرات أكثر تكلفة من الحصول على الهيدروجين من الميثان. ومع ذلك ، فإن هذه الطريقة تجعل من الممكن الحصول على هيدروجين نقي جدًا. كفاءة التحليل الكهربائي حوالي 70٪. للحصول على الهيدروجين من خلال طاقة الرياح ، تحتاج إلى إنفاق 3 وحدات من طاقة الرياح للحصول على وحدة واحدة من طاقة الهيدروجين. للطاقة الشمسية 9 وحدات. كفاءة استخدام الأعشاب البحرية لإنتاج الهيدروجين 2٪.
ومع ذلك ، فإن توافر ضوء الشمس والحاجة إلى الطاقة لا يتطابقان دائمًا. عندما يكون استهلاك الطاقة ضئيلًا ، يمكن استخدام الطاقة الكهربائية من الألواح الشمسية أو مولد الرياح لتحليل المياه بالكهرباء وإنتاج الهيدروجين. يتراكم الهيدروجين في الخزان ، وعند الضرورة ، يتم استهلاكه لتوليد الكهرباء في مولدات الهيدروجين الكهروكيميائية. ربما يكون مثل هذا النظام الهجين أساسًا للطاقة في المستقبل.
يتطلب إنتاج الهيدروجين الكثير من الطاقة. ومع ذلك ، فإن التحول من الهيدروكربونات يقضي على مشكلة الاحتباس الحراري ، حيث لا تتشكل غازات الدفيئة.
ترتبط الآمال بالطاقة الهيدروجينية لإعادة تنظيم عالمي للاقتصاد العالمي ، من أجل الانتقال من ناقلات الطاقة الهيدروكربونية الأحفورية إلى الهيدروجين ، مما يفتح إمكانية استخدام موارد المياه كقاعدة غير محدودة من المواد الخام ، وبخار الماء هو نتاج الهيدروجين. الإحتراق. في المستقبل البعيد ، من المخطط استخدام مصادر الطاقة النووية الحرارية والشمسية ومصادر الطاقة المتجددة الأخرى (RES) لإنتاج الهيدروجين الإلكتروليتي.
يتطلب إدخال طاقة الهيدروجين في مجمع طاقة الوقود (FEC) موارد واستثمارات كبيرة. الهدف من هذا العمل هو إظهار أنسب الطرق لتطوير وتنفيذ تقنيات الهيدروجين. بالإضافة إلى "العقبات" المحتملة التي سيتعين عليك مواجهتها.
الفصل الأول: الحصول على الهيدروجين واستخدامه
احتياطيات الهيدروجين المرتبطة بالمواد العضوية والمياه عمليا لا تنضب. يسمح كسر هذه الروابط بإنتاج الهيدروجين ثم استخدامه كوقود.
في هذا الصدد ، أثيرت مسألة الحصول على الهيدروجين بأكثر الطرق فعالية من حيث التكلفة. في الواقع ، في ظل ظروف معينة ، يحدث التفكك عمليا دون إنفاق الطاقة. كيف وأين تختار هذه الشروط هي مهمة العديد من الدراسات والتجارب.
عند تسخينه فوق 2500 درجة مئوية ، يتحلل الماء إلى هيدروجين وأكسجين (تحلل حراري مباشر).
من السهل نسبيًا تحويل غرف احتراق الطائرات لاستخدام الهيدروجين كوقود.
ينتشر استخدام الهيدروجين في تكنولوجيا الفضاء في شكل وقود. في السابق ، كان وقود الديزل وقود الصواريخ ، وكان الأكسجين المسال يعمل كمؤكسد. ثم يعمل الهيدروجين المسال كوقود.
في الوقت الحاضر ، يتم الحصول على معظم الهيدروجين المنتج على نطاق صناعي في العالم في عملية إعادة تشكيل بخار الميثان (SCM).
يستخدم الهيدروجين أيضًا في لحام الغاز. يعمل ما يسمى ب "القاطع" أيضًا باستخدام الهيدروجين.
1.1 طرق تخزين الهيدروجين
تخزين واستخدام الهيدروجين أمر خطير. لذا فإن الهيدروجين في خليط مع الهواء يشكل خليطًا متفجرًا - غازًا متفجرًا. يكون هذا الغاز أكثر قابلية للانفجار عندما تكون نسبة حجم الهيدروجين والأكسجين 2: 1 ، أو الهيدروجين والهواء 2: 5 تقريبًا ، حيث يحتوي الهواء على حوالي 21٪ أكسجين. الهيدروجين مادة قابلة للاشتعال أيضًا. يمكن أن يسبب الهيدروجين السائل قضمة صقيع شديدة إذا لامست الجلد.
تشمل الخصائص السلبية للهيدروجين: كثافة منخفضة ، كتلة القيمة الحرارية، ارتفاع درجة حرارة الاحتراق.
معظم طريقة فعالةالتخزين اسطوانات. ألاحظ أنه من المناسب تنسيق عمليات إنتاج الهيدروجين من الوقود التقليدي واستهلاكه إلى الحد الأقصى في الوقت المناسب لتقليل الحاجة إلى تخزين الهيدروجين.
من المحتمل أن يكون تخزين الهيدروجين في الهيدريدات أكثر كفاءة. الهيدريدات - المركبات الكيميائية للهيدروجين مع غيرها العناصر الكيميائية. يجري حاليًا تطوير أنظمة تخزين تعتمد على هيدرات المغنيسيوم. تقنيات تخزين الهيدروجين بعيدة عن المسرح التنفيذ التكنولوجي.
يعتبر نقل الهيدروجين أيضًا مشكلة في الحالة المسالة والمضغوطة ، ويلزم وجود جدار فولاذي سميك وعزل. عند نقله عبر خطوط الأنابيب ، يتعرض المعدن لما يسمى "التقصف الهيدروجين". تحت الضغط ، تظهر تشققات وتحدث تسربات. مما قد يؤدي إلى وقوع حادث.
الفصل 2. المشاكل الرئيسية لتطوير طاقة الهيدروجين
1) لتحلل الماء إلى جزيئات H2 و O2 ، من الضروري إنفاق ضعف الطاقة التي يتم إطلاقها عند حرق الهيدروجين بالأكسجين.
2) منافسة هائلة من الهيدروكربونات المنتجة بالفعل.
3) هناك حاجة إلى وحدات خاصة يمكن أن توفر مثل هذه الدورة المعقدة: تحلل الماء أو البخار المشبع إلى جزيئات H2 و O2 ؛ غرف الاحتراق التي يحرق فيها الهيدروجين بالأكسجين. توربين لتوسيع بخار البارامترات العالية. دعونا لا ننسى قانون الحفاظ على الطاقة ، لأنه حتى في الحالة المثالية ، عندما يتحلل الماء بالكهرباء ويتم إطلاق الحرارة عند حرق الهيدروجين ، فإن الطاقة ستكون متساوية. في التمرين حرارة نوعيةيبلغ احتراق الهيدروجين 120.9 ميجا جول / كجم. لاستخراج 1 كجم من الهيدروجين من الماء ، من الضروري إنفاق أكثر من مرتين على الأقل.
ستبدو الحلقة بأكملها كما يلي:
رسم بياني 1. دورة التركيب CS - غرفة الاحتراق ، T - التوربينات ، EG - المولد الكهربائي.
يمكن استخدام مثل هذا الإعداد لتغطية منحنيات ذروة الطلب. يتغذى المحلل الكهربائي على الطاقة الزائدة (الرخيصة) للنظام مع الطاقة الزائدة ، بينما تتراكم الغازات في صهاريج التخزين ، ثم يعطي الطاقة الكهربائية للشبكة في حالة عجزها.
بالطبع ، كان لهذا التثبيت تكلفة عالية جدًا. درجات حرارة احتراق عالية للغازات في غرفة الاحتراق ، بارامترات بخار عالية عند مدخل التوربينات ، محلل كهربي.
طرق تحسين العملية التكنولوجية: إتقان التحليل الكهربائي نفسه وإنتاج الهيدروجين تفاعلات كيميائيةوالكتلة الحيوية.
الاحتراق نفسه ممكن تمامًا في الماء. في الوقت نفسه ، يتم تجميع الأقطاب الكهربائية التي يتم إطلاق الغازات عليها معًا ، ويحدث الاحتراق تحت الماء ويتم إطلاق البخار.
من الممكن تنظيم حقن نواتج التقطير في غرفة الاحتراق.
وهذا هو ، بهذه الطريقة لتجميع الكهرباء. الآن يتم تنفيذ هذه الوظيفة بواسطة HPS.
في بعض الحالات ، تتمتع خلايا الهيدروجين بمزايا تقنية كبيرة مقارنة بالبطاريات ، على سبيل المثال ، عند الحاجة إلى إنتاج طاقة عالية في وقت قصير. ومع ذلك ، في هذا التطبيق بالذات ، لا توجد مثل هذه المزايا حتى الآن. انطلاقًا من العدد الهائل من المنشورات العلمية التي تقدم المزيد والمزيد من المواد والطرق الجديدة لتخزين الهيدروجين ، لسوء الحظ ، لم يتم العثور على طريقة ناجحة مناسبة لمرافق التخزين واسعة النطاق هذه.
تم إحراز تقدم كبير في شبكات الإمداد بالطاقة في أوروبا ، حيث يوجد عدد كبير من محطات الطاقة الحرارية الصغيرة المصغرة ويستخدم كل منها أكثر أنواع الوقود المحلية بأسعار معقولة ويمكن إيقافها بسهولة في حالة السعة الزائدة والحمل في تم تحسين الشبكة تلقائيًا ، مما جعل مشكلة تفاوت التحميل هذه ليست ملحة للغاية.
إذا قارنا سعر تركيب الوحدة لعام 2006 ، فسنحصل على صورة لا تفضل استخدامها عناصر الهيدروجين: سعر خلايا وقود الهيدروجين حوالي 4 آلاف دولار للكيلووات من السعة المركبة ، محطة طاقة صغيرة على محرك مكبس غاز كاتربيلر حوالي ألف دولار للكيلووات من السعة المركبة ، مولد محرك بنزين حوالي 100 دولار لكل كيلوواط من السعة المركبة ، مولد يعمل بالغاز - 30 دولارًا للكيلوواط من السعة المركبة. بالنسبة للطاقة الجماعية ، فهي أحد العوامل المحددة.
توجد بالفعل سيارات تعمل جزئيًا بالمياه. يتم توصيل المحلل الكهربائي بأطراف البطارية ، حيث يوجد ماء بين الألواح. عندما تتحرك السيارة ، يتم إعادة شحن البطارية باستمرار ويتم إطلاق الهيدروجين من المحلل الكهربائي ، والذي يتم إرساله إلى المحرك.
هناك أيضًا طرازات للسيارات تعمل بالهيدروجين. على سبيل المثال ، نموذج تجريبي من الجيل الثالث لهوندا FCX بخزان هيدروجين سعة 156 لترًا (يحتوي على 3.12 كجم من الهيدروجين بضغط 25 ميجا باسكال) يسافر 355 كم.
في الوقت الحاضر ، فإن إنتاج الهيدروجين على نطاق واسع من الماء محدود بسبب نقص مرافق الطاقة الرخيصة. على سبيل المثال ، لاستبدال وقود المحرك بالهيدروجين في جميع البلدان ، ستكون هناك حاجة إلى 20-30 ألف مليار كيلوواط ساعة من الكهرباء ، بينما يبلغ إنتاجها العالمي حوالي 15 ألف مليار كيلوواط ساعة.
ومع ذلك ، لتحسين الوضع البيئي في المدينة ، من الضروري والممكن إيجاد موارد الطاقة لإنتاج الهيدروجين.
وهنا تبرز المشكلة التالية عند الحصول على الكهرباء بالطريقة التقليدية ، فنحن نلوث الغلاف الجوي ، ولكن في المكان الذي يستخدم فيه الهيدروجين ، يتحسن الوضع.
ويشمل ذلك استخدام السعة الزائدة لمحطات توليد الطاقة في الليل وفي عطلات نهاية الأسبوع ، عندما تنخفض الحاجة إلى الكهرباء. على سبيل المثال ، في محطة الطاقة النووية Leningrad NPP وحدها ، تبلغ احتمالية الكهرباء غير المستخدمة حوالي 390 مليون كيلوواط ساعة سنويًا (في روسيا ككل ، تبلغ حوالي 20 مليار كيلو واط في الساعة ، وهو ما يتجاوز التوفير في الكهرباء مع الانتقال إلى فصل الصيف). إن استخدام هذه القدرات سيجعل من الممكن إنتاج حوالي 5000 طن من الهيدروجين الإلكتروليتي السائل سنويًا أو توفير الهيدروجين لحوالي 3900 مركبة (بشكل أساسي الشاحنات والحافلات). الهيدروجين فعال أيضا كمادة مضافة لوقود المحرك. على سبيل المثال ، 5-8٪ هيدروجين يقلل من سمية عادم ICE بنسبة 70٪ ويزيد من كفاءته. في هذه الحالة ، يزيد عدد المركبات التي تستخدم نفس الكمية من الهيدروجين إلى 11 ألف وحدة. ثم ستؤتي ثمار التكاليف الاقتصادية لإنشاء بنية تحتية للهيدروجين في غضون سنوات قليلة من خلال توفير البنزين وتقليل الأضرار البيئية.
سيكون من المبرر اقتصاديًا ومن الملائم استخدام احتياطيات الطاقة التي تم الحصول عليها عن طريق تقليل كثافة الطاقة المحددة للاقتصاد (بحوالي 3.5٪ نسبيًا سنويًا). يظهر تقييم أولي أن مهمة النقل التدريجي للمركبات إلى الهيدروجين تبدو واقعية تمامًا ، في حدود 10 آلاف وحدة تقريبًا بحلول عام 2020 و 20 ألفًا بحلول عام 2030.
لإنتاج الهيدروجين الإلكتروليتي وتسييله اللاحق ، ستكون هناك حاجة إلى حوالي 1 مليار كيلووات ساعة من الكهرباء (مع التكنولوجيا الحالية للتحليل الكهربائي والإسالة) ، وهو على التوالي 0.1 و 0.2 ٪ من الكهرباء الحالية المستهلكة في البلاد. تبلغ تكلفة النفقات الرأسمالية للبنية التحتية للهيدروجين (بسعة 11155 طنًا من الهيدروجين سنويًا) حوالي 95.7 مليون دولار. الاسترداد في غضون خمس سنوات.
مراعاة قيمة البنزين غير المستخدم بأسعار 2010 وعدم وجود أضرار بيئية بسبب سمية عوادم محركات الاحتراق الداخلي وعدم وجود أضرار. بيئةيطبق عند استخدام الهيدروكربونات.
يجب أن يرتبط تطوير طاقة الهيدروجين بتطوير مجمع الوقود والطاقة في البلاد ، والوضع البيئي في كل منطقة محددة.
2.1. مقارنة مع الأشكال التقليدية للطاقة
في محطات الطاقة الحرارية ، يكون الوقود الرئيسي: الفحم أو زيت الوقود أو غاز طبيعي. يتم الاحتراق بمساعدة الهواء في المرجل. درجة حرارة الهواء عند مخرج المرجل حوالي 130 درجة مئوية ، الهواء 78٪ نيتروجين. أي أن جزءًا كبيرًا من حرارة احتراق الوقود يتم إنفاقه على تسخين النيتروجين حتى 120 درجة وإطلاقه في الغلاف الجوي. يتم توجيه حرارة احتراق الوقود لزيادة تسخين البخار وإطلاقه إلى التوربين. ثم يمر البخار عبر التوربينات البخارية ، وفي النهاية يتم تكثيفه. يتم نقل حرارة التبخير إلى الماء المتداول. يعطي الماء المتداول حرارته مرة أخرى إلى الغلاف الجوي نتيجة لكفاءة TPP التي تبلغ حوالي 37٪ ، ثم في الوضع الاسمي. بالطبع ، هناك دورات أكثر حداثة يتم فيها استخدام طاقة الوقود بشكل كامل: CHP و CCGT ، دورات مع تغويز الفحم ، وخاصة CCGT-CHP.
فكرة طاقة الهيدروجين هي استخدام الهيدروجين (H2) كوقود وكمؤكسد للهواء أو ، في أفضل الأحوال ، أكسجين (O2).
طاقة الهيدروجين رأي بديلطاقة.
خلايا الوقود هي الطريقة الأكثر تقدمًا لتوليد الطاقة الكهربائية. في خلايا الوقود ، لا يوجد تحويل للطاقة الكيميائية للوقود إلى طاقة حرارية وميكانيكية. في هذا الصدد ، فإن كفاءة خلايا الوقود أعلى مرتين من كفاءة محطات الطاقة الحرارية ، حوالي 73٪.
الفصل 3 خلايا الوقود
تجذب خلايا الوقود أكبر قدر من الاهتمام للباحثين والمطورين والصناعة والمستثمرين. خلية الوقود (المولدات الكهروكيميائية - ECG) - نوع من التكنولوجيا التي تستخدم تفاعل أكسدة الهيدروجين في عملية كهروكيميائية غشائية تنتج الكهرباء ، طاقة حراريةوالماء ، على غرار الخلية الجلفانية ، ولكن يختلف عنها في أن المواد المستخدمة في التفاعل الكهروكيميائي تتناسب معها من الخارج - على عكس الكمية المحدودة من الطاقة المخزنة في خلية أو بطارية جلفانية. كفاءة خلايا الوقود تصل إلى 90٪.
تستخدم برامج الفضاء الأمريكية والسوفيتية ECG منذ عقود. يتم تطوير خلايا الوقود (FC) لقيادة السيارات والحافلات بنجاح للمركبات ، وكذلك لأنظمة الإمداد بالطاقة الذاتية. خلايا وقود البوليمر الصلب (TP) على وشك التسويق من حيث المستوى التقني. ومع ذلك ، في الوقت الحاضر ، فإن تكلفتها العالية (محطة توليد الكهرباء ~ 104 دولار / كيلوواط) تعيق هذه العملية إلى حد كبير.
كميات كبيرة من معادن مجموعة البلاديوم والبلاتين مطلوبة لتكوين خلايا الوقود اللازمة لتطوير طاقة الهيدروجين.
خلية وقود الهيدروجين الشكل 2 عبارة عن جهاز يحول الطاقة الكيميائية لتفاعل الجمع بين الهيدروجين والأكسجين إلى كهرباء. يدخل الهيدروجين إلى أنود خلية الوقود ، حيث تتحلل الذرات إلى إلكترونات وبروتونات. يتم استخدام محفز لتسريع العملية. تذهب الإلكترونات إلى دائرة كهربائية، وخلق تيار. تمر البروتونات عبر الغشاء الإلكتروليتي البوليمري. يدخل الأكسجين من الهواء المحيط إلى القطب السالب ويتحد مع بروتونات الهيدروجين والإلكترونات لتكوين الماء.
الصورة 2. خلية الوقود ، مبدأ التشغيل (تحويل الطاقة الكيميائية للهيدروجين إلى كهرباء).
في أبسط خلية وقود ، حيث يتم استخدام الهيدروجين النقي والأكسجين النقي ، يتحلل الهيدروجين ويتأين عند الأنود. يتم تكوين اثنين من أيونات الهيدروجين وإلكترونين من جزيء H2. عند الكاثود ، يتحد الهيدروجين مع الأكسجين لتكوين الماء. في الواقع ، يتم إطلاق بخار الماء في الغلاف الجوي بدلاً من الكمية الهائلة من ثاني أكسيد الكربون المتولدة أثناء تشغيل محطات الطاقة الحرارية التقليدية.
تم الحصول على أول طاقة كهربائية باستخدام خلية وقود في القرن التاسع عشر. ومع ذلك ، نشأت الطفرة حول طاقة الهيدروجين عندما بدأ استكشاف الفضاء. في الستينيات من القرن العشرين ، تم إنشاء خلايا وقود بقوة تصل إلى 1 كيلوواط لبرامج Jamie و Apollo ، في السبعينيات والثمانينيات - خلايا وقود 10 كيلووات للمكوك. في بلدنا ، تم تطوير مثل هذه التركيبات لبرنامج Buran في NPO Energia ، والتي عملت كمنسق للبرنامج بأكمله ، تم إنشاء خلايا الوقود القلوية نفسها في Novouralsk في مصنع الكهروكيميائية. في نفس السنوات ، تم بناء محطات طاقة بسعة حوالي 100 كيلوواط على خلايا وقود حامض الفوسفوريك. تمتلك اليابان والولايات المتحدة محطات طاقة تجريبية بقدرة 10 ميغاوات.
تتكون خلية الوقود من موصل أيوني (إلكتروليت) وموصلان إلكترونيان (قطبان) متصلان بالمحلول بالكهرباء. يتم توفير الوقود والمواد المؤكسدة باستمرار للأقطاب - تتم إزالة الأنود والكاثود ، والمنتجات (المكونات الخاملة وبقايا المؤكسد ، وكذلك منتجات الأكسدة) منها باستمرار.
3.1 مزايا خلايا الوقود
دعونا نقارن توليد الكهرباء في محطات الطاقة الحرارية وبمساعدة خلايا الوقود. يمكن تمثيل هذا بشكل أفضل في شكل جدول.
تين. 3. مراحل تحويل الطاقة الكيميائية بالطريقة التقليدية والكهروكيميائية.
لإنشاء مركبة تعمل بخلايا الوقود ، تتعاون AvtoVAZ الروسية مع شركة Energia للصواريخ والفضاء والشركات التابعة لوزارة الطاقة الذرية الروسية.
أحد مجالات الطاقة الهيدروجينية هو محطات الطاقة النووية تحت الأرض غير الخاضعة للرقابة ، والبعيدة عن أماكن سكن الناس. بمساعدتهم ، يُنصح بالحصول على الهيدروجين من مياه البحر أو النهر في محللات كهربائية عالية الضغط ، ثم إرسالها في شكل مضغوط أو مسال عبر خطوط الأنابيب إلى المستهلكين في المناطق المكتظة بالسكان. والهيدروجين ، بعد أكسدة ، أي استخدام طاقته ، موجود بالفعل في تكوين المياه العذبة لإعادتها إلى الأنهار.
يجب أن تكون محطات الطاقة النووية هذه في المناطق الشمالية من سيبيريا ، حيث تتوافر مياه البحر والأنهار بوفرة ، وهناك اتصالات النقل البحري ووسائل إيصال البضائع الضخمة. يمكن أن تعمل محطات الطاقة النووية هذه لأكثر من 25 عامًا بدون صيانة. بالإضافة إلى ذلك ، ليس من الصعب دفنها تلقائيًا على عمق يصل إلى 100 متر بعد نفاد المورد.
لكن هناك مشكلة. والذي يبدو أنه يمكن أن يوقف الحلم الذي كاد أن يتحقق للبشرية بشأن الوقود الرخيص - الهيدروجين ، المنتج والمنقول بكميات كبيرة ، ينفجر.
بفضل خلايا الوقود ، ليست هناك حاجة لإنتاج وتخزين الهيدروجين كميات كبيرة، إذا كان الهيدروجين متورطًا في الأمر حصريًا في شكل بروتون. في خلايا الوقود ، تحدث عملية هي عكس التحليل الكهربائي. إن توزيع مصادر الطاقة على أساس خلايا الوقود بقدرة 15-200 كيلوواط سيخلق الأساس لتطوير ما يسمى بالنظام الموزع لتوليد الكهرباء ، عندما يكون منتج الطاقة هو المستهلك أيضًا. وبالتالي ، سيكون من الممكن التخلص من عدة كيلومترات من الشبكات الكهربائية ومحطات الطاقة العملاقة. تعتبر مجموعة "خلية الوقود - المضخة الحرارية" واعدة جدًا لتزويد التدفئة في المستقبل.
في العقد الماضي ، أصبح من الواضح تمامًا أن التطوير المكثف للطاقة والنقل الحديثين يقود البشرية إلى أزمة بيئية واسعة النطاق.
التطور تكنولوجيا جديدةسوف يسمح إنتاج الطاقة الاتحاد الروسيلتكون على قدم المساواة مع الدول المتقدمة في العالم. هذه في الواقع فرصة حقيقية للانتقال التدريجي لاقتصاد البلاد من "إبرة النفط" إلى الطريق السريع للمستقبل المتقدم من خلال إنشاء صناعة مرتبطة باستلام وتخزين ونقل ناقلات الطاقة الهيدروجينية والإنتاج أنواع مختلفةخلايا الوقود.
العلوم المحلية لديها إمكانات كافية لتنفيذ هذا المشروع. تدرك حكومة الاتحاد الروسي أهمية المشروع وتبذل جهودًا لتنفيذه.
بادئ ذي بدء - مسألة سعر مثل هذا الناقل للطاقة. وفقا للخبراء ، فإن تكلفة وقود الهيدروجين "المنتج بكميات كبيرة" في يوم من الأيام لن تكون أعلى من سعر البنزين. لكن عندما يأتي هذا "الغد السعيد" ، وما إذا كان مصير الشيوعية ، الذي سيعيش في ظله ، كما هو متوقع ، كل شخص سوفيتي ، هو سؤال كبير.
الحفاظ على البيئة. في حد ذاتها ، لا تسبب طبيعة التفاعل ، الذي يجب أن تكون نتيجته نفاد بخار الماء ، الكثير من الشك. ولكن ، كما هو الحال مع السعر ، قد لا تكون عملية الحصول على الهيدروجين على نطاق صناعي "نظيفة" بشكل خاص.
على سبيل المثال ، في الولايات المتحدة ، يتم بالفعل إنشاء أولى محطات التحليل الكهربائي للمياه ، باستخدام التيار المتولد عن الألواح الشمسية. للوهلة الأولى ، يبدو أن كل شيء صديق للبيئة للغاية. ومع ذلك ، فإن "قانون الحفاظ على التعقيد" يعمل هنا أيضًا. لتنفيذ مثل هذه المشاريع ، من الواضح أن الألواح الشمسية مطلوبة بكميات ضخمة. لكن "نقاء" إنتاجهم ، بعبارة ملطفة ، أمر مشكوك فيه. أي بتقليل حجم التلوث في مكان ما ، تخلقه البشرية في مكان آخر.
إنشاء بنية تحتية واسعة النطاق للبيع بالتجزئة. تظهر ببطء محطات غاز الهيدروجين المنفصلة في العالم: في الولايات المتحدة الأمريكية وألمانيا واليابان. ومع ذلك ، حتى الآن هو مجرد غريب نوعا ما. وبدون مظهرها ، فإن الانتقال إلى الهيدروجين بالنسبة لأصحاب السيارات لا معنى له: ببساطة ليس لديهم مكان للتزود بالوقود.
جزئيًا ، يمكن حل هذه المشكلة بمبادرة من بعض شركات صناعة السيارات في العالم ، والتي تقترح إنشاء أنظمة تسمح بحرق الهيدروجين في محركات الاحتراق الداخلي. الفائدة الأساسية في هذه الحالة هي أن السيارة ستحتفظ بالقدرة على العمل بالبنزين الكلاسيكي.
في الواقع ، هذه الفكرة تكرر المخطط الحالي لمركبتين وقود "بنزين / غاز". هذا يجعل من الممكن حل مشكلة عدم وجود شبكة من محطات تعبئة "الهيدروجين" ، وفي نفس الوقت ، سيخلق الطلب المحتمل من مالكي السيارات الضروري لنشرها.
حاليًا ، هناك اهتمام متزايد من الشركات الكبيرة والوكالات الحكومية بخلايا وقود الهيدروجين (FC). هناك سببان رئيسيان لذلك: الكفاءة العالية لخلايا الوقود (70-80٪) وفوائدها البيئية. من ناحية أخرى ، فإن التكلفة العالية لخلايا الوقود البوليمرية الصلبة ، وعدم وجود بنية تحتية متطورة لتخزين ونقل وتوزيع الهيدروجين هي العوامل المحددة.
في العديد من دول العالم ، يعتبر البحث في مجال طاقة الهيدروجين أولوية في تطوير العلوم والتكنولوجيا. يُفهم هذا المصطلح عادةً على أنه طريقة لتنظيم مجمع الوقود والطاقة ، حيث يتم استخدام الهيدروجين كحامل رئيسي للطاقة ، وتستخدم خلايا الوقود لتوليد الكهرباء بناءً عليه. إنها أجهزة كهروكيميائية تنتج الكهرباء بدون عملية الاحتراق ، بسبب أكسدة الهيدروجين مع الأكسجين الجوي.
بالإضافة إلى الهيدروجين ، يمكن استخدام الميثانول والإيثانول والغاز الطبيعي والكتلة الحيوية والفحم والأمونيا وما إلى ذلك كوقود ، ويحدد استخدام هذه الأنواع من الوقود النوع المحدد لخلية الوقود وخصائصها. تتمتع خلايا وقود الهيدروجين حاليًا بأهمية عملية كبرى.
الهيدروجين ليس مصدرًا أساسيًا للطاقة مثل النفط أو الغاز الطبيعي ، ولكن يمكن استخدامه كناقل للطاقة.
الفصل 4. طاقة الهيدروجين في الوقت الحاضر
طاقة الهيدروجين حية بالفعل وبصحة جيدة. يشير هذا إلى تقنيات تحويل الهيدروكربونات - في المقام الأول التكسير الهيدروجيني ، وكذلك إنتاج الزيت الاصطناعي ووقود المحركات ، وتغويز الفحم ، إلخ. تعتمد معظم هذه التقنيات على تكوين الغاز التخليقي (خليط من الهيدروجين H2 وأول أكسيد الكربون CO) من الماء والوقود الهيدروكربوني والتوليف اللاحق لهيدروكربون آخر.
تم استخدام هذه التكنولوجيا صناعيًا منذ الحرب العالمية الثانية ، بشكل أساسي في ألمانيا وجنوب إفريقيا ، اللتين تفتقران إلى المصادر المحلية للنفط من أجل التنمية الاقتصادية.
تعتمد عملية تحويل الغاز الطبيعي إلى نواتج التقطير المتوسطة: وقود الديزل والكيروسين والبنزين على تقنية Fischer-Tropsch (FT) ، التي تم تطويرها في العشرينات من القرن الماضي. قبل 10 سنوات فقط ، كانت هذه التكنولوجيا تعتبر باهظة الثمن وغريبة ، وذات اهتمام أكاديمي بحت.
وهي الآن واحدة من أكثر تقنيات الطاقة الواعدة. حدث التحول بسبب تطوير محفزات جديدة عالية الكفاءة (بما في ذلك المحفزات المحلية) والتحسين تقنيات F-Tفي مرحلة الحصول على منتج وسيط من الغاز الطبيعي - الغاز التخليقي ، ونتيجة لذلك انخفض سعر المنتجات البترولية المصنعة النهائية بشكل ملحوظ (حوالي 20 دولارًا للبرميل) واقترب من تكلفة النفط الطبيعي. لكل ذرة كربون في الفحم ، في المتوسط ، هناك ذرة هيدروجين واحدة. وفي الزيت ، في المتوسط أيضًا ، ذرتان ونصف من الهيدروجين لكل كربون.
من أجل الحصول على زيت اصطناعي ، من الضروري تغيير متوسط نسبة الكربون / الهيدروجين في خام التغذية الهيدروكربوني الأصلي. والهيدروجين المطلوب لهذا أسهل في الحصول عليه من الماء: يمكن أن يتم ذلك عن طريق التحليل الكهربائي (لكنه مكلف للغاية) ، لذلك غالبًا ما يتم استخدام إعادة التشكيل بالبخار. أكبر عملية من هذا النوع هي التكسير الهيدروجيني للزيت.
هذه المنطقة تنتج وتستهلك كمية كبيرةالهيدروجين ، وهو جزء كبير من الوزن في منتجات الزيوت المستهلكة.
يتم تخزين طاقة الهيدروجين ، كما كانت ، في شكل زيادة في نسبة الهيدروجين في المنتجات. جميع الهيدروكربونات "غير الملائمة" - الفحم ، والصخر الزيتي ، والنفط الثقيل واللزج ، إلخ. - يمكن تحويله إلى شكل "أكثر ملاءمة" وفي نفس الوقت وقود أكثر كثافة في استخدام الطاقة ، على سبيل المثال ، بنزين عالي الأوكتان أو ما يعادله ديزل.
في هذه الحالة ، ليس من الضروري حل العديد من المشكلات التكنولوجية التي تنشأ عند العمل باستخدام الهيدروجين النقي.
4.1 الأسباب الرئيسية التي تعيق تطوير طاقة الهيدروجين
1) لا يوجد برنامج لتطوير وإنتاج محطات الطاقة العاملة على الهيدروجين.
2) قلة التمويل من الدولة في مجال البحث والتطوير للطاقة الهيدروجينية.
3) تخلف القاعدة الصناعية لإنتاج الهيدروجين واستهلاكه اللاحق لإنتاج الكهرباء.
4) المنافسة الحالية من الهيدروكربونات المنتجة بالفعل.
5) من الضروري تطوير تقنيات جديدة لتطوير طاقة الهيدروجين.
6) تطوير مجمع كامل لإنتاج وتنقية وتخزين ونقل واستخدام الهيدروجين.
7) تطوير البنية التحتية في هذا المجال
الهدف الرئيسي لطاقة الهيدروجين من أجل طاقة الهيدروجين هو تقليل الاعتماد على الهيدروكربونات. إذا جاز التعبير ، انزل عن إبرة الزيت. إذا انخفض استهلاك النفط والغاز بشكل كبير في غضون 15 عامًا نتيجة لإدخال طاقة الهيدروجين ، فسنشهد زيادة في الناتج المحلي الإجمالي ، لأن هذا سيقلل من تكلفة الكهرباء ، وبالتالي تكلفة المنتجات. لذا فإن بدائل التحول إلى طاقة الهيدروجين مهمة.
خاتمة
الطاقة هي واحدة من الصناعات الرئيسية اقتصاد وطنيوفقًا لمستوى التطور والفرص المحتملة ، يمكن للمرء أن يحكم على القوة الاقتصادية للبلاد.
يمكن وصف حالة الطاقة الحالية في العالم بأنها مواتية نسبيًا نظرًا لوجود احتياطيات كبيرة من الوقود الأحفوري.
وفقًا لمعدلات النمو الحالية في استهلاك الوقود الأحفوري ، فإن احتياطيات النفط ستستمر 75 عامًا على الأقل ، والغاز الطبيعي - أكثر من 100 عام ، والفحم - أكثر من 200 عام.
الآمال التي تم وضعها على مصادر الطاقة الجديدة أو البديلة ، مثل الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الحيوية والطاقة الحرارية الأرضية وغيرها ، لم تتحقق حتى الآن ، دون إجراء تغييرات جوهرية في هيكل توازن الطاقة العالمي جاذبية معينةجديد أو مصادر بديلةالطاقة ، باستثناء الطاقة الكهرومائية ، في إنتاجها العالمي بحلول عام 2020 ستكون حوالي 2٪.
يعني الانتقال إلى طاقة الهيدروجين إنتاجًا واسع النطاق للهيدروجين وتخزينه وتوزيعه ونقله. يستخدم الهيدروجين أيضًا في العديد من المجالات ، مثل علم المعادن والتوليف العضوي والصناعات الكيماوية والغذائية والنقل وما إلى ذلك. انطلاقا من الوتيرة الحالية وحجم تطوير طاقة الهيدروجين على كوكبنا ، يجب أن تتحول الحضارة العالمية قريبًا إلى اقتصاد الهيدروجين.
من المهم جدًا اختيار المجالات الرئيسية للتنمية. تعتبر الأعمال المتعلقة بالطاقة الهيدروجينية في العديد من البلدان من بين المجالات ذات الأولوية للتنمية الاجتماعية والاقتصادية. يجري البحث النشط عن طرق لتحويل معظم الصناعات كثيفة الاستهلاك للطاقة إلى وقود الهيدروجين وخلايا الوقود (FC). وسيؤدي استخدام الهيدروجين كحامل رئيسي للطاقة إلى إنشاء اقتصاد هيدروجين جديد بشكل أساسي ، وسيصبح علميًا و اختراق تقني يؤثر على تطور البشرية جمعاء.
فهرس
1. Kozlov S.I. طاقة الهيدروجين: الوضع الحالي ، المشاكل ، الآفاق / S.I. كوزلوف ، في. فاتيف. - م: غازبروم فينيجاز ، 2009. - 518 ص.
2. Shpilrain E.E. مقدمة في طاقة الهيدروجين / Shpilrain E.E.، S.P. Malyshenko - دار النشر "Energoatomizdat" ، 2012. - 262 ص.
3. "آفاق ومشاكل تطوير الطاقة الهيدروجينية وخلايا الوقود". برنامج OJSC Norilsk Nickel / مقال بقلم جورجي لازاريف ، نائب دوما الدولة. "EPRO" № 3 2007
4. التقنيات المبتكرة في قطاع الطاقة. الكتاب الثاني. الهيدروجين المبتكرة وتقنيات الموصلية الفائقة لهندسة الطاقة. ملخص المقالات. إد. أوم. بودارجين و S.P. ماليشينكو. م ، "Nauka" ، 2012 ، 162 صفحة.
5. Kuzyk B.N.، Yakovets Yu.V. روسيا: استراتيجية الانتقال إلى طاقة الهيدروجين: معهد الاستراتيجيات الاقتصادية ، 2007. - 400 صفحة.
في العديد من دول العالم ، يعتبر البحث في مجال طاقة الهيدروجين أولوية في تطوير العلوم والتكنولوجيا. يُفهم هذا المصطلح عادةً على أنه طريقة لتنظيم مجمع الوقود والطاقة ، حيث يتم استخدام الهيدروجين كحامل رئيسي للطاقة ، وتستخدم خلايا الوقود لتوليد الكهرباء بناءً عليه. إنها أجهزة كهروكيميائية تنتج الكهرباء بدون عملية الاحتراق ، بسبب أكسدة الهيدروجين مع الأكسجين الجوي. بالإضافة إلى الهيدروجين ، يمكن استخدام الميثانول والإيثانول والغاز الطبيعي والكتلة الحيوية والفحم والأمونيا وما إلى ذلك كوقود ، ويحدد استخدام هذه الأنواع من الوقود النوع المحدد لخلية الوقود وخصائصها. تتمتع خلايا وقود الهيدروجين والميثانول حاليًا بأهمية عملية كبيرة.
الهيدروجين ليس مصدرًا أساسيًا للطاقة مثل النفط أو الغاز الطبيعي ، ولكن يمكن استخدامه كناقل للطاقة. يتم عرض كثافة الطاقة الخاصة بها (من حيث الوزن والحجم) في الجدول بالمقارنة مع مؤشرات مماثلةلأنواع الوقود الأخرى.
جدول. كثافة الطاقة لأنواع مختلفة من الوقود
كثافة الطاقة | نوع الوقود | ||||
| غاز الهيدروجين) | غاز طبيعي | بنزين | ديزل | الميثانول | |
| الوزن ، كيلو واط ساعة / كجم | 39,45 | 15,45 | 13,36 | 10,17 | 6,47 |
| الحجمي ، kWh / m 3 (بضغط واحد من أجهزة الصراف الآلي). | 3,53 | 11,11 | 9,89 | 8,3 | 4,99 |
يشير تحليل البيانات المعطاة إلى ميزة كبيرة للهيدروجين ، بالمقارنة مع ناقلات الطاقة التقليدية ، من حيث السعة الحرارية من حيث وزن الوحدة. في الوقت نفسه ، فهو أدنى بثلاث مرات تقريبًا من الغاز الطبيعي والبنزين من حيث مؤشرات الحجم. لا يتحسن الوضع عمليًا عند استخدام الهيدروجين المضغوط أو المسال. لا تزال قيمته الحرارية أقل بكثير من خصائص الهيدروكربونات التقليدية والكحوليات المنخفضة. يعمل هذا الظرف كأساس لعدد من التطورات الحديثة في مجال نقل وتخزين الهيدروجين ، والتي تتمثل مصادرها الرئيسية في جميع أنواع الهيدروكربونات ، وكذلك الفحم والماء والكتلة الحيوية.وفقًا لوزارة الطاقة الأمريكية ، سيظل النفط والفحم والغاز الطبيعي الموارد الرئيسية لإنتاج الهيدروجين في العقد المقبل. تتم معالجتها إلى هيدروجين من خلال طرق تحفيز بخار الماء أو التحويل المؤكسد ، والتي لا تزال أكثر العمليات تطورًا من الناحية التقنية وفعالية من حيث التكلفة. نظرًا لأن إنتاج الهيدروجين عن طريق تحويل الفحم أو الهيدروكربونات مصحوب بانبعاث ثاني أكسيد الكربون ، فإن المشكلات البيئية في هذه الحالة لا يتم حلها إلا من حيث تقليل كمية الانبعاثات الضارة في الغلاف الجوي وتركيز مصادر ثاني أكسيد الكربون.ثاني أكبر طريقة لإنتاج الهيدروجين هي التحلل الكهربائي للماء. تكمن مزايا هذه التقنية في النقاوة العالية للمنتج الناتج وإمكانية استخدامه المباشر في خلايا الوقود دون خطوات تنقية إضافية. ومع ذلك ، في الممارسة العملية ، يتم تعويض هذه المزايا من خلال ارتفاع تكاليف الطاقة. ومع ذلك ، يظل التحليل الكهربائي للماء وسيلة واعدة لإنتاج الهيدروجين ؛ لذلك ، من الممكن استخدام طاقة محطات الطاقة النووية أثناء الأحمال المنخفضة ومصادر الطاقة المتجددة.الطريقة الواعدة هي استخراج الهيدروجين من الكتلة الحيوية باستخدام التقنيات الحيوية. يحتمل أن أي نوع من النفايات العضوية يمكن استخدامها لهذه الأغراض. إن معالجتهم بسلالات خاصة من البكتيريا ، والتي يعتبر الهيدروجين أحد منتجاتها ذات النشاط الحيوي ، يجعل من الممكن الحصول عليها دون التسبب في الإضرار بالبيئة وبدون تكاليف طاقة كبيرة. ومع ذلك ، فإن تطوير هذا الاتجاه يتطلب إنشاء كائنات دقيقة جديدة عالية الأداء تقاوم ظروف درجات الحرارة الشديدة. وفقا لما تم إنشاؤه خصيصا فريق العملالاتحاد الأوروبي فيما يتعلق بقضايا الهيدروجين ، ستبدأ طرق التكنولوجيا الحيوية في لعب دور مهم في إجمالي إنتاج الهيدروجين بحلول عام 2030 ولن تكون قادرة على أن تصبح مصادره الرئيسية حتى عام 2050 على أقرب تقدير.يتم إعاقة الإدخال الجماعي الفوري لخلايا الوقود من خلال مجموعة كاملة من المشكلات المتعلقة بإنتاج ونقل وتخزين الهيدروجين. بناءً على كثافة الطاقة الحجمية المنخفضة لهذا النوع من الوقود ، فإن الانتقال إلى استخدامه سيتطلب زيادة بمقدار 3-4 أضعاف في أحجام النقل ، والتي سيكون من الضروري بناء أنظمة خطوط أنابيب جديدة باهظة الثمن.تتمثل إحدى طرق حل المشكلة في استخدام هيدرات المعادن في نقل وتخزين الهيدروجين. ومع ذلك ، في هذه الحالة ، يتم فقدان ميزة محتوى الطاقة للهيدروجين لكل وحدة وزن. في الآونة الأخيرة ، زاد عدد المنشورات وبراءات الاختراع المتعلقة باستخدام الأنابيب النانوية الكربونية لمثل هذه الأغراض ، والتي تكون أخف بكثير من الهيدريدات المعدنية ولديها قدرة هيدروجين أعلى.
وبالتالي ، فإن طاقة الهيدروجين جذابة ، لكن المهام التي يجب حلها في الطريق إليها لا تزال صعبة التحقيق اليوم. يمكن أن يصبح الهيدروجين نوعًا جماعيًا من الوقود في موعد لا يتجاوز 20-30 عامًا.
بين المعدن روابط؛ نقل H 2 للمستهلك مع خسارة قليلة. لم يتم تطبيق الهيدروجين بعد على نطاق واسع. طرق الحصول على H2 ، طرق تخزينه ونقله ، والتي تعتبر واعدة للهيدروجين ، هي في مرحلة التطوير التجريبي والمختبر. ابحاث.
يرجع اختيار H 2 كناقل للطاقة إلى عدد من المزايا ، أهمها: صديقة للبيئة. سلامة H 2 ، حيث أن ناتج احتراقه مرتفع بشكل استثنائي ، يساوي - 143.06 ميجا جول / كجم (للهيدروكربون التقليدي - 29.3 ميجا جول / كجم) ؛ مرتفع ، وكذلك منخفض ، وهو أمر مهم للغاية عند نقله عبر خطوط الأنابيب ؛ عمليا غير محدود. مخزون المواد الخام ، إذا كانت بجودة Comm. للحصول على H 2 ضع في الاعتبار (المحتوى في 1.39 * 10 18 طن) ؛ إمكانية الاستخدام متعدد الأطراف لـ H 2. م ب. تستخدم كما في العديد من المواد الكيميائية. والتعدين. العمليات ، وكذلك في الطيران والنقل بالسيارات ، سواء بشكل مستقل أو في شكل k.
الواعد هو استخدام H 2 لنقل الطاقة لما يسمى. كيمياء. طرق. وفقًا لأحدهم ، يتم الحصول على خليط من H 2 مع CO في المرحلة الأولى من الحفاز. التحويل ، ينتقل إلى المستهلك عبر خط الأنابيب ويدخل إلى الجهاز - الميثان ، حيث يتم تنفيذ الطارد العكسي للحرارة. المنطقة: ZN 2 + CO -> CH 4 + H 2 O. يمكن أن تكون الحرارة المتولدة. تستخدم للأغراض المنزلية والصناعية. إمداد الحرارة ، ويعاد خليط البخار والغاز إلى الدورة من أجل التحويل.
تقليدي طرق الحصول على H 2 (انظر) للهيدروجين ليست مجدية اقتصاديًا. لاحتياجات الهيدروجين ، من المخطط تحسين التقليدية. وأساليب تطوير جديدة وغير تقليدية باستخدام الطاقة النووية والشمسية. التحسين المقترح التقليديين طريقة الحصول على H 2 - محفز. التحويلات الطبيعية و - يكمن في حقيقة أن العملية تتم في ، يتم توفير الحرارة من مفاعل تبريد بالغاز النووي عالي الحرارة (HTGR). سيؤدي استخدام هذه الطريقة إلى زيادة المعدل الحجمي للعملية بأكثر من 10 مرات ، وتقليل درجة الحرارة في المادة الكيميائية. مفاعل عند 150 درجة مئوية ، يقلل من تكلفة إنتاج H 2 بنسبة 20-25٪. ومع ذلك ، فإن HTGR ، التي توفر نسبة عالية من t-ry (حوالي 1000 درجة مئوية) ، لا تزال قيد التطوير. دكتور. خيار الحصول على H 2 - موقد مائي قلوي باستخدام كهرباء تفريغ رخيصة يتم توليدها ليلاً بواسطة محطة للطاقة النووية. استهلاك الكهرباء للحصول على 1 م 3 ساعات 2 هو 4.3-4.7 كيلوواط ساعة (بالطريقة المعتادة 5.1-5.6 كيلو واط ساعة) ، والجهد على الخلية هو 1.7-2.0 فولت بكثافة تيار "3-5 كيلو أمبير / م 2 و حتى 3 ميجا باسكال. سيسمح لك استخدام المنشآت لإنتاج H 2 في الليل في محطات الطاقة النووية بتعديل الجدول الزمني لحملها اليومي وتقليل تكلفة H 2. ويمكن إرسال H 2 الناتج حسب الاحتياجات من الصناعة أو استخدامها كمحطات توليد كهرباء لتوليد كهرباء إضافية خلال النهار.
يتم وصف التقاليد غير المقترحة أدناه. طرق الحصول على H 2. استخدام الجودة (ما يسمى بالذوبان القلوي) ، الصلب (البوليمر الصلب ، أو التحليل الكهربائي TP) ، بناءً على ZrO 2 (درجة الحرارة العالية ، أو التحليل الكهربائي HT) يتطلب تكاليف كهرباء أقل بنسبة 30-40٪ من التقليدية. طريق. مع ذوبان القلويات ، يكون 0.5-2.0٪ بالوزن (أحيانًا 4٪) ، الغلاف الجوي ، t-ra يتم تحديده بالاختيار. يتيح لك الاستخدام تقليل المسافة بين الخلية بشكل كبير (حتى 250 ميكرون) ، مما ينتج عنه عدة. أضعاف كثافة التيار تزيد دون زيادة جهد الخلية. كجودة للتحليل الكهربائي TP ، يمكنك استخدام ، على سبيل المثال ، فيلم من مادة الفلوروبلاست 4 المسلفنة ؛ درجة حرارة المعالجة تصل إلى 150 درجة مئوية ، وكفاءة يمكن تحقيقها بنسبة 90٪ ، واستهلاك الطاقة للحصول على 1 م 3 س 2 3.5 كيلو وات في الساعة. الأعلى. يعد التحليل الكهربائي HT باستخدام الحرارة من HTGR واعدًا: فهو يخدم من ZrO 2 مع (يفضل Y 2 O 3 ، CaO ، Sc 2 O 3) ؛ عملية t-ra 800-1000 درجة مئوية ، المستوى الممكن تحقيقه من استهلاك الكهرباء للحصول على 1 م 3 س 2 2.5 كيلو وات ساعة عند الكثافة الحالية 3-10 كيلو أمبير / م 2.
من البلازما. طرق الحصول على H 2 Naib. دورة واعدة لثاني أكسيد الكربون على مرحلتين ، بما في ذلك: 1) (2CO 2 -> 2CO + O 2) ، يتم تنفيذها في شعلة بلازما ذات طاقة. كفاءة تصل إلى 75-80٪ ؛ 2) تحويل ثاني أكسيد الكربون مع الماء (CO + H 2 O -> H 2 + CO 2) ، وبعد ذلك يعود ثاني أكسيد الكربون الناتج إلى شعلة البلازما.
ثيرموشيم. دورات الحصول على H 2 هي مجموعة متتالية. كيمياء. تؤدي إلى تحلل المواد الخام الأصلية المحتوية على الهيدروجين (عادة) عند درجة حرارة أقل من تلك المطلوبة للحرارة. . لذا درجة الحرارة. عند 2483 درجة مئوية هي 11.1٪. في هذه الدورات ، يتم تجديد كل شيء ما عدا المواد الأولية المحتوية على الهيدروجين. فيما يلي أمثلة على Thermochem. دورات التحلل.
حامض الكبريتيك: 
من الفائدة أيضًا الكيمياء الحرارية لكبريتيد الهيدروجين. دورات ، على سبيل المثال: 
عند استخدام H 2 S بدلاً من ذلك ، يتم تقليل تكاليف الطاقة للحصول على H 2 ، لأن طاقة الرابطة HS في طاقة أقل بكثير اتصالات N-Oفي ، بالإضافة إلى H 2 يتشكل - مادة كيميائية مهمة. مواد خام.
الواعدة والمياه p-ditch CO 2 ، H 2 SO 4 ، HC1 ، HBr ، H 2 S ، AgCl وغيرها تحت تأثير الإشعاع النووي (الصلب ، النيوترون). الأعلى. المصادر القوية لمثل هذا الإشعاع هي المفاعلات النووية. لتطوير هذه الطريقة ، من الضروري إنشاء مصادر إشعاع نووي ذات كثافة طاقة عالية ، لتطوير أنظمة قادرة على امتصاص أكثر من 50 ٪ من الطاقة الإشعاعية بواسطة وسيط التفاعل واستخدامه مع الإشعاع. الناتج أكثر من 10 ساعات 2 لكل 100 فولت.
فوتوتشيم. طرق الحصول على غاز الهيدروجين باستخدام الطاقة الشمسية. تم إجراء التحليل الكهربائي الضوئي (بإنتاج منفصل لـ H 2 و O 2) ؛ سوف يمثل الأسلوب العملي. الفائدة إذا وصلت كفاءتها إلى 10-12٪ (حتى الآن حوالي 3٪). يعتمد التحلل البيولوجي على حقيقة أن البعض (على سبيل المثال ، كلوريلا) ، يمتص الطاقة الشمسية ، قادر على التحلل