ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДОРОДНОГО ТОПЛИВА

OPPORTUNITIES OF HYDROGEN FUEL USAGE

Nenashev Andrey

student, Department of Geology and Oil and Gas Engineering,  Sakhalin State University,

Russia, Yuzhno-Sakhalinsk

Denisov Nikita

student, Department of Geology and Oil and Gas Engineering,  Sakhalin State University,

Russia, Yuzhno-Sakhalinsk

Denisova Yanina

scientific supervisor, candidate of biological sciences, associate professor, Sakhalin State University,

Russia, Yuzhno-Sakhalinsk

АННОТАЦИЯ

В данной статье приведена технология производства и хранения водородного топлива, а также выявлены наиболее перспективные варианты его применения.

ABSTRACT

This article presents the technology of production and storage of hydrogen fuel, as well as the most promising options for its application.

Ключевые слова: нефть, энергия, водород, альтернатива, будущее, экология.

Keywords: oil, energy, hydrogen, alternative, future, ecology.

Так как водород практически не встречается на Земле в чистом виде, то он должен извлекаться (т.е. являться продуктом выхода) из других соединений в результате химических реакций [3].

Наиболее дешевый в производстве водород, добываемый из природного газа в результате взаимодействия метана с водяным паром (реакция конверсии). Данная химическая реакция протекает при температуре водяного пара около 1000⁰С, а образовавшийся водород можно получать чистотой до 98%. Однако, в продуктах реакции образуется оксид углерода (СО) ‒ очень токсичное и вредное вещество, требующее дальнейшей утилизации.

Также водород можно получать путем разложения метана при нагревании. Реакция протекает при нагревании метана до ≈1500⁰С, а образующуюся в продуктах реакции углерод (С) в виде сажи можно использовать в качестве материала для изготовления автомобильных шин и других изделий из резины.

Наиболее же экологически чистый способ получения водорода ‒ путем проведения электролиза воды H₂O. Данный метод промышленного производства водорода самый экологически безопасный из всех, так как в результате реакции не образуются никакие едкие и токсичные вещества. Однако, он также является и одним из самых дорогих, потому что требует большое количество электроэнергии для реализации процесса гидролиза. В связи с этим, лучше всего в качестве источника энергии для получения водорода будет использовать возобновляемый источник. Таким источником может быть энергия ветра, солнца, приливных сил и т.п.

Одним из самых простых способов хранения водорода является его сжатие (компрессирование). Хранится он в цилиндрических стальных баллонах при давлении до 20 МПа, и в таком состоянии 1 кг чистого водорода занимает объем около 56 л. Однако энергетическая плотность водорода в сжатом виде значительно уступает бензину: на 1 литр бензина приходится около 31,6 МДж энергии, в то время как на 1 литр сжатого водорода всего 4,4 Мдж. Разница более, чем в 7 раз.

Другой, более затратный способ хранения ‒ водород в сжиженном состоянии. Технология во многом схожа с производством СПГ и основывается на сжатии чистого водорода в газообразном состоянии с последующим охлаждением. После сжижения жидкий водород хранят в специальных криогенных контейнерах, способных выдерживать необходимые низкие температуры хранения. Сжиженный водород обладает в 2 раза большей энергетической плотностью по сравнению с газообразным: около 8 МДж энергии на 1 литр продукта. Однако, для сжижения потребуется немалое количество электроэнергии – от 10 до 14 кВт на каждый литр сжиженного сырья.

Если говорить об альтернативе традиционным видам топлив, то конечно же, следует упомянуть о переводе большинства типов транспортных средств на водородное топливо. На данный момент в мире уже имеются настоящие и испытанные экземпляры автомобилей на водороде: наиболее известны из них Toyota Mirai и Hyundai Nexo. Преимущества водородных автомобилей над бензиновыми и дизельными очевидно: отсутствие привычного шума двигателя и вредных выбросов выхлопных газов в атмосферу. Выброс таких автомобилей – обыкновенная вода, являющаяся продуктом взаимодействия водорода с кислородом [1]. Плюс ко всему, водород в 14,5 раз легче воздуха, и при авариях либо протечках не скапливается на месте, а уходит вверх, в атмосферу, что снижает пожароопасность.

Однако, из-за небольшого количества этих самых водородных автомобилей, общество пока не планирует серьёзно вкладываться в развитие водородной инфраструктуры. И наоборот, люди совершенно не торопятся пересаживаться с привычных им автомобилей с ДВС на водородные из-за отсутствия этой же инфраструктуры. Казалось бы, ситуация не имеет решения. Но рано или поздно настанет момент, когда общество всерьёз начнет думать о переходе к более экологичным альтернативам нефтяному топливу. Так, многие крупные города Европы уже объявили о запрете легковых и грузовых автомобилей с дизельным двигателем к 2025 году. К таким городам относятся Париж, Мадрид, Мехико, Афины и др.

Также, жидкий водород активно используется в качестве основного компонента, а именно, окислителя для жидкого ракетного топлива, которое используется для реактивного ускорения ракет-носителей и космических аппаратов. По сравнению с привычным для летательных аппаратов керосиновым топливом, водородное имеет наибольший удельный импульс для создания необходимого реактивного ускорения.

Список литературы:

1. Кириллов, Н. Г. Водородное топливо для автотранспорта / Автогазозаправоч. Комплекс + Альтернатив. топливо, 2016. ‒ 9-14 с.
2. Макаршин Л. Л. Освоение новых источников энергии / Экол. вестн. России, 2008. –  24-26 c.
3. Радченко Р.В. Водород в энергетике: учебное пособие. ‒ Екатеринбург: Уральский федеральный университет, 2014. ‒ 232 c.