|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
См. также Водородная заправочная станция
[править] Транспортные приложения Автомобильный транспорт В 2006 году было запущено в эксплуатацию около 100 новых автомобилей, автобусов, мотоциклов и т. д. на топливных элементах. К концу 2007 году в мире будет эксплуатироваться около 900 транспортных средств. В автомобильных приложениях преобладают PEM технологии. В 2005 году был изготовлен всего один автомобиль с PAFC топливным элементом — остальные на PEM технологиях. Разработчики смогли снизить стоимость автомобильных водородных топливных элементов с $275 за кВт мощности в 2002 году до $110 за кВт в 2005. Департамент Энергетики США (DoE) планирует снизить стоимость до $30 за кВт мощности к 2020 году. Планы автопроизводителей
В марте 2006 года германский HyWays проект опубликовал прогнозы проникновения водородного автотранспорта на европейский рынок.
Таблица: прогноз проникновения водородного автотранспорта на европейский рынок в % от общего количества автомобилей. Воздушный транспорт Корпорация Boeing прогнозирует, что топливные элементы постепенно заменят в авиации вспомогательные энергетические установки. Они смогут генерировать электроэнергию, когда самолет находится на земле, и быть источниками бесперебойного питания в воздухе. Топливные элементы будут постепенно устанавливаться на новое поколение Боингов 7E7, начиная с 2008 года. Железнодорожный транспорт Для данных приложений требуется большая мощность, а размеры силовой установки имеют малое значение. Железно-Дорожный исследовательский технологический институт (Япония) планирует запустить поезд на водородных топливных элементах в эксплуатацию к 2010 году. Поезд сможет развивать скорость 120 км/ч, и проезжать 300—400 км без заправки. Прототип был испытан в феврале 2005 года. В США с 2003 года разрабатывается локомотив массой 109 тонн с водородным топливным элементом мощностью 1 МВт. Водный транспорт В Германии производятся подводные лодки класса U-212 с топливными элементами производства Siemens AG. U-212 стоят на вооружении Германии, поступили заказы из Греции, Италии, Кореи, Израиля. Под водой лодка работает на водороде и практически не производит шумов. В США поставки SOFC топливных элементов для подводных лодок могут начаться в 2006 году. Компания FuelCell Energy разрабатывает 625 кВт топливные элементы для военных кораблей. Японская подводная лодка Urashima с топливными элементами PEMFC производства Mitsubishi Heavy Industries была испытана в августе 2003 года. Складские погрузчики Чуть менее половины новых топливных элементов, установленных в 2006 году на транспортные средства, были установлены на складские погрузчики. Замена аккумуляторных батарей на топливные элементы позволит значительно сократить площади, занимаемые аккумуляторными цехами. Wal-Mart в январе 2007 года завершил вторую серию испытаний складских погрузчиков на топливных элементах. Полная статья: Водородный транспорт [править] Мобильные топливные элементы Производство электрической энергии для мобильных устройств: мобильных телефонов, ноутбуков и т. д. В 2006 году (как и в 2005) во всём мире было изготовлено около 3000 шт. мобильных приложений. Одним из основных потребителей была армия США. Армии требуются легкие, ёмкие, бесшумные источники энергии. Благодаря спросу со стороны военных, США заняли первое место в мире по количеству разработок в портативных приложениях. На Японию пришлось всего 13 % новых разработок в 2005 году. Наиболее активными были компании — производители электроники: Casio, Fujitsu Hitachi, Nec, Sanyo и Toshiba. Весной 2007 г. компания Medis Technologies начала продажи водородных топливных элементов для мобильных устройств. Технологии В портативных и электронных приложениях доминируют PEM и DMFC топливные элементы. [править] Водородная энергетика в России В 2003 компания «Норильский никель» и Российская академия наук подписали соглашение о ведении научно-исследовательских работ в сфере водородной энергетики. «Норильский никель» вложил в исследования 40 млн долларов. В 2005 «Норильский никель» основал инновационную компанию «Новые энергетические проекты», задачей которой является разработка и внедрение топливных элементов. В 2006 «Норильский никель» приобрел контрольный пакет американской инновационной компании Plug Power, являющейся одним из лидеров в сфере разработок, связанных с водородной энергетикой. Предполагается, что на основе российских и американских разработок с 2008 начнётся производство водородных энергетических установок в России. «Норильский никель» и компания «Интеррос» планировали начать строительство соответствующего завода в 2007 ([2]). Глава «Норильского никеля» Михаил Прохоров заявил в феврале 2007 года, что компания вложила в разработку водородных установок $70 млн и уже есть «не просто лабораторные, а действующие образцы», на внедрение которых уйдёт несколько лет. Начало промышленной реализации «водородного проекта», по его словам, намечено на 2008 год.[6] [править] Итоги 2008 года [править] Стационарные приложения В июне 2008 года компания Matsushita Electric Industrial Co Ltd (Panasonic) начала производство в Японии водородных топливных элементов. Компания планирует продать к 2015 году 200 тысяч бытовых энергетических систем на водородных топливных элементах[7]. В сентябре корейская компания POSCO завершила строительство завода по производству стационарных энергетических установок на водородных топливных элементах. Мощность завода 50 МВт. оборудования в год[8]. [править] Мобильные приложения В октябре 2008 года продажи DMFC установок компании германской Smart Fuel Cell AG для домов на колёсах достигли 10 000 штук. Мощность установок от 0, 6 кВт. до 1, 6 кВт. В качестве топлива используется метанол. Канистры с метанолом продаются 800 магазинах Европы[9]. [править] Транспорт Первые лётные испытания установки для бортового питания на водородных топливных элементах мощностью 20 кВт. проведены команией Airbus в феврале 2008 года на самолёте Airbus A320 [10]. В марте 2008 года во время экспедиции STS-123 шаттла Endeavour топливные элементы производства компании UTC Power преодолели рубеж в 100 тысяч операционных часов в космосе[11]. Водородные топливные элементы производят энергию на борту шаттлов с 1981 года. 3 апреля 2008 года компания Boeing провёла лётные испытания лёгкого двухместного самолёта Dimona с силовой установкой на водородных топливных элементах[12]. [править] Автомобили Компания Mercedes в марте 2008 года завершила зимние испытания автомобиля B-Class с силовой установкой на водородных топливных элементах[13]. Шанхайская компания Shanghai Volkswagen Automotive Company для Олимпийских игр в Пекине поставила 20 легковых автомобилей с силовой установкой на водородных топливных элементах[14]. В августе 2008 года в США состоялся демонстрационный пробег водородных автомобилей. Автомобили компаний BMW, Daimler, General Motors, Honda, Nissan, Toyota, Hyundai и Volkswagen за 13 дней преодолели 7000 км [15]. Компания Honda начала продажи в лизинг автомобиля Honda FCX Clarity в США летом 2008 года[16]. В Японии — в ноябре 2008 года[17]. [править] Производство водорода В декабре германский институт Deutsches Zentrum fü r Luft- und Raumfahrt (DLR) завершил строительство пилотной установки по производству водорода из воды в солнечных концентраторах. Мощность установки 100 кВт[18]. Разрабатывались технологии производства водорода из мусора, этанола, металлургического шлака[19], биомассы[20] и другие технологии. [править] Деятельность правительств Правительства различных стран приняли планы развития водородной энергетики. Например: [править] Южная Корея Министерство Коммерции, Индустрии и Экономики Ю. Кореи в 2005 году приняло план строительства водородной экономики к 2040 году. Цель — производить на топливных элементах 22 % всей энергии и 23 % электричества, потребляемого частным сектором. Если цели плана будут выполнены, Ю. Корея будет производить из водорода 8 % ВВП страны к 2040 году. Будет создан миллион новых рабочих мест, выбросы CO2 сократятся на 20 %.[источник? ] [править] Индия В Индии создан Индийский Национальный Комитет Водородной Энергетики. В 2005 году комитет разработал «Национальный План Водородной Энергетики». Планом предусмотрены инвестиции в размере 250 млрд рупий (примерно $5, 6 млрд) до 2020 года. Из них 10 млрд рупий будет выделено на исследования и демонстрационные проекты, а 240 млрд рупий на строительство инфраструктуры по производству, транспортировке, хранению водорода. Планом поставлена цель — к 2020 году вывести на дороги страны 1 миллион автотранспортных средств, работающих на водороде. Также к 2020 году будет построено 1000 МВт водородных электростанций.[источник? ] [править] США Департамент Энергетики США (DOE) в январе 2006 года принял план развития водородной энергетики «Roadmap on Manufacturing R& D for the Hydrogen Economy» [3] [4]. Планом предусмотрено:
8 августа 2005 года Сенат США принял Energy Policy Act of 2005. Законом предусмотрено выделение более $3 млрд на различные водородные проекты. И $1, 25 млрд на строительство новых атомных реакторов, производящих электроэнергию и водород. [править] Исландия Исландия планирует построить водородную экономику к 2050 году.[источник? ] [править] Южно-Африканская Республика Правительство Южно-Африканской Республики в 2008 году приняла водородную стратегию. К 2020 году ЮАР планирует занять 25% мирового рынка катализаторов для водородных топливных элементов[21]. [править] Ссылки
Источник — «http: //ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%B4%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D1%8D%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0»
Пока весь мир разрабатывает топливные элементы и говорит о водородной энергетике будущего, скептики не устают повторять, что до сих пор у человечества не существует дешевого способа получения водорода. Современным методом получения является электролиз воды, однако для его осуществления в глобальных масштабах потребуется уйма электричества. Основные надежды человечество возлагает на проект термоядерного синтеза, который должен открыть людям неисчерпаемый источник энергии, однако прогнозировать дату вступления первого токамака в строй до сих пор никто не берется. Кроме того, ученые пытаются приспособить бактерии для выработки водорода из пищевых и промышленных отходов, а еще пытаются имитировать процесс фотосинтеза, разделяющий воду на водород и кислород в растениях. Все эти методы пока еще очень далеки от промышленной реализации. Американские ученые, похоже, научились получать водород в больших количествах при реакции алюминия с водой.
Искусственный фотосинтез стал ближе Как говорит Джерри Вудолл, профессор университета и инициатор работ, его инновация может найти применение во всех сферах – как в мобильных устройствах для выработки энергии, так и в больших промышленных установках. Новый сплав на 95% состоит из алюминия, а на оставшиеся 5% – из сложного сплава галлия, индия и олова. Хотя галлий и является очень редким и дорогим элементом, его количества в сплаве настолько малы, что стоимость сплава, и особенно стоимость его эксплуатации, может быть коммерчески выгодной. Из школьного курса химии каждому должно быть известно, что алюминий – чрезвычайно активный металл и легко вступает в реакцию с водой, высвобождая водород в ходе собственного окисления. Однако использование алюминия в быту, и особенно в качестве посуды для приготовления пищи, абсолютно безопасно, так как на поверхности алюминия всегда есть тончайшая, но очень прочная и инертная оксидная пленка Al2O3, из-за которой заставить алюминий вступить в реакцию с водой не так уж и легко. Сплав индия, галлия и олова является критическим компонентом для технологии Вудолла: он препятствует образованию этой оксидной пленки и позволяет алюминию количественно вступить в реакцию с водой.
Заслуга химиков-технологов в том, что они не только смогли проделать титаническую работу по подбору химического состава алюминиевого сплава, но и научились контролировать его микроструктуру, которая и является ключом к функционализации материала. Микроструктура металлов Дело в том, что смесь металлов при затвердевании не формирует однородного твердого раствора из-за различий в строении кристаллических решеток металлов, кроме того, формирующийся сплав имеет довольно низкую температуру плавления. В результате конечный сплав формируется при остывании из расплава в виде смеси двух независимых фаз – алюминия и сплава галлия, индия и олова, вкрапленных в толщу материала в виде микроскопических кристаллитов. Именно такая двухфазная композиция и определяет способность алюминия в данном сплаве вступать в реакцию с водой при нормальных условиях, а потому является критичной для всей технологии.
Однако обнаружив способность такого смоченного материала вступать в реакцию с водой при нормальных условиях, ученые изрядно воодушевились и спустя некоторое время обнаружили способность расплава, обогащенного алюминием, кристаллизоваться при медленном охлаждении в двухфазной форме. Такой материал способен вступать в реакцию с водой уже без участия жидкого сплава галлия, индия и олова. Как полагают ученые, определяющим фактором в препятствии для образования пленки оксида на поверхности материала является микроструктура материалов на поверхности раздела между двумя фазами, образующими материал. Галлий В данный момент ученые озабочены технологической задачей брикетирования своего сплава для повышения удобства его использования. Так, брусочек алюминиевого сплава может быть помещен в реактор, размеры которого определяются
необходимым количеством водорода, и выдать ровно столько водорода, сколько нужно в том месте и в то время, когда это необходимо. Такая технология, будучи доведенной до логического конца, снимет еще две насущные проблемы водородной энергетики (помимо собственно получения водорода из воды), а именно, хранение водорода и его транспортировку. Оксид алюминия также является очень удобной субстанцией для проведения его электрохимического восстановления в соответствии с процессом Холла-Эру, повсеместно используемого в алюминиевой промышленности в настоящее время: В принципе, для внедрения технологии Вудолла, пока еще не описанной в научных публикациях, не требуется новых инноваций – необходимо лишь наладить инфраструктуру доставки сплава к конечному потребителю и организовать процесс его восстановления с использованием хорошо освоенных промышленностью методов получения металлического алюминия. Алюминий является самым распространенным металлом на Земле. Кроме того, побочным продуктом разработки бокситных руд – минералов, содержащих алюминий, является как раз галлий – самый ценный компонент сплава Вудолла. Сам ученый, награжденный в прошлом высшей наградой в области технологии в США, отмечает наряду с проблемами чисто экономического характера и необходимость проведения дополнительных экспериментов по влиянию состава и в особенности микроструктуры на поверхности раздела фаз в новом материале на его свойства. Такие работы вполне могут позволить в будущем перейти к использованию более дешевых и доступных металлов, чем галлий.
Водородная энергетика (ВЭ) является приоритетным направлением развития энергетики большинства индустриальных стран мира. Правительства этих стран планирую постепенное сокращение потребления углеводородного топлива и переход на альтернативные источники энергии. Наиболее перспективным в этом направлении считается водородная энергетика. ВЭ как одно из направлений научно-технического прогресса сформировалась в середине 70-х годов в разгар охватившего мир энергетического кризиса. Главная идея - замена ископаемых органических видов топлива во всех сферах их применения на новый энергоноситель - водород, при сжигании которого образуется только вода и практически отсутствуют какие-либо вредные выбросы. Кратко о зарождении и современном состоянии водородной экономики, можно прочитать здесь. Планируется производство водорода из воды и органических топлив и его использование на основе топливных элементов в промышленности, энергетике, на транспорте, в жилищно-коммунальном хозяйстве и в других сферах энергосектора. Столь крупномасштабное применение водорода, поможет избежать наступления глобальной экологической катастрофы, а также должно положительно сказаться на экономике большинства энергозависимых стран мира. О перспективах инновационного обновления энергосектора можно прочитать здесь.
В настоящий момент существуют сотни прогнозов развития ВЭ, а также моделей отражающих предполагаемое состояние энергетики в будущем, с учетом крупномасштабного применения водородных технологий. Во многих странах, чье правительство заинтересованно в развитии ВЭ, это прежде всего США, страны ЕС и Япония, сформированы национальные водородные программы , а также некоторые из этих стран уже успешно внедряют и реализуют различные планы и проекты направленные на постепенный переход на водородное топливо.
Почему же именно водород? Это обусловлено несколькими, важнейшими, преимущественными по сравнению с углеводородным топливом качествами, которыми он обладает. Но при использовании водорода возникает целый ряд проблем. К ним можно отнести:
Еще одна немаловажная проблема - это рентабельность водородных технологий. Сейчас производство водорода и ТЭ обходятся очень дорого, но прогнозируют постепенное их удешевление. Более подробную информацию о проблемах развития ВЭ можно прочитать здесь .Использование водорода в качестве основного источника энергии в будущем намечается в промышленности, автотранспорте, жилищно-коммунальном хозяйстве и других сферах экономики. Столь масштабное применение водорода, требует новых мощностей для его производства. На первых парах, предполагается применение атомно-водородной энергетики , предусматривающей крупномасштабное производство на базе атомной энергетики не только электроэнергии и тепла, но и водорода и последующее его использование для разнообразных нужд человека.
Огромную роль в развитии ВЭ играет международное сотрудничество. Первый кирпичик в развитии международных отношений в области ВЭ, был заложен в 1974 году. Именно тогда была создана Международная ассоциация по водородной энергетике (МАВЕ) со штаб-квартирой в Институте чистой энергии (Ко-рейл Гэйбл, США), который издает международный журнал и раз в два года организует всемирные конференции по водородной энергетике. 15-я конференция состоялась 27 июня — 2 июля 2004 г. в Иокогаме, Япония; в ней участвовали 2000 ученых, инженеров, бизнесменов, чиновников из 52 стран мира, была проведена презентация новейших топливных элементов, водородных автомобилей и автобусов, скутеров, мобильных водородозаправочных станций. На состоявшейся в мае 2004 г. в Донецке Международной конференции «Водородная обработка материалов» был принят Меморандум о переходе от ископаемых топлив к водородной экономике и затем к водородной цивилизации . В ней принимали участие ученые, эксперты и производственники — представители США, Японии, России, Украины, Великобритании, Испании, Ливии и Польши. В Меморандуме, в частности, записано: «Реальный, научно обоснованный, исторически длительный переход к экологически чистой жизни, сохраняющей первозданность биосферы и экосистемы, может быть осуществлен только одним путем: постепенной заменой углеводородных энергоносителей на водород, единственно возможный энергоноситель, который при использовании не дает вредных выбросов в атмосферу. Переход к водородной экономике, а затем к водородной цивилизации — это единственно возможный, научно обоснованный путь для сохранения биосферы и экосистемы земли, пригодной для жизни». О других, состоявшихся за период 2002-2004 г. конференциях по проблеме ВЭ, можно почитать здесь. Таким образом, можно констатировать, что эра водорода уже началась!!!
В данный момент наиболее перспективными считаются следующие способы получения водорода. Суть первого способа заключается в том, что нагревая воду до температуры свыше 2500оС можно реализовать реакцию ее термолитического разложения на кислород и водород. Следующий способ - это паровая конверсия метана. При температуре печи свыше 800оС происходит разложение метана и выделение водорода, осуществляемое на каталитических поверхностях. Следующий способ получения водорода основан на использовании термохимических реакций химически активных соединений йода или брома. Первичным продуктом служит вода, а сам процесс осуществляется в несколько циклов. Третья технология производства водорода – электролитическое разложение воды. Осуществляется под высоким давлением и получается высокий выход водорода
Наиболее перспективными считаются следующие способы хранения водорода: газобаллонный, криогенный и металлогидридный. Первая технология хранения водорода в газообразном состоянии, основана на использовании баллонов высокого давления, изготовленных из стали, титана и композитных материалов. К сожалению существенный недостаток этой технологии то, что для хранения 2 кг Н2 требуются баллоны массой 33 кг. Прогресс в материаловедении даёт возможность снизить массу материала баллона до 20 кг на 1 кг водорода, а в дальнейшем возможно снижение до 8 – 10 кг. Пока масса водорода при хранении его в баллонах составляет примерно 2 – 3% от массы самого баллона.
Вторая, наиболее часто используемая в промышленности для хранения и перевозки большого количества водорода технология, требует применения криогенных систем. Главная часть криогенной системы для хранения водорода – теплоизолированные сосуды, масса которых примерно в 4 – 5 раз меньше на 1 кг хранимого водорода, чем при баллонном хранении под высоким давлением. В криогенных системах хранения жидкого водорода на 1 кг водорода приходится 6 – 8 кг массы криогенного сосуда.
Последняя технология хранения водорода – это гидридные системы. В этих системах водород содержится в составе интерметаллических соединений в виде гидридов металлов. Извлечение его из этих соединений осуществляется путем гидролиза, либо путем термической диссоциации. В первом случае процесс является одноразовым, во втором могут быть созданы аккумуляторы многократного действия. Технология использования гидридных материалов обладает таким важным преимуществом, что требует значительно более мягкого уровня требований к безопасности эксплуатации. Главный недостаток таких систем – относительно невысокое содержание водорода.
Дополнительную информацию о применении водородных технологий в автотранспорте можно найти здесь
Сегодняшняя боязнь водорода может быть объяснена ограниченным опытом и знаниями в обществе. Никого не беспокоит сегодня работа с бензином на заправочных станциях, хотя последний и ядовит, и взрывоопасен. Безопасное обращение с водородом в промышленности является реальным фактом на протяжении нескольких последних десятилетий. Огромное количество водорода используется, например, в космических ракетах, но ни одного серьезного инцидента не было зафиксировано.
«Взрыв» дирижабля «Гинденбург» в 1937 году не может быть отнесен на счет утечки водорода, как это предполагалось. Водород не пахнет и сгорает с едва видимым пламенем. Теплота внутреннего сгорания (излучение) много меньше, чем при внутреннем сгорании углеводородов. Водород горит также много быстрее. Таким образом, повреждения от водорода должны быть меньше чем от других топлив. Более того, водород быстро смешивается с воздухом до безопасных концентраций. Если утечка водорода и будет происходить, то шанс избежать взрыва меньше, когда соответствующая крановая система используется. Ни каких токсичелогических и экологических эффектов не было зафиксировано, однако долговременные эффекты влияния водорода на людей и окружающую среду, конечно же, пока не исследованы. Тем не менее, переход от использования ископаемых топлив к водороду может быть только положителен. С водородом можно работать безопасно, когда руководство по его безопасному хранению и работе с ним соблюдаются. Важно помнить, что водород – это топливо. Являясь таковым, он сгорае Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-04-10; Просмотров: 885; Нарушение авторского права страницы
