Zanimivo sporočilo je vodikova energija. Energija vodika. Vivos voco: g.a. mesec, m.d. Prokhorov, "vodikova energija in gorivne celice"

9. decembra 2003 je potekalo skupno srečanje predsedstva Ruske akademije znanosti in upravnega odbora OJSC "Rudarsko-metalurško podjetje Norilsk Nickel". Udeleženci srečanja so prisluhnili znanstvenemu sporočilu " Energija vodika in gorivnih celic", ki ga je v imenu soavtorjev izdelal akademik G. A. Mesyats, in govor generalnega direktorja - predsednika upravnega odbora OJSC "Rudarsko-metalurško podjetje "Norilsk Nickel"" M.D. Prokhorov. raziskovalno in razvojno delo na vodiku energije in gorivnih celic med Rusko akademijo znanosti in OJSC "Rudarsko-metalurško podjetje" Norilsk Nickel ". V imenu Akademije je program podpisal predsednik Ruske akademije znanosti, akademik Yu.S. Osipov, dne del družbe, generalni direktor M. D. Prokhorov. Gradivo seje predsedstva Ruske akademije znanosti je objavljeno spodaj z rahlimi skrajšanji.

VODIKOVA ENERGIJA
IN
GORIVNE CELICE

G. A. Mesyats, M. D. Prokhorov

Mesec Gennady Andreevich- akademik, podpredsednik Ruske akademije znanosti, direktor Inštituta za elektrofiziko Uralske podružnice Ruske akademije znanosti.
Prokhorov Mihail Dmitrijevič- generalni direktor - predsednik upravnega odbora OJSC MMC Norilsk Nickel.

Septembra 2003 je bilo načeloma sklenjeno, da bosta Ruska akademija znanosti in rudarsko-metalurško podjetje Norilsk Nickel združili moči pri raziskavah problemov vodikove energije in gorivnih celic. 10. novembra 2003 je bil podpisan Splošni sporazum o sodelovanju med Rusko akademijo znanosti in Norilskim nikljem. V skladu z dogovorom moramo v enem mesecu razviti in podpisati program našega skupnega dela. V tem mesecu je skupaj s predstavnikom Norilsk Nickel V.A. Pivnyuka smo obiskali številne vodilne znanstvene organizacije Ruske akademije znanosti in druge oddelke. Obiskali smo Ural, izvedli tri znanstvene seminarje - v Jekaterinburgu, Sankt Peterburgu in Moskvi, kjer smo slišali okoli 40 znanstvenih poročil.

Dogovorili smo se, da bo delo potekalo predvsem v smeri vodikove energije in gorivnih celic, saj je pojem "vodikova energija" veliko širši kot zgolj pridobivanje električne energije. Poleg tega smo se dogovorili (in to je določeno v sporazumu), da se bodo številne študije, ki jih trenutno na bilateralni osnovi izvajajo inštituti Ruske akademije znanosti in podjetje Norilsk Nickel, nadaljevali. Nekateri so izven okvira našega skupnega programa, potem pa se lahko vanj združijo.

Povedal vam bom o trenutnem stanju vodikove energije v svetu, o tem, kaj se dogaja na tem področju raziskav v Rusiji, kakšne priložnosti obstajajo in na kaj lahko računamo.

Od leta 1900 do 2000 se je poraba energije v svetu povečala skoraj 15-krat - z 21 na 320 ecoJ (1 ecoJ = 27 x 10 6 m 3 nafte). Kot primarni viri se uporabljajo naftni derivati ​​(34,9 %), premog (23,5 %), zemeljski plin (21,1 %), jedrsko gorivo (6,8 %) in obnovljivi viri - veter, sonce, hidro- in biogoriva (13,7 %). To je privedlo do tega, da so se v 50 letih emisije ogljikovega dioksida v ozračje povečale za 4,5-krat in so danes 20 x 10 12 m 3 /leto. To je isti ogljikov dioksid, za katerega obstaja Kjotski protokol in ki, kot zagotavljajo številni znanstveniki, povzroča učinek tople grede. Na splošno energija, ki temelji na fosilnih gorivih, ustvarja veliko okoljskih težav. Pojavi se dilema: brez energije je nemogoče rešiti našo civilizacijo, vendar obstoječe metode proizvodnje energije in visoke stopnje rasti njene porabe vodijo v uničenje okolja. Seveda je ena glavnih nalog sodobne energetike iskanje načinov za premagovanje okoljskih problemov.

Drugi in verjetno glavni problem je, da so obstoječi viri energije omejeni. Menijo, da nafta in plin ne bosta zdržala več kot 100 let, premog - približno 400 let, jedrsko gorivo - več kot 1000 let. Da bi imeli gorivo, ko so zemeljske zaloge nafte in plina izčrpane, in da bi rešili okoljske probleme, je treba preiti na nove vire energije in imeti »čisto energijo«. In naše glavno upanje je za vodikovo energijo: uporaba vodika kot glavnega nosilca energije in gorivnih celic kot generatorjev električne energije. Hkrati se bo poraba fosilnih goriv močno zmanjšala, saj lahko vodik pridobivamo iz vode in ga razgradimo na vodik in kisik. Energijo za to bodo zagotavljali jedrska energija in obnovljivi viri.

Prehod na vodikovo energijo pomeni obsežno proizvodnjo vodika, njegovo shranjevanje, distribucijo (zlasti transport) in uporabo za proizvodnjo energije z uporabo gorivnih celic. Vodik se uporablja tudi na drugih področjih, kot so metalurgija, organska sinteza, kemična in živilska industrija, promet itd. (slika 1). Sodeč po trenutnem tempu in obsegu razvoja vodikove energije na našem planetu bi morala svetovna civilizacija kmalu preiti na vodikovo gospodarstvo. Pravzaprav je naloga ustvariti gorivne celice in uporabiti vodik za proizvodnjo električne energije. Osredotočil se bom na gorivne celice.

Začel bom s proizvodnjo vodika. Eden od njegovih virov je naravno gorivo: metan, premog, les itd. Pri interakciji goriva z vodno paro ali zrakom nastane sintezni plin – zmes CO in H 2 (slika 2). Nato se iz njega sprosti vodik. Drugi vir so kmetijski odpadki, iz katerih se pridobiva bioplin, nato pa sintezni plin. Industrijski odpadki se uporabljajo tudi za proizvodnjo sintetnega plina, kar hkrati prispeva k reševanju okoljskih problemov, saj je odpadkov veliko in jih je treba odstraniti. Na koncu nastanejo ogljikov dioksid, vodik in ogljikov monoksid. Sledi katalitsko čiščenje, elektrokemijska pretvorba itd. Vodik lahko pridobimo tudi z elektrolizo vode, torej z njeno razgradnjo pod vplivom električnega toka. Zelo pomemben element pri pretvorbi plina, ki vsebuje vodik, je čiščenje plina na paladijevih membranah. Končni rezultat je čisti vodik.

Zdaj se bom osredotočil na metode shranjevanja vodika. Najbolj učinkoviti med njimi so baloni. V tabeli 1 je prikazano razmerje (v odstotkih) med maso vodika in maso posod za njegovo shranjevanje. Če jeklenka zdrži 300 atm, potem je v njej mogoče shraniti 13% (mase) vodika; 500 atm - 11%. V ZDA so razvili jeklenke, zasnovane za 700 atm. Shranjujejo 9 % vodika. Priročno je hraniti vodik v utekočinjenem stanju. Dobri načini njegovega shranjevanja so adsorpcija vodika v kovinskih hidridih (približno 3 %) in v intermetalnih spojinah (do 5 %). Obstajajo ideje in se že izvajajo poskusi o metodah shranjevanja vodika, kot so ogljikovi nanomateriali, nanocevke in steklene mikrosfere. Ugotavljam, da je smiselno čim bolj pravočasno uskladiti procese pridobivanja vodika iz tradicionalnega goriva in njegovo porabo, da bi čim bolj zmanjšali potrebo po shranjevanju vodika.

Obrnem se na proizvodnjo električne energije z uporabo vodika, torej neposredno v gorivne celice. To je galvanska celica, ki proizvaja električno energijo zaradi redoks transformacij reagentov, ki prihajajo od zunaj. Med delovanjem gorivne celice se elektrolit in elektrode ne porabijo in se ne spremenijo. V njem se kemična energija goriva neposredno pretvori v električno. Zelo pomembno je, da ne pride do pretvorbe kemične energije goriva v toplotno in mehansko energijo, kot pri tradicionalni energiji. Pri zgorevanju plina, kurilnega olja ali premoga v kotlu se segreje para, ki pod visokim tlakom vstopi v turbino, turbina pa že vrti električni generator.

V najpreprostejši gorivni celici, kjer se uporablja čisti vodik in čisti kisik, se vodik razgradi in ionizira na anodi (slika 3). Molekula vodika proizvede dva vodikova iona in dva elektrona. Na katodi se vodik združi s kisikom in tvori vodo. Pravzaprav je to glavna okoljska korist: namesto tega se v ozračje sprošča vodna para velika količina ogljikov dioksid, ki nastane pri obratovanju tradicionalnih termoelektrarn.

Prvo električno energijo so pridobili z uporabo gorivnih celic že leta 1839. Vendar pa se je razcvet vodikove energije zgodil, ko se je začelo raziskovanje vesolja. V 60-ih letih prejšnjega stoletja so bile ustvarjene gorivne celice z močjo do 1 kW za programe Gemini in Apollo, v 70-80-ih - 10-kilovatne gorivne celice za Shuttle. Pri nas so bile takšne instalacije za program Buran razvite v NPO Energia, ki je delovala kot koordinator celotnega programa, same alkalne gorivne celice pa so bile ustvarjene v Novouralsku v elektrokemični tovarni. V istih letih so bile zgrajene elektrarne z močjo okoli 100 kW na gorivnih celicah s fosforno kislino. Japonska in ZDA imata pilotne 10-megavatne elektrarne.

Od devetdesetih let prejšnjega stoletja do danes so bile za stacionarno avtonomno energijo razvite gorivne celice z zmogljivostjo od 1 kW do 1 MW. Upoštevati je treba, da se gorivne celice uporabljajo tudi v motornih vozilih, kot njihova obremenitev pa se uporabljajo elektromotorji. Poleg tega se razvijajo prenosni viri električne energije (moč manj kot 100 W) za računalnike, mobilne telefone in kamere. Kot gorivo uporabljajo praviloma metanol, iz katerega pridobivajo vodik. Polnjenje elementov se izvaja le enkrat na mesec.

Gorivna celica je sestavljena iz ionskega prevodnika (elektrolita) in dveh elektronskih prevodnikov (elektrod), ki sta v stiku z elektrolitom. Gorivo in oksidant se nenehno dovajata na elektrode - anoda in katoda, izdelki (inertne komponente in ostanki oksidanta ter oksidacijski produkti) se nenehno odstranjujejo iz njih. Glavne vrste gorivnih celic so prikazane v tabeli 2. Glede na vrsto elektrolita so razvrščene na alkalne, trdne polimerne, fosfatne, talilne karbonatne in trdne okside; delovna temperatura - nizka, srednja in visoka temperatura. Opažam, da uporaba elektrod iz paladija in kovin skupine platine vodi do povečanja specifičnih lastnosti in povečanja vira gorivnih celic. Polimerno membrano Nafion, ki se uporablja v trdnih polimernih gorivnih celicah, proizvaja v ZDA in Kanadi podjetje DuPont, v Rusiji podobne membrane proizvaja podjetje Plastpolymer.

Podal sem primer gorivne celice, v kateri prenos naboja izvajajo vodikovi ioni v elektrolitu (glej sliko 3). V drugih gorivnih celicah lahko kisikov ion deluje kot nosilec naboja, radikal OH - ali CO 3 - je lahko kisik ali zrak kot oksidanta (slika 4).

Tabela 3 prikazuje zahteve glede čistosti vodika za različne gorivne celice. Alkalni, trdni polimerni in fosfatni elektroliti so zelo občutljivi na CO. V karbonatnih in trdnih oksidnih gorivnih celicah je CO gorivo. Zelo visoka je tudi občutljivost na CO 2 alkalnih celic, vendar CO 2 ne vpliva na delovanje drugih gorivnih celic. Vse gorivne celice kažejo dovolj visoko občutljivost na nečistoče, kot sta H 2 S in COS. Nečistoče so razvrščene kot strupene, če njihova prisotnost povzroči odpoved gorivnih celic zaradi zastrupitve elektrod ali elektrolitov. Navsezadnje nečistoče v vodiku skrajšajo življenjsko dobo gorivnih celic.

V svetu se trenutno aktivno razvijajo trdne polimerne gorivne celice na osnovi vodika (slika 5a). Predvideva se, da se bodo uporabljali predvsem v vozilih. Zaenkrat so njihovi stroški precej visoki: 1 kW inštalirane moči v najboljših vzorcih stane (3-5) tisoč dolarjev. Stroške 1 kW je treba znižati na 100 $, da bi bile trdne polimerne gorivne celice konkurenčne v transportu. . Kar zadeva avtonomno energijo, so zanjo predvsem namenjene trdne oksidne gorivne celice (slika 5b). 1 kW instalirane moči, ki jo proizvedejo, zdaj stane 3000 $, sprejemljivi strošek za vodikovo energijo - 1000 $ - pa bo morda kmalu dosežen.

Gorivne celice - samo komponento elektrokemijski generator, ki vsebuje tudi klimatske sisteme, pripravo goriva, odlaganje odpadkov itd. (slika 6). Primarno gorivo je lahko metan, hlapi metanola, kerozin, sintezni plin itd. Učinkovitost generatorjev z gorivnimi celicami (slika 7) se giblje od 30 % (motorji z notranjim zgorevanjem in plinske turbine) do 60-65 % (elektrarne s trdnimi oksidnimi gorivnimi celicami).

Še enkrat se bom vrnil k vprašanju emisij v ozračje, da bi razumel pomen okoljskega vidika vodikove energije. Tabela 4 prikazuje največje dovoljene emisije obstoječih elektrarn. Če preidemo na vodikovo energijo, se bodo nekatere emisije (NO x in CO) zmanjšale za rede velikosti, nekatere (SO 2 in trdni delci) pa sploh ne bodo obstajale.
Razmislite o elektrarni, ki temelji na sončni bateriji. Razpoložljivost sončne svetlobe in potreba po energiji ne sovpadata vedno. Kadar je poraba energije zanemarljiva, se lahko električna energija iz sončne plošče uporabi za elektrolizo vode in proizvodnjo vodika. Vodik vstopi v akumulator in se po potrebi uporablja za proizvodnjo električne energije v vodikovih elektrokemičnih generatorjih. Takšen hibridni sistem bo morda osnova za bodočo avtonomno elektroenergetsko industrijo.

Zdaj na kratko o možnostih uporabe gorivnih celic v prometu in decentralizirani energiji (tabela 5). Megavatne decentralizirane energetske elektrarne uporabljajo fosfatne in taline karbonatne gorivne celice ter metan kot gorivo in ga nato pretvorijo v vodik kemične metode. V prometu se uporabljajo kilovatne elektrarne s trdnimi oksidnimi in trdnimi polimernimi gorivnimi celicami.

Na Japonskem je bila ustvarjena elektrarna na gorivne celice z zmogljivostjo 100 kW, v Nemčiji - elektrarna z zmogljivostjo 250 kW, ki deluje kot majhna avtonomna elektrarna. Siemens Westighaus je razvil hibridno elektrarno na osnovi trdnih oksidnih gorivnih celic. V njej se za delovanje plinske turbine uporablja močan curek izpušnih plinov, to pomeni, da se električna energija, ki jo proizvaja turbina, doda električni energiji, ki jo generirajo gorivne celice. Največja avtomobilska podjetja na svetu razvijajo električna vozila. V mestih, kot so Amsterdam, Barcelona, ​​London, Hamburg, Madrid, so bili izvedeni demonstracijski testi mestnih avtobusov na gorivne celice. Prva tovrstna demonstracija je bila leta 1993, največ pa v letih 1999-2003: 60 demonstracij 17 avtomobilskih podjetij in 11 demonstracij 7 avtobusnih podjetij. Podjetji General Motors in Daimler-Chrysler nameravata električni avtomobil predstaviti leta 2004 (vodik naj bi pridobivali iz bencina), Ballard Power System in Daimler-Chrysler - leta 2005.

Kako potekajo stvari vodikova energija in gorivne celice v Rusiji?

Moram reči, da se z vodikovo energijo ukvarjamo že kar dolgo, saj so ta dela imela zelo veliko velik pomen za avtonomno energijo v vesolju in podmorniško floto. Vesolje in podmorska flota sta bila dejanska vira sredstev za razvoj vodikove energije. Skoraj 20 inštitutov Akademije znanosti ZSSR in nato Ruske akademije znanosti (v Moskvi, Jekaterinburgu in Novosibirsku) je reševalo nekatera vprašanja vodikove energije. V zadnjih letih so bile raziskave podprte predvsem s skupnimi pogodbami s tujimi podjetji (številen razvoj, ki sem ga omenil, je bil do neke mere narejen s sodelovanjem ruskih znanstvenikov).

Že 20 let na desetine akademskih institucij izvaja raziskave na tem področju. na Inštitutu za katalizo. GK Boreskov SB RAS, ki ima dobro eksperimentalno bazo in opremo za testiranje, preučuje možnost uporabe kovin skupine platine (paladij, platina itd.) za proizvodnjo vodika. Tukaj so bili ustvarjeni številni katalizatorji za proizvodnjo vodika iz metana z njegovim naknadnim čiščenjem z uporabo membran. Kar zadeva membrane, so na N.S. dosegli zelo dobre rezultate. A.V.Topchiev RAS. Na Inštitutu za elektrofiziko Uralske podružnice Ruske akademije znanosti so v okviru skupnega programa z Inštitutom za visokotemperaturno elektrokemijo Uralske podružnice Ruske akademije znanosti razvili metode za pridobivanje nanopraškov in nanokeramike z magnetnim pritiskanje. Proizvodnja električne energije v gorivnih celicah s trdnim oksidom poteka pri temperaturi 950°C in gostoti moči 470 MW/cm 2 .

Uralski elektrokemični obrat je pionir pri ustvarjanju elektrokemičnih generatorjev z zmogljivostjo desetine kilovatov. Leta 1971 je bil tu za ruski lunarni program razvit elektrokemični generator Volna (moč 1,2 kW) na osnovi alkalne gorivne celice, leta 1988 pa sistem Foton (moč 10 kW) za Buran. Obrat lahko proizvede več takšnih enot na leto. Leta 1999 so bili za vesoljsko plovilo Yamal ustvarjeni moduli iz dveh nikelj-vodikovih baterij za shranjevanje, kar pomeni, da se vodik lahko uporablja ne samo za gorivne celice, ampak tudi za akumulatorje energije.

Leta 1982 je NPO Kvant avtomobilu RAF prvič dobavil vodikovo alkalno gorivno celico. V letih 2001 in 2003 Uralski elektrokemični obrat, RSC Energia in AvtoVAZ so na avtomobilskih salonih v Moskvi predstavili avtomobil Lada z električnim motorjem in fotonskim elektrokemijskim generatorjem. V prvem sistemu je kisik služil kot oksidant, v drugem pa zrak, očiščen iz CO 2, kar je močno poenostavilo zasnovo avtomobila. Vendar je bil v obeh primerih uporabljen vodik, shranjen v jeklenkah. Na eni bencinski črpalki lahko ti avtomobili prevozijo 300 km.

Pri nas so za avtonomno energijo ustvarjene različne instalacije z elektrokemičnimi generatorji z zmogljivostjo od 1 do 16 kW, vključno z ladijskimi z zmogljivostjo 150 kW ali več.

* * * Zakaj so gorivne celice privlačne in zakaj jih ni na trgu? Med prednostmi so: visoka učinkovitost, nizka toksičnost, brezšumnost, modularna zasnova (ob recimo kilovatnih gorivnih celicah je iz njih mogoče sestaviti močne elektrarne), raznovrstnost primarnih goriv, ​​širok razpon moči. Njihov prodor na trg omejujejo predvsem visoki stroški električne energije in majhen vir. Največji vir imajo trdne polimerne gorivne celice - (2-5) tisoč ur delovanja, medtem ko je zahtevana življenjska doba (20-30) tisoč ur.

Kar zadeva komercializacijo elektrokemičnih generatorjev gorivnih celic, v njihovih demonstracijskih testih sodeluje okoli 100 podjetij, dosežena je instalirana moč 50 MW. Povpraševanje po decentralizirani stacionarni energiji (moč elektrokemičnih generatorjev od 5 kW do 10 MW) -100 tisoč MW za 10 let. Zdaj 1 kW instalirane zmogljivosti stane več kot 3000 $, sprejemljiva cena je 1000 $.. Vozila potrebujejo 500 000 elektrokemičnih generatorjev gorivnih celic (zmogljivost 15-100 kW) na leto. Zdaj je cena enega takega generatorja več kot 3 tisoč dolarjev, sprejemljiva cena je 50-100 dolarjev.Tako je treba stroške stacionarnih gorivnih celic večkrat zmanjšati in desetkrat strošek gorivnih celic za transport.

Glede na potrebe trga ameriški proračunski naložbeni program predlaga vlaganje 5,5 milijarde dolarjev v razvoj tehnologije gorivnih energentov v naslednjih 10 letih, industrijska podjetja - skoraj 10-krat več.

Rusija na ravni sistemskega razumevanja problema gorivnih celic nikakor ni slabša od Zahoda. S tem problemom se tako ali drugače v sodelovanju z mednarodnimi podjetji ukvarja na desetine domačih institucij. Domače podjetje "Plastpolimer" namerava v Evropi zgraditi enega od obratov za proizvodnjo polimerne folije za trdne polimerne gorivne celice. Na nedavni konferenci v Washingtonu so Američani povedali, da kupujejo polimerno folijo iz Španije, izdelano po ruski tehnologiji.

Na področju tradicionalnih tehnologij smo daleč za Zahodom. Toda tradicionalne tehnologije kljub ogromnim naložbam Zahodu in Japonski še niso omogočile, da bi ustvarile gorivne celice komercialnega razreda. Prehiteti moramo Zahod, ne da bi ga dohiteli. Za to se mi zdi, da imamo dober začetek na področju nanotehnologije, usmerjene sinteze materialov, tankoslojnih, žarkovnih tehnologij. Za hiter napredek je treba združiti dovolj močan potencial Ruske akademije znanosti, industrijskih inštitutov in Ministrstva za atomsko energijo Ruske federacije.

Celovit program za raziskovanje, raziskave in razvoj na področju vodikove energije in gorivnih celic načrtuje študij paladija. Kovinski paladij platinaste skupine je eden glavnih materialov za gorivne celice in vso vodikovo energijo. Na njegovi osnovi se izdelujejo katalizatorji, membranske naprave za proizvodnjo čistega vodika, materiali z izboljšanimi funkcionalnimi lastnostmi, gorivne celice, elektrolizerji in senzorji za določanje vodika. Paladij lahko učinkovito shranjuje vodik, zlasti paladijev nanoprašek.

Poleg vodikove energije se paladij uporablja v katalizatorjih za naknadno obdelavo izpušnih plinov iz običajnih vozil; elektrolizerji za proizvodnjo vodika in kisika z razgradnjo vode; prenosne gorivne celice, zlasti metanol; trdni oksidni elektrolizerji z elektrodami na osnovi paladija; naprave za pridobivanje kisika iz zraka, tudi za medicinske namene; senzorji za analizo kompleksnih plinskih mešanic.

Naloge Ruske akademije znanosti pri razvoju vodikove energije in tehnologij paladija so po našem mnenju naslednje:

razvoj novih tehnologij za vodikovo energijo;

Iskanje in preučevanje novih materialov in procesov, ki so perspektivni na področju vodikove energije;

Raziskave o racionalni in učinkoviti rabi kovin paladija in platinske skupine v energiji in katalizi;

Znanstvena podpora akademskih inštitutov za razvoj industrijskih tehnologij (ne moremo organizirati množične proizvodnje, smo pa dolžni organizirati znanstveno podporo);

Razvoj napovedi za razvoj vodikove energije v Rusiji;

Oblikovanje koncepta vodikove ekonomije.

Navedel bom prednostna področja dela akademskih institucij v okviru Splošnega sporazuma med Rusko akademijo znanosti in OJSC "Rudarsko-metalurško podjetje" Norilsk Nickel ":

izdelava trdnih polimernih in trdnih oksidnih gorivnih celic ter nadaljnja študija možnosti alkalnih gorivnih celic, predelovalcev goriva za proizvodnjo vodika iz ogljikovodikovih goriv;

Razvoj kompleksov za proizvodnjo, čiščenje, kopičenje, shranjevanje in transport vodika;

Izdelava visoko učinkovitih okolju prijaznih elektrarn in elektrokemičnih generatorjev širokega razreda na osnovi gorivnih celic, vključno s tistimi za uporabo v potrošniških elektronskih napravah;

Razvoj ključnih elementov vodikove energetske infrastrukture;

Razvoj naprednih tehnoloških procesov in izdelava visokotehnoloških izdelkov, ki temeljijo na uporabi kovin paladija in platinske skupine.

Za zaključek bi rad omenil, da je za Rusko akademijo znanosti prišel pomemben trenutek: industrija in velika zasebna podjetja se zanimajo za njen temeljni razvoj, da bi povečali konkurenčnost svojih izdelkov. Vedno smo govorili: takoj ko bo naša industrija začela oživljati, bo oživela tudi znanost. Sodelovanje Akademije znanosti v skupnem programu z Norilskim nikljem je v nekem smislu pilotni poskus v novi organizaciji temeljnih in aplikativnih raziskav.

Izvajanje Splošnega dogovora in programa, ki bosta danes podpisana, je ena od smeri prihodnjega razvoja Akademije znanosti. Vem, da se za sodelovanje z Rusko akademijo znanosti zanimajo tudi druga podjetja in z našimi inštituti že sodelujejo na bilateralni osnovi. Naj vas spomnim, da je leta 2002 Akademija znanosti zaradi gospodarskih sporazumov zaslužila 5 milijard rubljev, sredstva, ki so ji bila dodeljena iz proračuna, pa so znašala 10 milijard rubljev. Upam, da bo sedanje skupno srečanje predsedstva Ruske akademije znanosti in upravnega odbora družbe Norilsk Nickel postavilo temelje za nove metode inovacijske dejavnosti Ruske akademije znanosti.

Nato je besedo dobil generalni direktor - predsednik upravnega odbora OJSC MMC Norilsk Nickel M.D. Prokhorov.

M.D. Prokhorov: Svoj govor bom začel z besedami hvaležnosti Ruski akademiji znanosti za energijo in navdušenje, s katerim so se njeni predstavniki vključili v skupni razvoj vodikove teme in gorivnih celic. Rad bi spregovoril o vprašanju ruske strategije na področju vodikove energije in gorivnih celic ter razpravljal o podlagi, iz katere izhajamo, in zahtevah, ki jih je treba predstaviti našemu razvoju.

Na naše globoko obžalovanje je Rusija izgubila status velike gospodarske sile: po BDP smo v drugi deseterici sveta, po povprečnem dohodku na prebivalca – še dlje; naše gospodarstvo je močno odvisno od izvoza in uvoza visoke tehnologije; dodani izdelek ni razvit v državi, marsikaj uvažamo. Vse to je treba upoštevati pri razvoju programa vodikove energije, da bo uspešen.

Predsednik Rusije V.V. Putin si je zastavil ambiciozen cilj: podvojiti BDP do leta 2010. Toda ta cilj temelji na linearnem podvojevanju. Po mojem mnenju z 8-odstotno rastjo BDP na leto ne bomo rešili globalnega problema – Rusije ne bomo vrnili med vodilne svetovne gospodarske sile. Zaostanek iz teh držav bomo le nekoliko zmanjšali. Če bo naš BDP rasel za 8 % na leto, BDP ZDA pa za 1 % na leto, bomo njihov potencial dosegli v 236 letih.(izpostavili smo - V.V. )

Preučevanje gospodarskih problemov in skupno delo z Rusko akademijo znanosti je naše podjetje pripeljalo do enega zelo zanimivega zaključka. Verjamemo, da je razvoj vodikove energije in tehnologije gorivnih celic edini način, da naša država postane ena vodilnih svetovnih gospodarskih sil. Navedel bom tri osnovne argumente.

Prvi argument. Svet je pred izbiro prehoda v nov tehnološki red. In sploh ni nujno, da bodo tiste države, ki so zdaj na konju, pri tem prehodu še posebej uspešne. Nasprotno, velike naložbe v veliko, drago infrastrukturo (približno 1 bilijon dolarjev) morda ne bodo omogočile pravočasne preusmeritve in prehoda na nov način življenja. Toda naša država ima priložnost, da poskuša takoj narediti preboj v novo gospodarstvo.

Drugi argument. Glavni cilj vodikove tehnologije je zmanjšati odvisnost od obstoječih virov energije, torej nafte in plina. Prav ti energenti so osnova našega trenutnega gospodarstva in proračuna. Če se bo čez 15 let, kot posledica uvedbe vodikovega gospodarstva, poraba nafte in plina močno zmanjšala, bomo imeli depresiven razvojni model. Tako preprosto nimamo alternative za prehod na vodikovo gospodarstvo.

Tretji argument.Če želite tekmovati, potrebujete konkurenčne prednosti. V tem primeru so očitni: temeljni razvoj Ruske akademije znanosti in kovina prihodnosti - paladij, katerega 50% svetovne proizvodnje nadzoruje Rusija.

Vsi ti trije argumenti me prepričujejo, da imamo praktično zgodovinsko priložnost, da predsedniku države in vladi predlagamo naš skupni celovit program kot nacionalno gospodarsko idejo za vrnitev Rusije v status velike gospodarske sile. In to bo po mojem mnenju treba storiti z uporabo Sveta pri predsedniku Ruske federacije za znanost in visoke tehnologije.

Kakšne zahteve bo svetovno gospodarstvo postavilo našemu razvoju?

Najprej moramo biti pred našimi zahodnimi kolegi. Dejstvo je, da na žalost dodani izdelek v državi ni razvit, kar pomeni, da je zmogljivost ruskega trga zelo majhna. In na prvi stopnji je treba naše izdelke prodajati ravno na zahodnih trgih, zato mora naš razvoj preseči zahodne kolege, da jih trg sprejme. Prednost moramo dati raziskavam in razvoju, ki ne bodo ponovili podobnih tujih projektov, ampak nam bodo omogočili, da bomo dosegli vodilno mesto v svetu in ustvarili konkurenčne izdelke na področju vodikove energije, ki bodo po svojih parametrih prekašali zahodne modele in tehnologije. Če želite dohiteti, morate takoj prehiteti.

Naše globoko prepričanje je, da preprosto izboljšanje današnjih tehnologij ne izpolnjuje nujnih zahtev prihodnjega vodikovega gospodarstva. Tehnične probleme na tem področju bi bilo treba reševati z resnimi temeljnimi raziskavami na različnih področjih kemije, fizike, znanosti o materialih, nanotehnologiji, pa tudi z integracijo samih raziskav s proizvodnimi in poslovnimi potrebami že na v zgodnji fazi njihovo izvajanje.

Druga pomembna težava je financiranje. Seveda sredstva Norilsk Nickel ne bodo zadostovala za celoten obsežen program. To je samo začetni kapital, ki bo stvari dvignil s tal. V okviru nacionalnega programa je treba pritegniti državna sredstva, pa tudi vire naftnih, plinskih in energetskih podjetij.

Po mojem mnenju ni dovolj imeti sredstev za financiranje znanstvenega razvoja, treba je imeti jasno državo<аказ на покупку и внедрение уже достигнутого. Все мы знаем, что во многих случаях новая экономика внедряется крайне тяжело, инфраструктура не готова, поэтому отдельная строчка должна быть по внедрению тех продуктов, которые мы с вами совместно наработаем. И естественно, нужно готовить кадры для новой системы экономических отношений.

Nekaj ​​besed o našem obsežnem programu. Njegova glavna naloga je ustvariti verigo od temeljnih znanstvenih raziskav do eksperimentalnega projektiranja na področju vodikove energije. Druga, po mojem mnenju zelo pomembna naloga je izbira ključnih smeri razvoja vodikove energije in gorivnih celic. Nič manj pomembno ni usklajevanje naših dejavnosti, recimo mletje mentalitete, pri čemer je zelo velika vloga pripisana Svetu za celostni program, ki ga vodi akademik Genadij Andrejevič Mesyats. In končno, načrtujemo ustanovitev centra za paladij na podlagi znanstvenih institucij Akademije znanosti, ki se bo ukvarjala z naprednimi raziskavami o izdelkih napredne predelave paladija in njegovih spojin. Te izdelke bomo promovirali na svetovne trge in jih nadomestili s tujimi izdelki, ki jih trenutno uporablja naše gospodarstvo.

V zaključku svojega kratkega govora vas želim opozoriti na dejstvo, da sem popolnoma prepričan, da imamo v rokah prav nacionalno idejo o vrnitvi Rusije v vrste vodilnih svetovnih sil. In prihodnost naše države je odvisna od tega, kako uspešno in hitro jo bomo uresničili. Pripravljeni smo trdo delati.

DISKUSIJA

Akademik Yu.A. Osipyan: Gennady Andreevich Mesyats je naredil zelo obsežen in koristen pregled problema vodikove energije. Kot sem razumel iz govora Mihaila Dmitrijeviča Prohorova, Norilsk Nickel upa na nekakšen preboj na tem področju, ki ga je mogoče doseči z našo pomočjo. Razmisliti moramo, katere temeljne korake moramo narediti, da bi zagotovili preboj v prihodnosti. V zvezi s tem bi se rad osredotočil na dve vprašanji, s katerimi se naš Inštitut za fiziko trdnega telesa ukvarja že precej časa. Prvič, sposobni smo ustvariti zelo visok tlak vodika, kar je samo po sebi tehnološko revolucionaren dosežek. Kot razumete, je nemogoče stisniti vodik s preprostim kompresorjem, ker "plazi" skozi vse železo. Nemogoče je mehansko ustvariti tlak vodika nad 5000 atm. Razmisliti morate o drugih metodah. Naš inštitut ima že več kot 10 let povsem »pionirsko« tehniko: vodikov tlak okoli 100.000 atm vzdržujemo s čisto kemično-dinamično metodo. Vprašanje je: zakaj je to potrebno? S tako visokim tlakom vodika lahko ugotovimo, koliko vodika lahko akumulirajo različne snovi, torej jih potrdimo za morebitno kopičenje vodika. Precej sem prepričan (mislim, da mi nihče ne bo trdil), da prihodnost pripada polprevodniškim vodikovim baterijam. Preučujemo kopičenje vodika s fulereni in nanocevkami. Moram reči, da se takšno delo izvaja po vsem svetu. Izkazalo se je, da visok tlak vodika pomaga "posaditi" v te strukture precej vodika, ki se v njih zadrži do temperature okoli 450-600°C. Ko vodik začne izbruhniti, se lahko sežge. Povedati je treba, da se lahko v fulerenih in nanocevkah pri visokem tlaku nabere precej velika količina vodika (več kot 200 %). Uslužbenec našega inštituta, znan specialist s področja fizike visokih tlakov, profesor E.G. Poniatowski je vodja japonskega projekta izdelave vodikovih baterij za vozila, ki ga japonski znanstveniki delajo za Mitsubishi. Drugo vprašanje, na katerem se želim osredotočiti, se nanaša na klasično elektrokemijo. Obstajajo elektroliti v trdnem stanju, tako imenovani superioniki - superionski prevodniki, ki lahko v bližnji prihodnosti nadomestijo tekoče elektrolite. Pri superioniki se prevodnost ne izvaja zaradi elektronov, temveč zaradi ionov, ki imajo zelo veliko mobilnost. Treba je opozoriti, da je ta smer zelo obetavna. Zdi se mi, da bi bilo treba celovit program, ki ga je predstavil Genady Andreevich, okrepiti s fizičnega vidika, zlasti pa bi moral vključevati tako temeljne probleme, kot so shranjevanje vodika v polprevodniških baterijah in nove vrste prevodnikov. Mislim, da je treba sestavo sveta za celostni program dopolniti s predstavniki Oddelka za fizične vede Ruske akademije znanosti.

Akademik E.P. Velihov: Seveda je zelo dobra ideja poskusiti narediti preboj na področju vodikove energije. Glavna stvar je, da imamo znanstveno podlago za takšen preboj. Nič manj pomembno je dejstvo, da ima Rusija ogromno zalog naravnega premoga z najnižjo ceno. Naša država bi načeloma lahko postala na eni strani trg za vodikovo energijo, vključno z vozili na gorivne celice, na drugi strani pa dobavitelj naravnega premoga za proizvodnjo vodika. Da bi vse te zamisli spremenili v pravi komercialni program, je potrebna sistemska analiza, h kateri bi morala prispevati Akademija znanosti skupaj z zasebno industrijo. Konec koncev je že bil en vodikov razcvet – na zemeljski plin – in razumeti moramo, zakaj se ni končal z ničemer. Moskovska vlada ima nekoliko drugačen pogled na prometni problem. Domneva se, da avtomobili ne bodo delovali na vodik, ampak na eter. Toda tudi v tem primeru boste morali ustvariti lastne vire energije. Če bomo uvažali avtomobile, bomo morali ustvariti drugo strukturo, ki zagotavlja gorivo. Kar zadeva gorivo, se mi zdi, da bo to v bližnji prihodnosti zemeljski plin, v prihodnosti pa jedrsko gorivo. Visokotemperaturni plinsko hlajen reaktor je sprejet kot glavni vir energije. Vendar pa bo za njegovo ustvarjanje, pa tudi za izvajanje programa razvoja jedrske energije, potrebno resno delo. Če govorimo o možnem uvozu, bom navedel precej smešen primer. V Moskvi se bliža zaključku gradnja obrata za predelavo mestnih odpadkov po plazemski metodi. Iz ene tone smeti je načrtovano pridobiti 70 kg vodika. Za Rusijo tako majhna količina vodika še ni zanimiva. A za države, kot sta Japonska in Izrael, kjer je veliko smeti, je to pomembno. Po zelo grobi oceni v razviti industrijski državi družina proizvede dovolj smeti na leto, da bi lahko avto eno leto poganjal avto na vodik, pridobljen iz družinskih odpadkov. Eno najpomembnejših vprašanj je končna čistost nastalega vodika, saj se plazemska pretvorba lahko uporabi tudi za pretvorbo metana v vodik. Zato se mi zdi nujno, da vse tehnologije vodikove energije ocenimo z ekonomskega vidika in nemudoma pripravimo nekakšno sistematično poročilo o problemu.

Akademik V.E. utrdbe: Mislim, da bi se morali zahvaliti Genadiju Andrejeviču Mesjacu za odlično delo, ki ga je opravil, in Mihailu Dmitrijeviču Prohorovu, da je dal takšno pobudo. Kljub temu, da je bila prva gorivna celica zagnana pred 160 leti in je po mojem mnenju pred nami še tretji razcvet vodikove energije, je danes vodikova energija v središču pozornosti vseh energetskih programov na svetu. In to se zgodi, ker vodikova energija izpolnjuje vse najpomembnejše zahteve za energetske tehnologije - okolju prijazne, visoko učinkovite in poleg tega decentralizirane. Povedati je treba, da danes razvoj vodikove energije omejujejo gospodarski vidiki. Stroški kilovata nameščene zmogljivosti so več kot (3-4) tisoč dolarjev - red velikosti več kot pri tradicionalni energiji. Poleg tega je cena vodika za red višja od običajnega goriva. Kljub temu je vsem očitno, da se bo cena konvencionalnega goriva dvignila, energija, ki jo proizvajajo vodikove naprave, pa upadla. Zato so možnosti za vodikovo energijo precej zadovoljive. Zdi se mi, da je treba v kompleksnem programu o vodikovi energiji, o katerem razpravljamo, pozornost nameniti gospodarski komponenti. To je nekoč rekel naš izjemni inženir energetike akademik Mihail Adolfovič Styrikovich "Energija je fizika in ekonomija in nič več." Vsaka nova tehnologija bi morala biti podvržena skrbni vsebinski analizi, vključno z ekonomsko, zlasti glede konkurence z drugimi tehnologijami. Druga zelo resna težava je varnost vse vodikove energije. Vsi se dobro spomnimo, kako sta nerešen varnostni problem in posledično černobilska nesreča zavlekla razvoj jedrske energije. Po enem od scenarijev je v četrtem bloku jedrske elektrarne v Černobilu eksplodiral vodik. Vodik ima fizikalne in kemične lastnosti, zaradi katerih je uporaba zelo nevarna. Hitrost difuzije vodika v odprtem prostoru je 2 m/s (pri navadnem plinu je 20 cm/s). Poleg tega je meja koncentracije za zgorevanje in detonacijo vodika za rede velikosti višja od koncentracije gorivnega plina in bencinskih hlapov. In kar je najpomembneje, vodik ima najvišjo kalorično vrednost in je, odvisno od hidrodinamične sheme razvoja eksplozije, lahko desetkrat višja od TNT ekvivalenta trinitrotoluena. Ravnanje z vodikom zahteva najvišjo kulturo, kar je v ruskih razmerah težko zagotoviti. Treba je skrbno spremljati eksplozijsko in požarno varnost vseh teh sistemov. Ni naključje, da programi vodikove energije v ZDA in drugih državah posvečajo veliko pozornost ravnanju z vodikom. Predlagam, da se v našem celovitem programu okrepi element, ki je povezan z varnostjo proizvodnje, skladiščenja in uporabe vodika, saj lahko odvit nastavek v vodikovem motorju v garaži pod nebotičnikom povzroči eksplozijo in uniči celotno vodikovo energijo. industrijo. Za zaključek menim, da je treba poudariti, da je program vodikove energije dober primer inovativnih tehnologij s sodelovanjem Ruske akademije znanosti in zasebnih podjetij.

Akademik Zh.I. Alferov: Najprej bi se rad zahvalil Gennadyju Andreeviču Mesyatsu za poročilo - zelo informativno za veliko večino članov predsedstva Ruske akademije znanosti. In seveda pozdravljam pobudo Norilskega kombinata. Pomembno je, da se domača podjetja za razvoj visokih tehnologij začenjajo obračati k znanosti. Nedvomno sta energija in elektronika glavni smeri tehničnega razvoja. Seveda je nacionalna ideja prehod v gospodarstvo, ki temelji na visokih tehnologijah. Za primerjavo: 1 g ultra velikega integriranega vezja s topološko velikostjo 0,1 μm stane enako kot 1 tona olja; 1 g integriranega vezja na heterostrukturah je enak 10 ton olja. V teh shemah se uresniči ogromen intelektualni potencial, najsodobnejša oprema. Tehnološki preboj na področju energetike (tako na področju gorivnih celic kot na področju sončne energije, s katerim se ukvarjam) je bil v veliki meri pripravljen z velikimi sredstvi, ki so bila vložena v vojaške, jedrske in vesoljske programe. Če jih ne bi bilo, bi še vedno govorili o jedrski energiji kot o energiji prihodnosti. Zdaj se je situacija spremenila: velika sredstva za naložbe zagotavljajo zasebna podjetja. Še enkrat želim poudariti, da je na Akademiji znanosti ustvarjena precej velika znanstvena rezerva. Naslednja stopnja razvoja je vedno povezana z novim tehnološkim prebojom, ki ga pripravljajo resne temeljne raziskave. Na primer, skupna zmogljivost trenutne sončne energije je 1 GW, po ocenah, ki temeljijo na standardnih tehnologijah, bo leta 2030 10 GW. Že danes je zaradi uporabe novih idej v heterostrukturah mogoče povečati učinkovitost za dva ali trikrat, v naslednjih 10 letih se bo učinkovitost povečala na 50-60% (teoretično je učinkovitost 93%). Vem, da gorivne celice obstajajo že zelo dolgo, na primer organizacije, ki razvijajo vesoljsko tehnologijo. A na tem področju je treba iskati nove priložnosti za tehnološki preboj, sicer bomo še vrsto let na isti ravni. Zato je treba posebno pozornost nameniti raziskovalnim temeljnim raziskavam.

Akademik O.N. Favorsky: Slišali smo zelo zanimivo poročilo o zares plemeniti in pomembni znanstveni nalogi za državo. Vendar obstajata dve vprašanji, ki nista vključeni v celovit program in po mojem mnenju se morata v njem brez izjeme odražati. Vladimir Evgenijevič Fortov je pravilno postavil vprašanje varnosti vodikove energije. Vodik kot gorivo se v Rusiji uporablja že dolgo. V prejšnjem stoletju sta dva naša akademika, A.N. Tupolev in N.D. Kuznecov, ustvaril edino letalo na svetu, ki je letelo na vodik. Bilo je edinstveno letalo, prikazano je bilo v Nici in Londonu. Moral sem leteti na njej in moram vam povedati, da so ti leti dajali vtis nenehne nevarnosti ravno zato, ker ste ves čas razmišljali: "Ali so tam vsi vijaki priviti? Ali pušča vodik?" In zdaj govorijo o vodikovi energiji v domovih, v kateri zdaj vsake tri tedne zemeljski plin eksplodira v stanovanjih. Predstavljajte si puščanje vodika v hiši. Pravijo: "No, vodik je lahek. Dvignil bi se." Da, šel je gor in tam so prižgali cigareto ... In drugo vprašanje. Če je gorivna celica vodik-kisik, potem zaradi nečistoč, ki so lahko v vodiku in kisiku, še ne deluje za velike vire. Danes imajo najboljše gorivne celice vir največ nekaj tisoč ur. Toda še pred več kot 25 leti je dopisni član Akademije znanosti ZSSR N.S. Lidorenko v Moskvi in ​​akademik Akademije znanosti Ukrajinske SSR A.N. Podgorny v Harkovu je ustvaril električna vozila. Sam sem jih vozil - tako Volgo kot Rafika, upravljanih je bilo le osem električnih vozil. Zakaj niso šli dlje od demonstracij? Vira ni bilo, saj električna vozila niso več delovala na čisti kisik, ampak na zrak, v katerem so žveplo, težke kovine in vse vrste umazanije. Od tu sledi druga najpomembnejša naloga Akademije znanosti: kako prečistiti zrak, ki se uporablja v gorivnih celicah, tako da imajo vir. Torej je treba probleme varnosti in življenjske dobe gorivnih celic po mojem mnenju upoštevati v obsežnem programu za vodikovo energijo.

Akademik V.I. Subbotin: Seveda je zelo dobro, da je Akademija znanosti izpostavila tako pomemben problem, kot je vodikova energija. Menim, da vas je treba spomniti, da je vodik nosilec energije, ne vir energije. Za pridobitev vodika (v naravi ga v čisti obliki ne najdemo, ves je v kemičnih spojinah) je treba porabiti energijo. To pomeni, da moramo pri prehodu na vodikovo energijo upoštevati, koliko energije je treba porabiti za proizvodnjo vodika in ali je to donosno. Vodik lahko pridobivamo na različne načine – z elektrolizo, pirolizo, radiolizo in kemičnimi reakcijami. Te procese je treba zelo natančno primerjati, ugotoviti, kaj je dobičkonosno in kaj ne, saj je pravzaprav od njih odvisna učinkovitost celotnega sistema. Končno, v kakšni obliki naj se uporablja vodik. Če je samo plin brez tlaka, potem ima zelo nizko vsebnost kalorij, če je pod visokim pritiskom, potem je to zelo težko narediti. Kriogenika je tudi kompleksna stvar. V kovinskih hidridih je mogoče shraniti vodik, da bi jih kasneje segreli in proizvedli vodik. Obstaja ideja, da bi vodik pridobili v času uporabe in ga ne skladiščili. Ne smemo pozabiti na eksplozivnost vodika. Prav tako morate zagotoviti, da pri zgorevanju vodika v zraku ne nastajajo nevarne dušikove spojine. Prav tako bi rad omenil, da je z uporabo vodika in ogljika mogoče proizvajati plinasta in tekoča ogljikovodikova goriva. Vodik omogoča pridobivanje visokokakovostnega goriva iz kurilnega olja. Zdi se mi, da moramo mirno in previdno sestaviti velik program dela z vodikom.

Akademik V.N. Parmon: Zelo resna točka razlikuje veliko naših akademskih programov od zdajšnjega. Integrirani program za vodikovo energijo in gorivne celice je usmerjen v končni rezultat, ki ga nismo preveč vajeni. Poleg tega je resnično multidisciplinaren. Končni rezultat – ustvarjanje gorivnih celic – je mogoče doseči, vsaj v obliki demonstracijskih naprav, le, če sodelujejo kemiki, fiziki, znanstveniki z materiali, toplotni inženirji, energetiki itd. Pri izvajanju tega programa se lahko Akademija znanosti opira na temelje, ki so na voljo v območnih oddelkih. Uralska in sibirska podružnica že dolgo delujeta na področju gorivnih celic in sodelujeta z bodočimi porabniki gorivnih celic, zlasti z AvtoVAZ-om. Skupaj s peterburškimi in moskovskimi organizacijami, če bo zastavljena naloga z jasno koordinacijo programa, bomo lahko izdelali delujoče prototipe gorivnih celic. Glavna težava je, ali jih bo praksa zanimala ali ne. Zelo pogosto se zanimanje industrije pojavi, ko se po temeljnih raziskavah pojavi povsem nova ideja. Zlasti leta 2002, ko smo skupaj z AvtoVAZ-om in mestom Sarov sodelovali pri ustvarjanju procesorja goriva za avtomobil, je bilo med testi predlagano, da se zelo poceni mešanica vodika in ogljikovega monoksida, pridobljena v procesorju, pošlje neposredno v motor z notranjim zgorevanjem prek uplinjača, poleg običajnega bencina. Izkazalo se je, da ta dodatek bencinu daje enak rezultat, kot se pričakuje od gorivnih celic na splošno, to pomeni, da so se škodljive emisije motorja zmanjšale za en in pol velikosti. Poganjalci avtomobilskih izpušnih plinov postanejo nepotrebni. In kar je najpomembneje, v prostem teku se je učinkovitost motorja povečala za poldrugi krat, saj sta vodik in ogljikov monoksid močno stabilizirala delovanje celotnega motorja sistema. Podobni učinki so bili nedavno doseženi pri plinskih turbinah. Torej, če celovit program ponuja priložnost za izvajanje temeljnih in raziskovalnih raziskav, so praktično pomembne "najdbe", ki se pričakujejo od Akademije znanosti, povsem resnične. Nekaj ​​besed o plemenitih kovinah. V nalogi je incident. Inštitut za katalizo, ki ga vodim, je bil v sovjetskih letih pod velikim pritiskom vlade, da je v industrijskih katalizatorjih plemenite kovine zamenjal z osnovnimi, kar nam je tudi uspelo. To ne pomeni, da je zelo preprosto, saj imajo plemenite kovine običajno veliko boljše katalitične lastnosti kot kobalt, nikelj in druge navadne kovine. Zdaj je naloga precej drugačna - da bi plemenite kovine našle veliko večji trg. Takoj bi želel opozoriti na dejstvo, da pri nas najbolj zanimiv trg za uporabo plemenitih kovin ne bo zagotovila kemična industrija, temveč reformirane stanovanjske in komunalne storitve, katerih osnova bi morala biti avtonomna energija. . Majhne kotlovnice, opremljene s katalizatorji na osnovi paladija, ne bodo kadile in bodo izpolnjevale najboljše svetovne standarde glede okoljske učinkovitosti.

Akademik N.A. plošča: Upravičeno je bilo povedano, da je za proizvodnjo vodika treba porabiti energijo, zato moramo razmišljati o tem, kako nadomestiti stroške. Očitno je ena od možnosti oblikovanje povezanih procesov v kemiji. Pri takšnih procesih se energija porabi za pridobitev nečesa, stroški pa se nadomestijo s tem, da se v naslednji fazi sprosti dodatna energija. Sodelovali smo z akademikom A.I. Sheindlin in akademik I.I. Moisejev o konjugaciji kemičnih reakcij. Izkazalo se je, da je mogoče doseči ne le kompenzacijo, ampak tudi povečanje energije. Mislim na proizvodnjo vodika, na primer iz surovin, ki vsebujejo vodik - ogljikovodikov ali alkoholov. Nekaj ​​besed o paladiju kot takem. Seveda je vloga paladija kot osnove katalizatorjev velika. Paladij je nekoliko dražji od kobalta in niklja, a je hkrati učinkovitejši. Zato moramo najti načine, kako ne bi uporabljali preveč paladija, kar je vedno mogoče storiti, na primer z nanosom tankih plasti, ki vsebujejo paladij, na silicijev dioksid. Nato se odpre celo polje težke in fine organske sinteze palete funkcionalnih izdelkov, ki jih industrija proizvaja že zelo dolgo. Posebej bi rad opozoril na možnost uporabe paladija v industriji olj in maščob. Do sedaj so bile spojine niklja uporabljene pri hidrogeniranju rastlinskih maščob. In tako je uredil Gospod Bog: paladij in njegove spojine so veliko bolj biokompatibilne s človeškim telesom kot spojine niklja. Medtem pa izdelkov živilske industrije ni mogoče popolnoma očistiti ostankov katalizatorja. Če so katalizatorji paladij, potem lahko izdelki živilske industrije preidejo certifikacijske ovire, če so nikelj, so zahteve za certificiranje zelo stroge. In končno, zdravilne snovi, ki vsebujejo paladij. Obstaja zelo dober program za razvoj zdravila za zdravljenje raka, ki ga je Norilsk Nickel že sprožil skupaj z Inštitutom za splošno in anorgansko kemijo Ruske akademije znanosti ter z Inštitutom za biokemično fiziko Ruske akademije znanosti. . Nekatera zdravila so že prestala klinična preskušanja, ki so pokazala, da so zdravila, ki vsebujejo paladij, učinkovitejša od sistemov s platino. Seveda se paladij pogosto uporablja tudi kot legirna kovina za konstrukcijske materiale. Če konstrukcijski material vsebuje do 1-3% paladija, se njegova odpornost proti krhkosti močno poveča, pomembne mehanske lastnosti se izboljšajo in ta material je lahko ekonomsko upravičen.

Akademik N.N. Ponomarev-Stepnoy: Rad bi opozoril na dejstvo, da je leta 1974 predsednik Akademije znanosti Anatolij Petrovič Aleksandrov začel aktivno razvijati delo na akademiji pod naslovom "vodikova energija" ali "atomski vodik". V tem programu so bili upoštevani vsi vidiki vodikove energije, o katerih je danes poročal Gennady Andreyevich Mesyats, in naša država je takrat na področju vodikove energije dosegla zelo dobre rezultate. Žal je bil program zamrznjen in pozabljen. Konec osemdesetih let prejšnjega stoletja je bila tu v Moskvi zadnja svetovna konferenca o vodikovi energiji. Tema današnjega zasedanja predsedstva Ruske akademije znanosti je opredeljena kot "vodikova energija in gorivne celice", čeprav to nikakor niso sinonimi. Predstavitev se je dotaknila različnih tem, vsekakor pa razumemo, da je poudarek na prednostih uporabe paladija v gorivnih celicah. Mimogrede, všeč mi je bil govor Mihaila Dmitrijeviča Prohorova, ki je dejal, da je to prva naloga predlaganega programa - raztegniti verigo od temeljnih raziskav do eksperimentalnega oblikovalskega dela. In šele po analizi sodobnih vodikovih tehnologij je treba izdelati program za vodikovo energijo kot celoto. Omeniti moram, da je bil že podpisan sporazum o mednarodnem partnerstvu o vodikovem gospodarstvu, ne pa o vodikovi energiji. To je dejansko prihodnja linija uporabe vodika na najrazličnejših področjih, pa tudi pri proizvodnji in ravnanju z vodikom. Verjetno bi bilo prav narediti domači program o vodikovi energiji oziroma gospodarstvu, ki bi vključeval vidike problema, v dogovoru z družbo Norilsk Nickel pa bi se morali osredotočiti na gorivne celice. Zdaj natančneje o proizvodnji vodika. Zavedamo se, da njegova trenutna proizvodnja temelji na zgorevanju zemeljskega plina in pretvorbi metana. Predlagamo uporabo energije jedrskih reaktorjev pri proizvodnji vodika, potem lahko prihranimo približno polovico porabljenega zemeljskega plina. Seveda pa so svetle sanje prihodnosti proizvodnja vodika iz vode z uporabo energije jedrskih reaktorjev. Takrat res pridemo do čiste energije. V ZDA, ki zdaj prebuja val vodikovega gospodarstva, se razpravlja o odločitvi za izgradnjo reaktorja za proizvodnjo vodika. Za to je načrtovano nameniti približno 1 milijardo dolarjev.Ena od ekip, ki trdi, da bo ustvarila tak reaktor, vključuje ruske organizacije - Konstruktorski biro za strojništvo in Inštitut Kurchatov. Zaenkrat si prizadevamo, da bi tak reaktor začel delovati leta 2015. Mislim, da bi se morali problemi proizvodnje vodika bolj celovito odražati v celovitem programu. Vprašanje varnosti vodika, ki ga je tukaj že izpostavil akademik V.E. Fortov, je izjemno pomemben v vseh fazah proizvodnje, ravnanja in uporabe vodika. Rusija ima zelo velike izkušnje – tako teoretično kot konkretno eksperimentalno – z detonacijo različnih mešanic, prehodom iz zgorevanja v detonacijo itd. Te probleme razvija inštitut Kurchatov skupaj z inštituti Akademije znanosti. Inštitut Kurchatov izvaja tudi dela na gorivnih celicah, proučuje možnost proizvodnje vodika iz organskih goriv, ​​ki se bo uporabljal neposredno na vozilu, pa tudi na bencinskih črpalkah. Danes smo šele začeli razpravljati o vodikovem gospodarstvu in verjetno bi moral biti program zasnovan tako, da bo na koncu Rusija, ki ima zelo dobro bazo, v tej zadevi zasedla svoje pravo mesto. Ena pripomba o tem, kaj se je zgodilo v Černobilu. Dejansko je prišlo do jedrskega pobega zaradi hitrih nevtronov, pregrevanja, tvorbe pare in nato parne cirkonijeve reakcije, ki je dala vodik. Vplival je tudi na eksplozivni proces v reaktorju. Mimogrede, v černobilskem reaktorju je potekal eden od kemičnih procesov, ki omogoča pridobivanje vodika iz vode.

Akademik V.I. Shorin: O shranjevanju in transportu vodika bom govoril na podlagi izkušenj, ki sem jih osebno pridobil pri delu na motorju MK-8 za letalo Tu-155. Imel sem priložnost sodelovati pri ustvarjanju sistema za napajanje in regulacijo tega zračnega motorja. Prisotne želim opozoriti na dejstvo, da je tekoči vodik kriogena tekočina, katere temperatura je 20 K. In ko izdelamo ustrezne armature, izdelamo krmilno-regulacijski sistem, se pojavijo številne težave zaradi kriogeno stanje delovne tekočine. Zato je zelo pomembno, da v program vodikove energije, ki je trenutno v pripravi, vključimo vprašanja, povezana s skladiščenjem, transportom in izdelavo naprav za zagotavljanje delovanja vodikovih sistemov. To so rezervoarji in pribor. Zelo so pomembni za pridobitev delujočega stroja. Pomembni dosežki na tem področju so na voljo v Samarskem znanstveno-tehničnem kompleksu. Akademik N.D. Kuznecov na Univerzi za letalsko vesoljsko letalstvo v Samari in v NPO Energia. V Volški podružnici NPO Energia so se nabrale dovolj dobre izkušnje.

Akademik O.M. Nefedov: Dejansko danes razmišljamo o zelo obetavni obliki interakcije med znanostjo in industrijo ter o zelo pomembnem programu – tako z vidika vsebine in pričakovanih rezultatov kot, kar je najpomembnejše, pri organizaciji raziskav in njihovi praktični uporabi v prihodnosti. Če sledimo načelu »prehitevanja brez dohitevanja«, se mi zdi potrebno omeniti povsem edinstven razvoj, ki ga je naredil profesor S.D. Varfolomejev. Predlagal je nov princip za ustvarjanje gorivnih celic na podlagi biokatalize. Prototip vodikovo-kiskove celice, ki uporablja razpoložljive in poceni imobilizirane encime, omogoča doseganje učinkovitosti do 95 %. Poleg tega se je pokazala temeljna možnost uporabe etanola, ogljikovih hidratov in celo kovinskega aluminija kot nosilcev energije v takšnih sistemih. Komisija za znanstveno in tehnološko politiko pri vladi Moskve je to delo priporočila za vključitev v načrt razvoja znanosti in tehnologije v Moskvi. Delno financiranje se je že začelo. Delo poteka skupaj s številnimi ameriškimi podjetji ob finančni podpori moskovske vlade. Seveda je zelo pomembno, da se predlagani celovit program o vodikovi energiji napolni z razvojem, ki je na voljo v akademskih ustanovah, in razširi sestavo programskega sveta. Z mojega vidika je akademik A.S. M.V. Keldysh. Kar se tiče zanimivih dogodkov, so na Inštitutu za probleme kemijske fizike. Inštitut za organsko kemijo in mnogi drugi. Zlasti Inštitut za organsko kemijo je predlagal metode za čiščenje vodika iz nečistoč strupenih plinov in shranjevanje vodika po principu konjugacije reakcij hidrogenacije in dehidrogenacije. Zdi se mi, da bodo uporabni pri izvedbi celovitega programa in naknadni implementaciji dobljenih rezultatov.

Akademik N.P. Laverov: Najprej želim opozoriti, da danes razpravljamo o problemu uporabe paladija, vendar je ta kovina na žalost neobnovljiv vir. Naj vas spomnim, da so nahajališča Norilsk odkrili predstavniki Akademije znanosti, ki so se ukvarjali s preučevanjem polarnih regij naše države. In ko je v 60. letih prejšnjega stoletja prišlo do kritične situacije s surovinsko bazo v kombinatu Norilsk, so bila zahvaljujoč delu akademskih institucij in odprave Norilsk Ministrstva za geologijo odkrita nova nahajališča in problem Oskrba Norilsk Combine z visokokakovostnimi mineralnimi viri je bila praktično rešena. Za uspeh odkritja je v veliki meri zagotovila takrat ustvarjena teorija o nastajanju nahajališč teh edinstvenih polikovinskih rud. Norilska nahajališča so edini pojav na svetu. Takih nahajališč doslej še nikjer ni uspelo odkriti, kljub temu, da so ta nahajališča obiskali skoraj vsi vodilni svetovni geologi. Poleg tega so tukaj večkrat potekale ekskurzije udeležencev platinastih kongresov, ki so potekali pri nas. Glede na omejenost virov paladija bi predlagal Mihailu Dmitrijeviču Prohorovu, da analizira možnosti uporabe odpadkov iz kombinata Norilsk. Takšna analiza bo pomagala tudi pri reševanju okoljskih problemov. V obratu v Norilsku je mogoče razširiti uporabo najnovejših metod rudarjenja, pridobivanja in obogatitve rud, vključno z radiometričnim sortiranjem in izpiranjem kovin, ki omogočajo popolnejšo izrabo virov in hkrati reševanje težav. okoljski problem. Na žalost je dolgotrajna uporaba rud, bogatih s sulfidi, brez ustreznega varovanja okolja privedla do uničenja rastlinskega pokrova na velikem območju severne Sibirije. Zato je zelo pomembno rešiti probleme Norilska kot celote. Zdaj o virih vodika. Kot veste, imamo še vedno dovolj zalog zemeljskega plina. Vodik se lahko proizvaja iz zemeljskega plina. V preteklem stoletju in v prvih treh letih tega stoletja smo porabili le 7 % prvotno raziskanih in tako imenovanih napovedanih virov zemeljskega plina. Danes plin predstavlja več kot 50 % bilance goriv v državi, a kljub temu zemeljski plin še dolgo ne bo ovira za razvoj tradicionalne energetike. Nekaj ​​besed o eksperimentalni laboratorijski opremi, ki jo je nekoč nabavil Norilsk kombinat za enega od naših inštitutov (Inštitut za geologijo rudnih nahajališč, petrografijo, mineralogijo in geokemijo Ruske akademije znanosti). Govorimo o elektronskih mikrosondah in mikroskopih, ki se pogosto uporabljajo za preučevanje sestave rud, oblik iskanja uporabnih elementov v mineralnih vrstah, njihove porazdelitve v produktih predelave rude na vseh stopnjah - od surovin do tako imenovane jalovine - proizvodnih odpadkov. . Brez takšne tehnologije je nemogoče napredovati v tehnoloških inovacijah. Potrebne so naprave novih generacij, čeprav se stare še vedno po zaslugi Norilskega niklja po popravilu uporabljajo za reševanje enostavnejših težav. Menim, da je glavni rezultat današnje razprave, da mora program, ki se razvija, vključevati celoten seznam potrebnih temeljnih in aplikativnih raziskav na področju vodikove energije, vključno z ne le gorivnimi celicami, temveč tudi viri in okoljskimi problemi. Za njihovo uspešno rešitev je očitno potrebno v delo na programu aktivneje vključiti panožne zavode različnih oddelkov.

Po vseh govorih je predsednik seje predsedstva Ruske akademije znanosti, predsednik Ruske akademije znanosti akademik Yu.S. Osipov je dal besedo akademiku G.A. Mesec dni za odgovarjanje na pripombe in predloge.

Akademik G.A. mesec: Spoštovani kolegi, najlepša hvala za vaše komentarje in predloge. Menim, da je zanimanje za problem zelo veliko in se popolnoma strinjam, da je napredek možen le na podlagi resnega temeljnega razvoja. Najpomembnejši problem, ki ga moramo rešiti kot rezultat temeljnega dela, je povečati življenjsko dobo gorivnih celic in zmanjšati njihove stroške. Stroški so določeni s tem, katera kovina se uporablja, kako se proizvaja vodik in katera gorivna celica se uporablja. Mislim, da imajo inštituti Akademije znanosti kar precej možnosti za reševanje vseh teh problemov.

Popolnoma se strinjam s tem, kar je bilo tukaj povedano o varnosti vodikove energije. Toda skoraj polovica programa je namenjena pridobivanju vodika tam, kjer bo uporabljen. Potem preprosto ne bo težav s shranjevanjem vodika v jeklenkah in transportom. Inštitut za visokotemperaturno elektrokemijo je ustvaril visokotemperaturne gorivne celice na metan ali zemeljski plin, ki se v sistemu pretvori v vodik. In kot sem prepričan, je varnost in moč takšnih inštalacij približno enaka kot pri plinskem štedilniku, ki deluje v mnogih naših stanovanjih. Zato ne bi precenil nevarnosti uporabe vodikove energije.

Če govorimo o posebnih nalogah, ki si jih zadamo v bližnji prihodnosti, potem je to avtonomna vodikova energija.

Zdaj o organizaciji dela. Ker se predlaga program Ruske akademije znanosti in Norilskega niklja, je naravno, da programski svet sestavljajo osebje RAS in predstavniki Norilskega niklja. Toda za dosego cilja moramo uporabiti ne le rezultate Akademije znanosti.

Sestava udeležencev bo določena po podpisu pogodbe. Seveda bodo v delo vključene organizacije in ustanove, ki imajo dobre rezultate na področju vodikove energije. Menim, da bo celovit program, ki bo zdaj podpisan, omogočil dejansko upoštevanje pripomb, ki so bile tukaj podane kot del gospodarske pogodbe.

Moram reči, da je bil program v bistvu zelo podrobno obravnavan. Preučilo ga je osem ali devet članov Akademije znanosti, z njim so se seznanili vsi glavni izvajalci in naredili svoje spremembe v projektu, ki ga je predlagal Norilsk Nickel. Mimogrede, podjetje ima dobro uveljavljeno informacijsko službo. Verjamem, da bo sodelovanje s tovrstnimi partnerji plodno.

Rezultate skupnega zasedanja predsedstva Ruske akademije znanosti in upravnega odbora JSC "Rudarsko-metalurško podjetje "Norilski nikelj"" je v kratkem govoru povzel predsednik Ruske akademije znanosti akademik Yu. S. Osipov.

Akademik Yu.S. Osipov: Zadnja leta se pritožujemo, da velika podjetja in naša industrija nimajo interesa za znanost, ni povpraševanja po rezultatih temeljnih raziskav. Danes smo prvič začutili jasno zanimanje največjega industrijskega podjetja pri nas za temeljna dogajanja. Seveda ne gre le za temeljni razvoj, ampak za to, kako na podlagi tega razvoja ustvariti komercialni produkt, ki bi Rusijo zagotovil med vodilne na določenih znanstvenih in tehničnih področjih. Seveda je bilo na področju vodikove energije in gorivnih celic v državi narejenega veliko. Obdobja naraščajočega zanimanja za ta problem so zamenjala obdobja upada, zdaj pa imamo še eno edinstveno priložnost, da delo pripeljemo do njegovega logičnega konca. Toda tehnološki preboj, kot je pravilno ugotovil Žores Ivanovič Alferov, je možen le, če pride do preboja v temeljnih raziskavah.

Zdaj konkretno o programu. Z Mihailom Dmitrijevičem Prohorovim sva si izmenjala mnenja in mislim, da bi bilo prav, da nadaljujemo na naslednji način. Program, ki je zdaj pripravljen, je treba vzeti za osnovo našega skupnega sodelovanja, nato pa se moramo prilagoditi. V ta namen obstaja programski svet in njegovo članstvo bomo pravočasno razjasnili skupaj z Norilsk Nickel. Konkretne spremembe in dopolnitve celovitega programa bo vpeljal svet. V njem bodo seveda upoštevani vsi predlogi, podani na našem srečanju. Program ne bi smel biti zamrznjen dokument, ampak dokument, ki odraža naše razumevanje prioritet, ko vse to ogromno delo napreduje.

Predsednik Ruske akademije znanosti akademik Yu.S. Osipov in generalni direktor - predsednik upravnega odbora JSC "Rudarsko-metalurško podjetje "Norilsk Nickel"" M.D. Prohorov je podpisal celovit program raziskav in razvoja za vodikovo energijo in gorivne celice med Rusko akademijo znanosti in Rudniškim in metalurškim podjetjem Norilsk niklja.

Pogovor

Predsedstvo Ruske akademije znanosti in upravni odbor rudarsko-metalurške družbe Norilsk Nickel sta potrdila Splošno pogodbo o skupnem sodelovanju, Celovit program raziskovanja, raziskav in razvoja na področju vodikove energije in gorivnih celic ter uporabne raziskave. Program za razširitev področij industrijske uporabe paladija, kovin iz skupine platine in barvnih kovin, ki jih proizvaja Norilsk Nickel. Potrjen je bil Svet za izvajanje Celovitega programa iskalnih, raziskovalnih in razvojnih del na vodikovi energiji in gorivnih celicah (predsednik sveta akademik G.A. Mesyats). Vključeval je predstavnike Ruske akademije znanosti in OAO Rudarsko-metalurško podjetje Norilsk Nickel.

Gradivo za razpravo je za objavo pripravil T.V. Mavrina

Uvod

Poglavje 1. Možnosti uporabe vodika

2. poglavje

5. poglavje

Zaključek

Literatura Uvod Danes številne gospodarsko razvite države vedno bolj razmišljajo o vodiku ne le na področjih njegove tradicionalne rabe, ki smo jih že omenili, temveč tudi kot osnovo za jutrišnjo energijo. Glede na katastrofalno poslabšanje ekološkega stanja planeta in izčrpavanje virov ogljikovodikov je mamljivo uporabiti vodik kot popolnoma neškodljivo gorivo za vozila, ogrevanje domov v oddaljenih regijah, v avtonomnih in stacionarnih virih sekundarne energije. Hkrati je najbolj mamljiva metoda za pridobivanje vodika elektroliza vode. Konec koncev bo vodik pri gorenju spet dal isto vodo. Resnično neizčrpen vir goriva! Tu pa se pojavi še en problem: elektroliza zahteva električno energijo, njena proizvodnja iz obnovljivih virov pa je zdaj zanemarljiv delež v celotni proizvodnji električne energije. In tukaj se spomnimo našega Sonca in drugih zvezd. Termonuklearna reakcija in spet vodik. Človek je že ustvaril termonuklearno (vodikovo) bombo. Toda v njej se v delčku sekunde sprosti pošastna energija v obsegu Zemlje, ki prinaša uničenje in smrt. Na Soncu reakcija poteka že milijarde let počasi in vztrajno ter prinaša življenje in toploto. Znanstveniki se spopadajo s problemom zajezitve termonuklearne fuzije in čas ni daleč, ko nas bo nadzorovana termonuklearna energija skupaj z okolju prijaznim gorivom za vedno razbremenila strahu pred skončnostjo energetskih virov našega planeta in uničenjem okolje.1. poglavje. Možnosti uporabe vodika – ključ do reševanja zelo številnih gospodarskih in gospodarskih problemov.

Najprej si oglejmo vire, iz katerih človeštvo trenutno črpa energijo za svojo gospodarsko dejavnost:

Tu so podatki več raziskovalcev.

Po mnenju Greenpeacea je struktura svetovne porabe energije v zgodnjih devetdesetih letih prejšnjega stoletja izgledala takole:

riž. 1. Struktura svetovne porabe energije

Po podatkih "Center Kurginyan" je v začetku leta 1997. deleži različnih virov v skupni svetovni porabi energije so bili: nafta - 38 %, plin - 29 %, premog - 22 %, le okoli 10 % pa je predstavljalo vse druge energente skupaj

Ruska revija Factor v številki 5 za leto 2001 s sklicevanjem na Svetovni energetski svet predstavlja naslednje podatke za leto 2000: fosilna goriva predstavljajo 90 % svetovne porabe energije, vključno z nafto - 40,1 %, premogom - 27,8 % zemeljski plin - 22,9 %.

Torej, približno 90 % energije, ki jo svet prejme z izgorevanjem fosilnih goriv: nafte, plina, premoga. Preden se podrobneje posvetimo viru vodikove energije, je treba razpravljati o atomski energiji. Njegovi apologeti trdijo, da je poceni in (po aprilu 1996 nekoliko negotovo) varen. Zavedamo se, da je mogoče zagotoviti varnost jedrskih elektrarn. Toda s poceni je veliko težje. Priznajmo si: glavni motiv za opustitev jedrskih elektrarn po svetu ni varnostno vprašanje, ampak vprašanje stroškov.

Številne osebe v jedrski industriji trdijo, da so "stroški električne energije iz jedrskih elektrarn že za 15% - 20% nižji od stroškov električne energije iz termoelektrarn" (Program naložb v jedrsko energijo za obdobje 2002-2005 in za obdobje do 2010). ). To ni res. Metodo izračuna ekonomske učinkovitosti "miroljubnega atoma" je težko imenovati drugače kot nepošteno. "Stroški za sanacijo območij radioaktivne kontaminacije se v Rusiji porabljajo za druge predmete kot za razporeditev jedrskih programov," ugotavlja akademik Yablokov. "Če jih izračunamo vse skupaj, bo učinkovitost razvoja jedrskega kompleksa mizerna. .Odpadke je treba vitrificirati ali kako drugače organizirati njihovo dolgotrajno skladiščenje.Ob tem se drastično povečajo stroški projekta.V prihodnosti je treba poiskati sredstva za razgradnjo razgrajenih jedrskih elektrarn, za čiščenje velikih površin in vodnih površin pred radioaktivno kontaminacijo."

Zdaj razmislite o manj očitnem vprašanju: zakaj iskati alternative naftni in plinski energiji?

Začnimo z dejstvom, da nafta in plin nista večna. Obstaja veliko ocen zalog nafte, ki se gibljejo od 30 do 100 let uporabe.

Ne morem se upreti ponovitvi običajnega citata Dmitrija Ivanoviča Mendeljejeva, da je ogrevanje peči z oljem enako kot segrevanje z bankovci: navsezadnje je olje edinstvena, dragocena kemična surovina, iz katere je narejen celo črni kaviar.

Zgorevanje ogljikovodikov predstavlja velike okoljske težave, zlasti kadar se uporabljajo v transportne namene. Toda če lahko izboljšanje tehnologije reši težave s strupenimi emisijami, so emisije ogljikovega dioksida, ki vodijo do globalnih podnebnih sprememb, neizogibni spremljevalci uporabe fosilnih goriv.

In potem se postavlja vprašanje: če ne ogljikovodikovega goriva in ne jedrskih elektrarn, kaj potem?

Odgovor: obnovljivi viri energije.

Ta segment predstavlja manj kot 10%. Ta številka ne pomeni pomanjkanja teh virov, temveč nizko stopnjo implementacije tehnologij za njihovo uporabo.

Kateri so ti viri? To je predvsem Sonce: povprečno 1 kilovat / m2 zemeljske površine, kar je skupaj 100-krat (!) Več od količine energije, ki jo proizvede človeštvo. Ne smemo pozabiti na derivate sončne energije: hidroenergije, vetrne energije, morskih valov.

Na drugem mestu po pomembnosti in možnostih je geotermalna energija. Je praktično neizčrpen in večen, vendar je problem njegove cene precej pereč. Opažamo tudi energijo osek in tokov, energijsko porabo biomase.

Zakaj tako bogat potencial zagotavlja manj kot 10 % proizvedene energije?

Ker so ti viri časovno nestabilni in neenakomerno razporejeni v prostoru. Zato je njihova neposredna uporaba (na ravni današnjih tehnologij) smotrna le v decentraliziranih malih energentih. Na primer sončni grelniki vode. Torej, na Krimu že obstaja industrija za vgradnjo sistemov, ki zaradi sončne energije segrevajo vodo do 95 stopinj Celzija (čeprav za to ni treba prinesti kurilnega olja iz Tjumena ...). Toda za dobavo električne energije tovarnam (in drugim velikim podjetjem Nacionalno gospodarstvo) neposredna uporaba teh virov je absurdna.

2. poglavje

V prostem stanju in v normalnih pogojih je vodik brezbarven plin, brez vonja in okusa. Glede na zrak ima vodik gostoto 1/14. Običajno obstaja v kombinaciji z drugimi elementi, kot so kisik v vodi, ogljik v metanu in organske spojine. Ker je vodik izjemno reaktiven, je le redko prisoten kot nepovezan element.

Ohlajen v tekoče stanje, vodik zaseda 1/700 prostornine plinastega stanja. Vodik ima v kombinaciji s kisikom najvišjo vsebnost energije na enoto mase: 120,7 GJ/t. To je eden od razlogov, zakaj se tekoči vodik uporablja kot gorivo za rakete in pogon vesoljskih plovil, za kar sta izjemnega pomena nizka molekulska masa in visoka specifična energijska vsebnost vodika.

Pri zgorevanju v čistem kisiku sta edina produkta visokotemperaturna toplota in voda. Tako pri uporabi vodika ne nastajajo toplogredni plini in tudi kroženje vode v naravi ni moteno.

Neizčrpnost.

Upoštevajte prednosti vodika kot goriva.

Svetovni ocean vsebuje 1,2 1017 ton vodika, 2 1013 ton devterija.Skupna masa vodika je 1% celotne mase Zemlje, število atomov pa 16%. Pri tem je še posebej pomembno dejstvo, da se vodik ob izgorevanju spremeni v vodo in se popolnoma vrne v krog narave. Hkrati bodo po najbolj optimističnih napovedih zaloge ogljikovodikovega goriva izčrpane v več kot 100 letih, medtem ko bodo zaloge premoga izčrpane v mnogih stoletjih. Vrednost zalog premoga je pomembna tudi v kontekstu vodikove energije: najbližja industrijska možnost proizvodnje vodika bo njegova proizvodnja med uplinjanjem premoga.

Kalorična vrednost vodika (28630 kcal/kg) je 2,8-krat večja kot pri bencinu.

Energija vžiga je 15-krat manjša kot pri ogljikovodikovem gorivu.

Največja hitrost širjenja fronte plamena je 8-krat hitrejša v primerjavi z ogljikovodiki.

Plamensko sevanje je 10-krat manjše v primerjavi s plameni ogljikovodikov.

Prijaznost do okolja

Pri uporabi vodika kot goriva je možnost povečanja učinka tople grede izključena, škodljive snovi se ne oddajajo (avtomotor oddaja 45 strupenih snovi, vključno s rakotvornimi snovmi, ni nevarnosti nastanka stoječih vodikovih con - zlahka se izhlapi.

Upoštevajte negativne lastnosti vodika. To so nizka gostota in volumetrična kalorična vrednost, širše meje eksplozivnosti in višja temperatura vžiga v primerjavi z ogljikovodiki. Uporaba koncepta snovi za shranjevanje energije (EAS), opisanega v nadaljevanju, bo zmanjšala negativni vpliv teh pomanjkljivosti vodika kot goriva, ki jih opazno prekrivajo njegove prednosti.

Poglavje 3. Koncept snovi za shranjevanje energije

Kako priti do vodika in kako se izogniti njegovim eksplozijam?

Z uporabo EAV so te težave popolnoma rešene. Diagram poteka procesa je sestavljen iz treh stopenj:

1. Pridobitev EAS z uporabo enega od imenovanih virov energije.

2. Pridobivanje vodika z uporabo EAS.

3. Uporaba vodika kot goriva.

Spomnimo se šolske izkušnje: vržeš natrij v vodo in vodik se začne sproščati. Predstavljajte si, da se to zgodi v zgorevalni komori: prosti vodik se pojavi le tam, kjer naj bi eksplodiral. Vendar ga ni na krovu - vezan je v vodi. V tem ilustrativnem primeru je bil natrij uporabljen kot EAV.

Seveda to ni industrijska tehnologija - je ilustracija. Toda vaši pozornosti bom predstavil industrijsko tehnologijo, razvito nekoč v ZSSR za osvajanje lune.

Temeljil je na naslednjih reakcijah

1. Q + C + SiO2 > Si + CO2 ^ + H2O -- redukcija silicija z ogljikom

2. Si + 2H2O > SiO2 + 2H2^ + Q - proizvodnja vodika

3. 2H2 + O2 > 2H2O + Q -- zgorevanje vodika

Z uporabo vira toplote (kot je sončna pečica) se silicij reducira iz oksida (reakcija 1). Silicij je odličen EAS, ki ne zahteva posebnih pogojev skladiščenja. Dostavi se na kraj, kjer je potrebna energija (vključno s transportnim motorjem). V posebnem reaktorju poteka reakcija izpodrivanja vodika (reakcija 2). Končno vodik vstopi v motor kot gorivo. Silicijev oksid, ki nastane kot posledica druge reakcije, se lahko uporablja večkrat.

riž. 2. Shema reaktorja (1 - reaktor, 2 - batni motor z notranjim zgorevanjem, 3 - kondenzator, 4 - hladilni radiator, 5 - pretočni pogon, 6 - pretočni pogon, 7 - pretočni pogon, 8 - silicijev hladilnik)

Vodikov sulfid (H2S) je pravzaprav fosilni "domači" vodik v zelo gostem pakiranju: energija tvorbe vodikovega sulfida je približno 14-krat manjša od energije tvorbe vode. To pomeni, da bomo, ko smo porabili eno kilovatno uro energije za razgradnjo vodikovega sulfida, prejeli 14 kilovatnih ur energije iz zgorevanja sproščenega vodika. To pomeni, da smo v tem primeru prihranjeni od reakcije 1 (pridobivanje EAS za proizvodnjo vodika). Ostajata nam le dve reakciji:

H2S+ Q > H2^ + S

2H2 + O2 > 2H2O+ 14Q

Delovno se vodikov sulfid pri povsem realnih tlakih (približno 20 atm.) utekočini pri normalni temperaturi, kar omogoča, da poleg pridobitve specifične gostote, ki je veliko višjo od gostote stisnjenega in celo tekočega vodika, izvedemo proces razgradnje H2S v elektrolizerji. Možno pa je, da bo elektroliza vodikovega sulfida zaradi žlindrenja elektrode z elementarnim žveplom tako težka, da jo bo treba izvajati prek halogenov.

Torej, Varshavsky, Maksimenko A.I. (Ukrajina) in Tereshchuk sta leta 1997 prejela pozitivno odločitev v državnem patentu Ruske federacije o izjemno obetavni metodi za pridobivanje in uporabo vodika z razgradnjo vodikovega sulfida, pridobljenega z izvirno metodo iz globokih plasti nekaterih vodnih teles, zlasti Črno morje. Ta metoda ne zahteva nujno stroškov na nacionalni ravni in se lahko uporablja ne samo v nacionalnem energetskem sistemu, temveč tudi samostojno.

4. poglavje

Zaloge vodika, vezanega v organskih snoveh in v vodi, so praktično neizčrpne. Prekinitev teh vezi omogoča proizvodnjo vodika in nato uporabo kot gorivo. Razviti so bili številni postopki za razgradnjo vode na njene sestavne elemente.

Pri segrevanju nad 2500°C voda razpade na vodik in kisik (neposredna termoliza). Tako visoko temperaturo je mogoče doseči na primer z uporabo koncentratorjev sončne energije. Problem je preprečiti rekombinacijo vodika in kisika.

Trenutno se proizvaja večina na svetu industrijskem obsegu vodik dobimo v procesu parnega reforminga metana (SCM). Tako pridobljen vodik se uporablja kot reagent za rafiniranje nafte in kot sestavina dušikovih gnojil, pa tudi za raketno tehniko. Parna in toplotna energija pri temperaturah 750-850°C sta potrebni za odstranjevanje vodika iz ogljikove hrbtenice v metanu, kar se dogaja v kemičnih parnih reformatorjih na katalitskih površinah. Prva stopnja procesa PCM razdeli metan in vodno paro na vodik in ogljikov monoksid. Temu v drugem koraku sledi "reakcija premika", ki pretvori ogljikov monoksid in vodo v ogljikov dioksid in vodik. Ta reakcija poteka pri temperaturah 200-250°C.

Od 70. let prejšnjega stoletja so bili zaključeni projekti visokotemperaturnih helijevih reaktorjev (HTGR) jedrskih tehnoloških postaj (AETS) za kemično industrijo in črno metalurgijo, ki so prejeli potrebno znanstveno in tehnično utemeljitev ter eksperimentalno potrditev v država. Med njimi ABTU-50 in kasneje - projekt jedrske elektrarne z reaktorjem VG-400 z zmogljivostjo 1060 MW (t) za jedrski kemični kompleks za proizvodnjo vodika in zmesi na njegovi osnovi, za proizvodnjo amoniaka in metanola ter številne poznejše projekte v tej smeri.

Osnova za projekte HTGR je bil razvoj jedrskih raketnih motorjev na vodikov pogon. Visokotemperaturni testni reaktorji in demonstracijski jedrski raketni motorji, ustvarjeni pri nas za te namene, so dokazali svojo delovanje pri segrevanju vodika na rekordno temperaturo 3000 K.

Visokotemperaturni reaktorji, hlajeni s helijem, so nova vrsta okolju prijaznih univerzalnih jedrskih virov energije, edinstvene lastnosti ki - sposobnost ustvarjanja toplote pri temperaturah nad 1000 °C in visoka stopnja varnosti - določajo široke možnosti njihove uporabe za proizvodnjo električne energije v plinskoturbinskem ciklu z visokim izkoristkom in za oskrbo z visokotemperaturno toploto in električne energije v procese proizvodnje vodika, razsoljevanja vode, tehnoloških procesov kemične, naftne, metalurške in drugih industrij.

Eden najnaprednejših na tem področju je mednarodni projekt GT-MGR, ki ga skupaj razvijajo ruske institucije (OKBM, RRC "Kurčatov inštitut", VNIINM, NPO "Luch") in ameriška kampanja GA, ki jo vodijo in financirajo Ministrstvo za atomsko energijo Ruske federacije in DOE ZDA. Pri projektu sodelujeta tudi Framatom in Fuji Electric.

sl.3. Modularni helijev reaktor s parnim reformingom metana

Do danes je bil razvit projekt za modularni helijev reaktor za proizvodnjo električne energije (z izkoristkom ~ 50%) z uporabo cikla neposredne plinske turbine. Elektrarna GT-MGR je sestavljena iz dveh blokov, povezanih med seboj: modularnega visokotemperaturnega helijevega reaktorja (MGR) in plinskoturbinskega pretvornika energije z neposrednim ciklom (GT). Delo je v fazi tehničnega projektiranja z eksperimentalnim testiranjem ključnih tehnologij: sistema za pretvorbo goriva in energije. Trenutno se ocenjuje tehnološka uporaba tega projekta za proizvodnjo vodika z uporabo termokemičnih ciklov, vključno s tistimi na osnovi PCM (glej sliko 3,4). Ustvarjanje takšnega tandema (VTGR-PKM) odpira pot za širšo uporabo jedrske energije v energetsko intenzivni industriji: kemiji velikih zmogljivosti, metalurgiji, omogoča pa tudi z generiranjem sekundarnega energenta (čisti vodik oz. njegova mešanica s CO), za ustvarjanje jedrskih energetsko-tehnoloških kompleksov za regionalno oskrbo s toploto in električno energijo z dostavnim gorivom za transport in nizko kakovostno toploto za domače potrebe in komercialni sektor.

sl.4. Postavitev modularnega helijevega reaktorja v stavbi

Termokemični postopek za proizvodnjo vodika iz vode uporablja cikel reakcij s kemično aktivnimi spojinami, kot so spojine broma ali joda, in se izvaja pri visoki temperaturi. Za dokončanje celotnega postopka je potrebnih več korakov – običajno trije. Predlaganih je bilo več sto možnih ciklov, ki se obravnavajo. V vodilnih državah sveta temu procesu posvečajo posebno pozornost kot potencialno najučinkovitejšo tehnologijo za proizvodnjo vodika iz vode z uporabo HTGR. Tak cikel je mogoče zgraditi tudi na podlagi PCM, saj se pri parnem reformiranju metana polovica vodika ne proizvaja iz metana, ampak iz vode. V tem ciklu se lahko delež vodika, proizvedenega z cepljenjem vode, poveča na 100 % in se tako porabi metana v celoti izognemo, če metanol dobimo kot vmesni produkt, čemur sledi elektrokemična redukcija metana, ki se vrne v glavo procesa. . Takšen razvoj tehnologije v zvezi z obveznico VTGR-PKM lahko postane donosen, če se cene zemeljskega plina dvignejo nad 120-150 USD/1000 Nm3.

Elektrolitična razgradnja vode (elektroliza). Elektrolitski vodik je najbolj dostopen, a drag izdelek. V industrijskih in pilotnih obratih je učinkovitost elektrolizerja ~ 70-80 % pri gostoti toka manj kot 1 A/cm2, vključno z elektrolizo pod tlakom. Japonski raziskovalci so razvili eksperimentalne bloke membranske elektrode s trdnim polimernim elektrolitom, ki zagotavljajo elektrolizo vode z učinkovitostjo (v smislu električne energije) > 90 % pri gostoti toka 3 A/cm2.

Na svetu so najboljši industrijski vodno-alkalni elektrolizerji kanadski, ki jih proizvaja Stuart Energy Corporation. Konstantno zagotavljajo specifično porabo manj kot 5 kW * h / Nm3 H2 za dolg vir, zaradi česar so (z nizkimi stroški porabljene električne energije in svetovnimi cenami metana) konkurenčni proizvodnji vodika s pretvorbo zemeljskega plina s kratkim ciklom. adsorpcija. Poleg tega vam te celice omogočajo spreminjanje obremenitve v razponu od 3% do 100%, medtem ko spreminjanje obremenitve celic tipa FV-500 povzroči znatno zmanjšanje njihove življenjske dobe.

Posebej zanimiva je elektroliza v kombinaciji z obnovljivimi viri energije. Energetski raziskovalni center Univerze Humboldt je na primer razvil samostojen solarno-vodikov sistem, ki uporablja 9,2 kW fotovoltaično celico za pogon kompresorjev za prezračevanje ribogojnic in 7,2 kW bipolarni alkalni elektrolizer, ki lahko proizvede 25 L H2/min. Sistem deluje avtonomno od leta 1993. Ko ni sončne svetlobe, shranjeni vodik napaja 1,5 kilovatni EKG, ki poganja kompresorje.

5. POGLAVJE. MOŽNA UPORABA VODIKA V Evropi so konec 19. stoletja sežigali gorivo, imenovano »urbani ali sintezni plin«, zmes vodika in ogljikovega monoksida (CO). Več držav, vključno z Brazilijo in Nemčijo, ponekod še vedno uporablja to gorivo. Vodik se je uporabljal tudi za premikanje po zraku (zračne ladje in baloni), ki se je začel s prvim poletom Jacquesa Charlesa v Franciji 27. avgusta 1784 v balonu, napolnjenem z vodikom. Trenutno številne industrije uporabljajo vodik za rafiniranje nafte ter za sintezo amoniaka in metanola. Sistem Space Shuttle uporablja vodik kot gorivo za ojačevalnike. Vodik se uporablja tudi za izstrelitev nosilne rakete Energia, ki je zasnovana za dostavo supertežkega tovora v orbito, zlasti vesoljskega plovila Buran.Motorna vozila in letalske zgorevalne komore so razmeroma enostavno predelane za uporabo vodika kot goriva. Pri nas je v obleganem Leningradu leta 1942 prvič deloval avtomobilski motor na vodikov pogon. V 80. letih je bil Letalski znanstveni in tehnični kompleks (ANTK) poimenovan po A.N. Tupoljev je ustvaril leteči laboratorij (na osnovi letala TU-154V), ki je kot gorivo uporabljal tekoči vodik. Posledično je nastalo prvo letalo na svetu, ki ga poganja kriogeno gorivo - tekoči vodik in utekočinjen zemeljski plin (LNG) - TU-155 Leningradska jedrska elektrarna Vodik je zanimiv tudi za jedrske elektrarne kot naprava za shranjevanje energije. V projektu, ki so ga v letih 1990-1992 razvili Ruski znanstveni center "Kurčatovski inštitut", Leningradska NPP1 in kanadski podjetji AECL ("Atomska energija Kanade Limited") in "Stuart Energy", naj bi v prvi fazi ustvarijo proizvodnjo vodika z elektrolizo vode z zmogljivostjo 30 MW, tiste. z zmogljivostjo 14,5 ton vodika na dan. Druga faza projekta je predvidela povečanje zmogljivosti elektrolizne delavnice na 300 MW. In seveda je bilo v jedrskih elektrarnah načrtovano uporabo električne energije odpadlega dela obremenitve. Danes LNPP premalo proizvede približno 400 milijonov kWh/leto, kar bi omogočilo proizvodnjo približno 8 tisoč ton vodika. Nastali vodik naj bi prodali na Finsko in ga uporabili v javnem prometu v mestu Sosnovy Bor. Druga možnost uporabe nastalega vodika je bila njegova dostava v rafineriji nafte Kirishi. Nastali kisik bi lahko postal osnova za proizvodnjo ozona za čiščenje industrijskih odpadnih voda v Sankt Peterburgu, zdaj se je pojavilo novo zanimanje za obsežno jedrsko-vodikovo energijo, katere glavni pobudnik so bili avtomobilski velikani. Vodik ima kot gorivo za vozila številne prednosti, v njegovo uporabo se je aktivno vključila tudi avtomobilska industrija, vendar pa gorivne celice pritegnejo največ pozornosti raziskovalcev, razvijalcev, industrije in investitorjev. Gorivne celice (elektrokemični generatorji - EKG) - vrsta tehnologije, ki uporablja oksidacijsko reakcijo vodika v membranskem elektrokemičnem procesu, ki proizvaja električno energijo, termalna energija in vodo. Ameriški in sovjetski vesoljski programi uporabljajo EKG že desetletja. Gorivne celice (FC) za vožnjo avtomobilov in avtobusov se uspešno razvijajo za naslednjo generacijo vozil, pa tudi za sisteme avtonomnega napajanja. Gorivne celice iz trdnih polimerov (TP) so na tehnični ravni na robu komercializacije. Vendar pa trenutno njihova visoka cena (elektrarna ~104 $/kW) ta proces v veliki meri ovira. Številna podjetja napovedujejo znižanje stroškov elektrarn s toplotnimi gorivnimi celicami za red velikosti ali več v njihovi množični proizvodnji. Za množično uporabo HF gorivnih celic v vozilih je treba njihove stroške zmanjšati na 50-100 dolarjev/kW (s trenutnimi stroški bencina in odsotnostjo finančnih mehanizmov, ki bi upoštevali škodo zaradi izpušnih plinov). V bližnji prihodnosti se pričakuje, da se bo zaradi zaostritve emisijskih standardov, zvišanja stroškov bencina in znižanja stroškov gorivnih celic stanje spremenilo v korist avtomobilov in avtonomnih elektrarn z zmogljivostjo do 100-300 kW. z gorivnimi celicami.Na teh področjih se raziskave in razvoj razvijajo z vse večjo aktivnostjo. V ZDA, Nemčiji, na Japonskem, v Kanadi so bile ustanovljene in obratujejo pilotne vodikove polnilnice. Prva prodaja vodikovi avtomobili Program, ki financira raziskave in razvoj v Združenih državah, katerega cilj je ustvariti družinsko limuzino z enakovredno kilometrino, trikrat večjo od tiste ameriške družinske limuzine iz leta 1993, se imenuje Partnerstvo za novo generacijo Vozila (PNGV). Program (PNGV) financira delo 800 ljudi v 21 od sedmih laboratorijih zvezne agencije, vključno s tistimi, ki so bili prej vključeni v ustvarjanje jedrskega orožja, pa tudi v raziskovalnih centrih trojke Detroit in številnih podjetij, ki proizvajajo komponente. Od leta 1995 je program porabil 1,7 milijarde dolarjev, večina sredstev pa je bila namenjena izdelavi hibridnih vozil in vozil na gorivne celice. Program je namenjen ustvarjanju avtomobila, podobnega velikosti in teže kot Chevrolet Lumina, Dodge Intrepid in Ford Taurus (dolžina - 500 cm, teža praznega vozila - 1500 kg) in čas pospeška do hitrosti 100 km / h - ne več kot 10 s . Prvi konceptni modeli štirivratnih petsedežnih limuzin, ki so bili blizu nalogi, so bili predloženi v testiranje konec leta 2001. DaimlerChrysler je predstavil Dodge ESX3, Ford Motor - Ford Prodigy, General Motors - GM Precept. Da bi zmanjšali težo pri vseh modelih, so oblikovalci poskušali kar najbolje izkoristiti lahke aluminijeve in magnezijeve zlitine ter kompozitne plastike, kot so tiste, ki se uporabljajo v ohišjih raket.Slika 1. 5. Avtomobil Daimler Chrysler NECAR 5 na podlagi Mercedes Benz razreda A v Wyomingu med vožnjo po ZDA (20. maj - 4. junij 2002). Za dobavo vodika v 75kW EKG se uporablja metanol, ki ga razvijalci imenujejo "metanolizirani vodik ali MH2". Prvi ustvarjeni vzorci so uporabljali vodik v jeklenkah. Nato so prišli avtomobili z vodikom, kemično vezanim v metil alkoholu (metanolu). Leta 2002 so bile demonstrirane prve različice avtomobilov, pri katerih se vodik proizvaja iz bencina (slika 5).Prvi avtomobil na gorivne celice je Daimler-Benz pokazal leta 1994. Do leta 2000 je bil izboljšan vzorec NECAR-4 pilotna proizvodnja od 2004. Pod tlemi so gorivne celice in rezervoar s 100 litri tekočega vodika, kar zagotavlja dovolj prostora v kabini za potnike in prtljago. Moč elektromotorja je 74 KM, največja hitrost je 160 km / h, doseg potovanja je 450 km. Gibanje se začne takoj po pritisku na stopalko za plin. 90 % največje moči motorja je doseženo v dveh sekundah. Avto z gorivom. elementov ima dinamiko primerljivo z avtomobili, opremljenimi z bencinskimi ali dizelskimi motorji.

Serijo osebnih avtomobilov z gorivnimi celicami na tekoči vodik, ki temeljijo na priljubljenem modelu Ford Focus, pripravlja raziskovalni center ameriškega Ford Motor Company za izdajo leta 2004. Nemška podružnica Ford Forschungszentrum Aachen je v sodelovanju s 40 univerzami iz 12 držav ustvarila Mondeo P2000 HFC, ki temelji na platformi družinske limuzine Ford Taurus. Rezervoar za tekoči vodik se nahaja za zadnjim sedežem, razpon med dvema polnjenjima je 160 km., V ZDA bo sestavljena tudi serija Mondeo P2000 HFC za poskusno delovanje. Ocenjena cena je 35 000 $ Bavarski koncern BMW v mnogih državah demonstrira limuzino BMW 750hl s 140-litrskim rezervoarjem tekočega vodika. Največja hitrost je 200 km / h, doseg križarjenja je 350 km. Robotska polnilnica na tekoči vodik je bila zgrajena leta 1999 v Münchnu, blizu letališča. 16 MBW 750hls je od leta 1999 prevozilo skupno 65.000 milj. Japonski proizvajalec avtomobilov Toyota začenja s proizvodnjo prve serije avtomobilov z gorivnimi celicami na tekoči vodik po ceni 75 000 $ Potencialni kupci so vlada in velike korporacije. Na začetna faza delovanje strojev bo samo v Tokiu, kjer so zgrajene posebne polnilnice. Visoki stroški vozil na gorivne celice s tekočim vodikom so posledica visokih zahtev za sestavne elemente EKG inštalacij in kompleksnega sistema za shranjevanje vodika pri zelo nizki temperaturi. Dodatne težave nastanejo, ko je avto parkiran, ko se začne izguba vodika pri izhlapevanju. Shranjevanje vodika pod pritiskom povzroča tudi druge težave.

Potencialno učinkovitejše je shranjevanje vodika v hidridih. Hidridi so kemične spojine vodika z drugimi kemični elementi. Trenutno se razvijajo sistemi za shranjevanje na osnovi magnezijevih hidridov. Nekatere kovinske zlitine, kot so magnezij-nikelj, magnezij-baker in železo-titanove zlitine, absorbirajo vodik v razmeroma velike količine in ga sprostite, ko se segreje. Hidridi pa hranijo vodik pri sorazmerno nizki energijski gostoti na enoto teže in njihovi procesi oskrbe z gorivom so nesprejemljivo počasni. Cilj tekočih raziskav je ustvariti sestavo, ki bo shranila znatno količino vodika z visoko energijsko gostoto, ga enostavno sprostila in bo stroškovno učinkovita. S tega vidika tehnologije za sintezo kemičnih spojin, ki vsebujejo vodik - amoniaka, metanola in nekaterih drugih, ki so že obvladane v kemiji velike tonaže, omogočajo znižanje stroškov potrebne infrastrukture za dostavo in oskrbo z gorivom. vodika in za uporabo optimalnih sistemov za shranjevanje na krovu. Glede na volumsko gostoto shranjevanja vodika je metanol 1,5-krat večji od tekočega vodika. Takšni sistemi vključujejo dimetil eter (DME), proizveden iz metanola za uporabo v vozilih namesto dizelskega goriva.

V zvezi s tem se zdijo bolj obetavni sistemi, kjer je vir vodika tekoč (pri atmosferskem tlaku) metilni alkohol ali bencin. Pri uporabi metanola je sistem za shranjevanje in transport goriva poenostavljen. Z bencinom je še lažje, vendar vsi problemi ustvarjanja poceni in zanesljivega pretvornika za razgradnjo ogljikovodikov s tvorbo vodika in ogljikovega dioksida še niso rešeni. Daimler Chrysler namerava za poskusno obratovanje izdelati serijo vozil NECAR-3 z metanolnimi gorivnimi celicami in dometom križarjenja med dvema bencinskima črpalkama 400 milj. Fordov model Ford Mondeo P2000 FC5, ustvarjen v evropskem raziskovalnem centru Ford Forschungzentrum Aachen, ima pod pokrovom motorja 400 metanolnih gorivnih celic, ki tehtajo 172 kg. Pri povišani temperaturi se začne reakcija tvorbe vodika iz metanola. Elektromotor 120 KM zagotavlja največjo hitrost 145 km/h. Pred začetkom proizvodnje leta 2004 ustvarjalci avtomobila pričakujejo znižanje cene na 15 tisoč dolarjev Avtomobili z električnimi motorji in gorivnimi celicami so okolju prijazni avtomobili. Toda pri ustvarjanju prenosnih obratov za proizvodnjo vodika neposredno v pogonskem agregatu avtomobila se pojavijo nove tehnične in ekonomske težave. Danes na primer po parkiranju z ugasnjenim motorjem traja do dve minuti, da celoten sistem spet začne delovati. General Motors je aprila 2002 novinarjem pokazal tovornjak Chevrolet S10 z gorivnimi celicami, za katerega je vir vodika bencin. General Motors pričakuje, da bo prvo podjetje, ki bo proizvedlo milijon vozil na gorivne celice. Za izvedbo projekta je treba v državi proizvajati bencin brez ali z zanemarljivo vsebnostjo žvepla. Galona tega bencina bo stala 5 centov več. Cena pretvornika za proizvodnjo vodika v množični proizvodnji ne sme biti višja od 3000 dolarjev.

Za izdelavo vozila na gorivne celice ruski AvtoVAZ sodeluje z raketno-vesoljsko korporacijo Energia in podjetji ruskega ministrstva za atomsko energijo.

Številni proizvajalci avtomobilov nameravajo izdati prve serije vozil na gorivne celice leta 2004 ali vsaj leta 2005. Japonski podjetji Toyota in Honda sta objavili, da začenjata pilotno proizvodnjo osebnih avtomobilov na gorivne celice. Zaradi pridobivanja izkušenj, potrebnih za reševanje nastajajočih tehničnih problemov, so leta 2000 začeli obratovati šest avtobusov v Chicagu in Vancouvru (Britanska Kolumbija, Kanada), za poskusno obratovanje in razvoj najvarnejših in tehnološko najvarnejših bo potrebnih več let. napredni sistem. Do leta 2010 se bo nabralo veliko izkušenj pri upravljanju in vzdrževanju strojev s hibridnimi pogoni. Različna področja dela za odpravo ali drastično zmanjšanje porabe bencina v vozilih bodo neizogibno privedla do korenite spremembe v strukturi voznega parka. Hkrati se bodo negativni vplivi na okolje bistveno zmanjšali, uvedeni bodo strožji okoljski standardi. Določena bodo stroškovno učinkovita področja uporabe bistveno različnih tipov motorjev. Posledično se bodo zmanjšale skupne potrebe industrializiranih držav po ogljikovodikovih gorivih, zmanjšali se bodo njegovi stroški, zmanjšal pa se bo tudi politični vpliv velikih proizvajalcev nafte, predvsem na Bližnjem vzhodu.

Junija 2002 je islandska vlada napovedala preoblikovanje sistemov kopenskega prometa in ribiške flote v vodikove sisteme. V tej državi vsa oskrba z energijo in toploto temelji na novih čistih vrstah energije, predvsem geotermalne. Poraba naftnih derivatov je ostala le na področju motornega prometa in ribištva.Po potrebnih primerjavah in pripravi projekta je islandska vlada prišla do zaključka, da bo v prihodnjih letih celotna flota avtomobilov in ribiških plovil preusmerjena na okoljsko prijazno vodikovo gorivo. Shell je na podlagi izkušenj z obratovanjem prvih desetin vodikovih avtobusov v Evropi v Reykjaviku v začetku leta 2003 zagnal prvo postajo za polnjenje avtobusov s stisnjenim elektrolitskim vodikom s kapaciteto 60 nm3h v okviru projekta ECTOS. Keramični visokotemperaturni elektrolizerji se uporabljajo kot osnova za proizvodnjo vodika iz vode.

Zaključek

Energija je eden glavnih sektorjev nacionalnega gospodarstva, po stopnji razvoja in potencialnih priložnostih pa lahko ocenimo gospodarsko moč države.

Trenutne energetske razmere v svetu lahko imenujemo razmeroma ugodne zaradi prisotnosti velikih zalog fosilnih goriv, ​​stabilnosti cen, stalnega napredka na področju ohranjanja in racionalne rabe energije, izboljšanja energetskih tehnologij in učinkovitejše rabe trga. regulatorji. Analiza trenutnega stanja in porabe energentov kaže, da so visoko porabo energije dosegle le industrializirane države.

Po svetovni energetski krizi so bili sprejeti ukrepi za varčevanje in racionalno rabo energije, kar je prispevalo k občutnemu zmanjšanju energetske intenzivnosti materialne proizvodnje, posledično se je skupna energetska intenzivnost na enoto BDP v industrializiranih državah zmanjšala za 22 % od 1973 do zgodnjih 90-ih, medtem ko nafta za 38 %.

Rast investicij ne v proizvodnjo električne energije, temveč v energetsko varčne tehnologije je prispevala k zmanjšanju porabe energije v industrializiranih državah, kar je posledično privedlo do zmanjšanja negativnih vplivov na okolje.

Krizni pojavi v razvoju svetovne energetike, ki so se izkazali sredi leta 2000, lahko po našem mnenju povzročijo nov krog v rasti prihrankov energije in spremembe v strukturi porabe energije.

V zadnjih treh desetletjih se je struktura porabe energije na svetovni in nacionalni ravni močno spremenila, vendar so še vedno izjemnega pomena fosilna goriva, ki so v poznih 90. letih predstavljala več kot 90 % svetovne porabe energije, vključno z nafto. 40,1%, premog - 27,8%, zemeljski plin - 22,9%.

Kljub skoraj trikratnemu povečanju proizvodnje energije z uporabo vode in jedrskih virov ostaja njihov delež v svetovni energetski bilanci nepomemben in je v poznih devetdesetih letih znašal približno 5 % oziroma 6 %.

Pri sedanjih stopnjah rasti porabe fosilnih goriv bodo zaloge nafte trajale najmanj 75 let, zemeljskega plina - več kot 100 let, premoga - več kot 200 let.

Po napovedi Mednarodne agencije za energijo (IEA) se lahko ob ohranjanju trenutnih trendov v svetovnem energetskem sektorju v obdobju do leta 2020 svetovna poraba primarnih energetskih virov poveča za 65 % Delež fosilnih goriv v svetovnem energetska bilanca naj bi se do leta 2020 zmanjšala na 76 %, do leta 2050 pa na 45 %.

sl.6. Napoved svetovne energetske bilance

Upanja, ki so bila polagana na nove ali alternativne vire energije, kot so sončna energija, veter, bioenergija, geotermalna energija in drugi, ostajajo doslej neizpolnjeni, ne da bi prišlo do bistvenih sprememb v strukturi svetovne energetske bilance. Specifična težnost nove oz alternativni viri energije, brez hidroelektrarne, bo v njeni svetovni proizvodnji do leta 2020 približno 2 %.

V okviru celotne energetske strategije so si države Evropske unije zadale cilj povečati delež električne energije, proizvedene iz obnovljivih virov energije do leta 2010 na 22 %.

Literatura1. Varshavsky I.L. Snovi za shranjevanje energije in nekatera načela njihove uporabe v prometu, energetiki in industriji. - M.: Nauka, 1970. - 51 str.2. http://www.businessweek.com/common_frames/gb.htm?/2000/00_38/b3699304. htm3. http://www.kurginyan.ru/publ.shtml?cmd=sch&cat=588&vip=134. Globalno segrevanje: Greenpeaceovo poročilo / ur. J. Leggett. Per. iz angleščine. - M.: Založba Moskovske državne univerze, 1993. - 272 str. http://www.mamok.mesi.ru/busines_club_analitics_energy_ru.htm6. http://www.infoatom.ru/Win/info/info-060502.htm7. "Energija" 2003, št. 7. S. 33-39. članek S.P. Mališenko

8. Revija "Faktor" št.5 - 2001