"Водород" белән таныштырырбыз, углерод нейтраль энергиянең киләсе буыны. Водород өч төргә бүленә: “яшел водород”, “зәңгәр водород” һәм “соры водород”, аларның һәрберсенең җитештерү ысулы төрле. Без шулай ук җитештерүнең һәр ысулын, физик үзлекләрне элементлар, саклау / ташу ысуллары, куллану ысуллары белән аңлатырбыз. Мин шулай ук ни өчен киләсе буын доминант энергия чыганагы булуы белән таныштырырмын.
Яшел водород җитештерү өчен су электролизы
Водород кулланганда, барыбер "водород җитештерү" мөһим. Иң җиңел ысул - "су электролизлау". Бәлки, син мәктәп фәнендә укыгансыңдыр. Суганны су һәм электродлар белән тутырыгыз. Батарейка электродларга тоташканда һәм энергияләнгәндә, суда һәм һәр электродта түбәндәге реакцияләр була.
Катодта H + һәм электроннар водород газын чыгаралар, анод кислород чыгаралар. Шулай да, бу ысул мәктәп фәннәре экспериментлары өчен бик яхшы, ләкин водородны сәнәгатьтә җитештерү өчен, зур күләмле җитештерү өчен яраклы эффектив механизмнар әзерләнергә тиеш. Бу "полимер электролит мембранасы (PEM) электролизы".
Бу ысулда водород ионнары үтәргә мөмкинлек бирүче полимер ярым үткәргеч мембрана анод белән катод арасында сандугачланган. Deviceайланма анодына су коелгач, электролиз җитештергән водород ионнары ярым үткәргеч мембрана аша катодка күчә, һәм алар молекуляр водородка әйләнәләр. Икенче яктан, кислород ионнары ярым үткәргеч мембрана аша уза алмый һәм анодта кислород молекулалары була алмый.
Шулай ук эшкәртүле су электролизында сез анодны һәм катодны сепаратор аша аерып водород һәм кислород ясыйсыз, алар аша гидроксид ионнары гына уза ала. Моннан тыш, югары температуралы пар электролизы кебек сәнәгать ысуллары бар.
Бу процессларны зур масштабта башкарып, күп күләмдә водород алырга мөмкин. Бу процесста шулай ук зур күләмдә кислород җитештерелә (водород күләменең яртысы), атмосферага чыгарылса, әйләнә-тирә мохиткә начар йогынты ясамасын. Ләкин, электролиз күп электр таләп итә, шуңа күрә җил турбиналары һәм кояш панельләре кебек казылма ягулык кулланмаган электр белән җитештерелсә, углеродсыз водород җитештерелергә мөмкин.
Сез чиста энергия кулланып су электролизацияләп “яшел водород” ала аласыз.
Бу яшел водородны зур күләмдә җитештерү өчен водород генераторы бар. Электролизер бүлегендә PEM кулланып, водород өзлексез җитештерелергә мөмкин.
Зәңгәр водород казылма ягулыктан ясалган
Водород ясауның тагын нинди ысуллары бар? Водород табигый газ һәм күмер кебек казылма ягулыкларда, судан башка матдәләр кебек бар. Мәсәлән, табигый газның төп компоненты булган метанны (CH4) карап чыгыйк. Монда дүрт водород атомы бар. Сез водородны бу водородны чыгарып ала аласыз.
Шуларның берсе - пар кулланган "пар метан реформасы" дип аталган процесс. Бу ысулның химик формуласы түбәндәгечә.
Күргәнегезчә, углекислый газ һәм водород бер метан молекуласыннан чыгарылырга мөмкин.
Шул рәвешле, водород "пар реформасы" һәм табигый газ һәм күмернең "пиролизы" кебек процесслар аша чыгарылырга мөмкин. "Зәңгәр водород" бу рәвешчә җитештерелгән водородны аңлата.
Ләкин бу очракта углерод газы һәм углерод газы продукт буларак җитештерелә. Шуңа күрә сез аларны атмосферага чыгарганчы эшкәртергә тиеш. Продукциядәге углерод газы, торгызылмаса, "соры водород" дип аталган водород газына әйләнә.
Водород нинди элемент?
Водородның атом саны 1 һәм периодик таблицада беренче элемент.
Атомнар саны галәмдә иң зуры, галәмдәге барлык элементларның 90% тәшкил итә. Протоннан һәм электроннан торган иң кечкенә атом - водород атомы.
Водородның ядрога бәйләнгән нейтронлы ике изотопы бар. Бер нейтрон белән бәйләнгән "деутерий" һәм ике нейтрон белән бәйләнгән "тритий". Бу шулай ук кушылу энергиясен җитештерү өчен материаллар.
Кояш кебек йолдыз эчендә водородтан гелийга атом кушылуы бара, ул йолдызның балкып торуы өчен энергия чыганагы.
Ләкин, водород җирдә газ буларак бик сирәк очрый. Водород су, метан, аммиак һәм этанол кебек башка элементлар белән кушылмалар барлыкка китерә. Водород җиңел элемент булганлыктан, температура күтәрелгәч, водород молекулаларының хәрәкәт тизлеге арта, һәм җирнең тарту көченнән космоска кача.
Водородны ничек кулланырга? Яну белән кулланыгыз
Алайса, киләсе буын энергия чыганагы буларак бөтен дөнья игътибарын җәлеп иткән “водород” ничек кулланыла? Ул ике төп ысул белән кулланыла: “яну” һәм “ягулык күзәнәге”. Әйдәгез, “яндыру” кулланудан башлыйк.
Януның ике төп төре бар.
Беренчесе - ракета ягулыгы. Япониянең H-IIA ракетасы водород газын "сыек водород" һәм "сыек кислород" куллана, ул шулай ук ягулык буларак криогеник хәлдә. Бу икесе берләштерелгән, һәм ул вакытта барлыкка килгән җылылык энергиясе космоска очып, барлыкка килгән су молекулаларын уколны тизләтә. Ләкин, техник яктан катлаулы двигатель булганлыктан, Япониядән кала, АКШ, Европа, Россия, Китай һәм Indiaиндстан гына бу ягулыкны уңышлы берләштерде.
Икенчесе - электр энергиясе. Газ турбинасы электр энергиясе җитештерү өчен водород белән кислородны берләштерү ысулын куллана. Башкача әйткәндә, бу водород җитештергән җылылык энергиясенә караган ысул. Rылылык электр станцияләрендә күмер, нефть һәм табигый газ яну җылылыгы турбиналар йөртүче пар чыгара. Водород җылылык чыганагы буларак кулланылса, электр станциясе углеродлы нейтраль булачак.
Водородны ничек кулланырга? Ягулык күзәнәге буларак кулланыла
Водородны куллануның тагын бер ысулы - ягулык күзәнәге, ул водородны турыдан-туры электрга әйләндерә. Аерым алганда, Тойота Япониядә игътибарын җәлеп итте, глобаль җылынуга каршы чаралар кысаларында бензин машиналарына альтернатива итеп электр машиналары (ЕВ) урынына водород белән ягулыклы машиналар.
Аерым алганда, без "яшел водород" җитештерү ысулын тәкъдим иткәндә кире процедураны эшлибез. Химик формула түбәндәгечә.
Водород электр чыгарганда су (кайнар су яки пар) чыгарырга мөмкин, һәм ул бәяләнә ала, чөнки ул әйләнә-тирә мохиткә йөк салмый. Икенче яктан, бу ысул 30-40% чагыштырмача түбән энергия җитештерү эффективлыгына ия, һәм катализатор буларак платина таләп итә, шулай итеп чыгымнарны арттыруны таләп итә.
Хәзерге вакытта без полимер электролит ягулык күзәнәкләрен (PEFC) һәм фосфор кислотасы ягулык күзәнәкләрен (PAFC) кулланабыз. Аерым алганда, ягулык кәрәзле машиналар PEFC куллана, шуңа күрә киләчәктә таралыр дип көтеп була.
Водород саклау һәм транспорт куркынычсызмы?
Хәзерге вакытта без водород газының ничек ясалганын һәм кулланылышын аңлыйсыз дип уйлыйбыз. Бу водородны ничек сакларга? Кирәк булган җирдә аны ничек алырга? Ул вакытта куркынычсызлык турында нәрсә әйтеп була? Без аңлатырбыз.
Чынлыкта, водород шулай ук бик куркыныч элемент. ХХ гасыр башында без водородны газ итеп шарлар, шарлар һәм диңгездә йөзү өчен кулландык, чөнки ул бик җиңел иде. Ләкин, 1937 елның 6 маенда, Нью-Джерсида, АКШта, "Хинденбург очкычында шартлау" булды.
Авариядән соң водород газының куркыныч икәнлеге киң танылды. Бигрәк тә ут алгач, ул кислород белән каты шартлаячак. Шуңа күрә, "кислородтан ерак тору" яки "җылылыктан ерак тору" мөһим.
Бу чараларны күргәннән соң, без җибәрү ысулын уйлап таптык.
Водород - бүлмә температурасында газ, шуңа күрә ул әле газ булса да, бик зур. Беренче ысул - газлы эчемлекләр ясаганда югары басым куллану һәм цилиндр кебек кысу. Махсус югары басымлы танк әзерләгез һәм аны 45Мпа кебек югары басымлы шартларда саклагыз.
Ягулык күзәнәк машиналарын (FCV) үстерүче Тойота, 70 MPa басымына каршы тора алырлык, югары басымлы водород танкы эшләп чыгара.
Тагын бер ысул - сыек водород ясау өчен -253 ° C ка кадәр суыту, һәм аны махсус җылылык изоляцияләнгән танкларда саклау һәм ташу. LNG (сыекландырылган табигый газ) шикелле, чит илдән табигый газ кертелгәндә, водород транспорт вакытында сыекландырыла, аның күләмен газ хәленең 1/800 кадәр киметә. 2020-нче елда без дөньяда беренче сыек водород йөртүчене тәмамладык. Ләкин, бу ысул ягулык кәрәзле машиналар өчен яраксыз, чөнки суыту өчен күп көч кирәк.
Мондый танкларда саклау һәм җибәрү ысулы бар, ләкин без водород саклауның башка ысулларын да эшлибез.
Саклау ысулы - водород саклау эретмәләрен куллану. Водород металлларга үтеп керү һәм начарлану үзенчәлегенә ия. Бу 1960-нчы елларда АКШта эшләнгән үсеш киңәше. Дж. Рейли һ.б. Тикшеренүләр күрсәткәнчә, водород магний һәм ванадий эретмәсе ярдәмендә саклана һәм чыгарыла ала.
Аннан соң ул водородны үз күләменнән 935 тапкыр үзләштерә ала торган палладий кебек матдәне уңышлы эшләде.
Бу эретмәне куллануның өстенлеге шунда ки, ул водород агып чыгу очракларын (нигездә шартлау аварияләрен) булдыра ала. Шуңа күрә аны куркынычсыз сакларга һәм ташырга мөмкин. Ләкин, сак булмасагыз һәм аны дөрес булмаган мохиттә калдырсагыз, водород саклау эретмәләре вакыт узу белән водород газын чыгарырга мөмкин. Хәер, кечкенә очкын да шартлау авариясен китерергә мөмкин, сак булыгыз.
Аның шулай ук җитешсезлеге бар, водородның кабат сеңүе һәм дезорпция эмблитлингка китерә һәм водородның үзләштерү тизлеген киметә.
Икенчесе - торбалар куллану. Торбаларның эмблиттасын булдырмас өчен, ул кысылмаган һәм түбән басым булырга тиеш дигән шарт бар, ләкин өстенлеге шунда: булган газ торбаларын куллану мөмкин. Токио Газ Харуми Флагында төзелеш эшләрен башкарды, шәһәр газүткәргечләрен ягулык күзәнәкләренә водород белән тәэмин итү өчен.
Водород энергиясе белән киләчәк җәмгыять
Ниһаять, әйдәгез водородның җәмгыятьтә ролен карыйк.
Иң мөһиме, без углеродсыз җәмгыятьне үстерергә телибез, җылылык энергиясе урынына электр чыгару өчен водород кулланабыз.
Зур җылылык электр станцияләре урынына кайбер хуҗалыклар ENE-FARM кебек системалар керттеләр, алар кирәкле электр энергиясе чыгару өчен табигый газны реформалаштырып алынган водородны кулланалар. Ләкин, реформа процессының продуктлары белән нәрсә эшләргә кирәк дигән сорау кала.
Киләчәктә водородның әйләнеше үзе артса, водород ягулык салу станцияләре санын арттыру кебек, углерод газын чыгармыйча электр куллану мөмкин булачак. Электр яшел водород җитештерә, әлбәттә, кояш нурыннан яки җилдән алынган электрны куллана. Электролиз өчен кулланылган көч энергия җитештерү күләмен кысу яки табигый энергиядән артык көч булганда зарядландырыла торган батареяны зарядлау көче булырга тиеш. Башкача әйткәндә, водород зарядландырыла торган батарея белән бер урында. Бу очракта җылылык энергиясен җитештерүне киметергә мөмкин булачак. Эчке яну двигателе машиналардан юкка чыккан көн тиз якынлаша.
Водородны башка маршрут аша да алырга мөмкин. Чынлыкта, водород каустик сода җитештерүнең өстәмә продукты булып тора. Башка әйберләр арасында ул тимер җитештерүдә кокс җитештерүнең өстәмә продукты. Бу водородны таратуга куйсагыз, сез берничә чыганак ала алырсыз. Бу рәвешчә җитештерелгән водород газы водород станцияләре белән дә тәэмин ителә.
Алга таба киләчәккә игътибар итик. Lostгалтылган энергия күләме электр белән тәэмин итү өчен чыбыклар кулланган тапшыру ысулы белән дә проблема. Шуңа күрә, киләчәктә без газ үткәргечләр җибәргән водородны, газлы эчемлекләр ясауда кулланылган карбон кислотасы танклары кебек кулланачакбыз, һәм һәрбер хуҗалык өчен электр чыгару өчен өйдә водород танкы сатып алырбыз. Водород батарейкаларында эшләүче мобиль җайланмалар гадәти күренешкә әйләнде. Мондый киләчәкне күрү кызык булыр.
Пост вакыты: июнь-08-2023
