Hidrojen santralleri — eğilimler ve beklentiler

Nükleer enerji santralleri uzun zamandır çok güvenli kabul edilse de, 2011'de Japonya'nın Fukushima nükleer santralindeki kaza, bir kez daha dünyanın dört bir yanındaki enerji mühendislerini bu tür enerjiyle ilişkili olası çevresel sorunları düşünmeye zorladı.

Bir dizi AB ülkesi de dahil olmak üzere birçok ülkenin hükümetleri, ekonomilerini alternatif enerjiye kaydırmak için açık bir niyet beyan ettiler ve önümüzdeki 5-10 yıl boyunca bu sektör için milyarlarca avro vaat ederek hiçbir yatırımdan kaçınmadılar. Ve böyle bir alternatifin en umut verici ve çevre açısından güvenli türlerinden biri hidrojendir.

Kömür, gaz ve petrol biterse, o zaman okyanuslarda saf haliyle değil, oksijenli kimyasal bir bileşik şeklinde - su şeklinde depolanmasına rağmen, sadece sınırsız hidrojen vardır.

Hidrojen en çevre dostu enerji kaynağıdır. Hidrojenin elde edilmesi, taşınması, depolanması ve kullanılması, onun metallerle etkileşimi hakkındaki bilgimizi genişletmeyi gerektirir.

Burada birçok sorun var.İşte çözüm bekleyenlerden bazıları: membran filtreler (örneğin paladyumdan) kullanılarak yüksek saflıkta hidrojen izotoplarının üretilmesi, teknolojik olarak avantajlı hidrojen pillerinin oluşturulması, malzemelerin hidrojen maliyetiyle mücadele etme sorunu vb.

Diğer geleneksel enerji kaynaklarına kıyasla hidrojenin çevresel güvenliğinden kimsenin şüphesi yoktur: Hidrojenin yanma ürünü, tamamen toksik olmamasına rağmen, yine buhar formundaki sudur.

Bir yakıt olarak hidrojen, içten yanmalı motorlarda temel değişiklikler olmadan ve ayrıca türbinlerde rahatlıkla kullanılabilir ve benzinden daha fazla enerji elde edilir. Benzinin havada yanma özgül ısısı yaklaşık 44 MJ / kg ise, hidrojen için bu rakam yaklaşık 141 MJ / kg'dır ve bu 3 kattan fazladır. Petrol ürünleri de zehirlidir.

Hidrojenin depolanması ve nakliyesi belirli sorunlara neden olmaz, lojistik propanınkine benzer, ancak hidrojen metandan daha patlayıcıdır, bu nedenle burada hala bazı nüanslar var.

Hidrojen depolama çözümleri aşağıdaki gibidir. İlk yol, hidrojenin sıvı halini korumak için ultra düşük sıcaklığının sağlanması gerektiğinde, geleneksel sıkıştırma ve sıvılaştırmadır. Bu pahalı.

İkinci yol daha umut vericidir - bazı bileşik metal süngerlerin (yüksek oranda gözenekli vanadyum, titanyum ve demir alaşımları) hidrojeni aktif olarak emme ve düşük ısıtmada serbest bırakma yeteneğine dayanır.

Enel ve BP gibi önde gelen petrol ve gaz şirketleri bugün aktif olarak hidrojen enerjisi geliştiriyor.Birkaç yıl önce İtalyan Enel, atmosferi kirletmeyen ve sera gazı salmayan dünyanın ilk hidrojen enerji santralini kurdu. Ancak bu yöndeki ana yanma noktası şu soruda yatmaktadır: endüstriyel hidrojen üretimi nasıl daha ucuz hale getirilir?

Problem şu suyun elektrolizi çok fazla elektrik gerektirir ve eğer hidrojen üretimi tam olarak suyun elektrolizi yoluyla devreye alınırsa, o zaman tek bir ülkedeki ekonomi için bu endüstriyel hidrojen üretim yöntemi çok pahalı olacaktır: dört değilse üç kez , petrol ürünlerinden eşdeğer yanma ısısı cinsinden.Ayrıca endüstriyel bir elektrolizörde bir metrekarelik elektrotlardan saatte maksimum 5 metreküp gaz elde edilebilir. Bu yavaştır ve ekonomik olarak pratik değildir.

Endüstriyel hacimlerde hidrojen üretmenin en umut verici yollarından biri plazma-kimyasal yöntemdir. Burada hidrojen, suyun elektrolizinden daha ucuza elde edilir. Dengede olmayan plazmatronlarda, bir manyetik alanda iyonize bir gazdan bir elektrik akımı geçirilir ve "ısıtılmış" elektronlardan gazın moleküllerine enerji aktarma sürecinde bir kimyasal reaksiyon meydana gelir.

Gazın sıcaklığı +300 ile +1000°C aralığında yer alırken, hidrojen üretimine yol açan reaksiyon hızı elektrolizden daha yüksektir. Bu yöntem, hidrokarbonlardan elde edilen geleneksel yakıttan iki kat (üç kat değil) daha pahalı olduğu ortaya çıkan hidrojenin elde edilmesini mümkün kılar.

Plazma-kimyasal süreç iki aşamada gerçekleşir: ilk olarak, karbondioksit oksijen ve karbon monoksite ayrışır, daha sonra karbon monoksit su buharı ile reaksiyona girer, bu da hidrojene ve başlangıçtaki aynı karbondioksite yol açar (tüketilmez, tüm döngü dönüşümüne bakarsanız).

Deneysel aşamada, gaz ve petrol sahalarının geliştirilmesinde her yerde zararlı bir ürün olmaya devam eden hidrojen sülfürden hidrojenin plazma kimyasal üretimi. Dönen plazma, kükürt moleküllerini merkezkaç kuvvetleriyle reaksiyon bölgesinden basitçe dışarı atar ve hidrojen sülfide dönüşümün ters reaksiyonu hariç tutulur. Bu teknoloji, geleneksel fosil yakıt türleri ile üretilen hidrojenin fiyatını eşitlerken, buna paralel olarak kükürt madenciliği de yapılıyor.

Ve Japonya, bugün hidrojen enerjisinin pratik gelişimini çoktan üstlendi. Kawasaki Heavy Industries ve Obayashi, 2018 yılına kadar Kobe şehrine güç sağlamak için hidrojen enerjisini kullanmaya başlamayı planlıyor. Neredeyse hiç zararlı emisyon olmadan büyük ölçekli elektrik üretimi için hidrojeni fiilen kullanmaya başlayacak olanlar arasında öncü olacaklar.

1 MW'lık bir hidrojen enerji santrali doğrudan Kobe'de inşa edilecek ve burada uluslararası bir kongre merkezine ve 10.000 yerel sakin için çalışma ofislerine elektrik sağlayacak. Ve hidrojenden elektrik üretme sürecinde istasyonda üretilen ısı, yerel evler ve ofis binaları için verimli ısıtma haline gelecektir.

Kawasaki Heavy Industries tarafından üretilen gaz türbinlerine elbette saf hidrojen değil, sadece %20 hidrojen ve %80 doğal gaz içeren bir yakıt karışımı sağlanacak.Tesis, yılda 20.000 hidrojen yakıt hücreli araç eşdeğeri tüketecek, ancak bu deneyim, Japonya ve ötesinde büyük hidrojen enerjisi gelişiminin başlangıcı olacak.

Hidrojen rezervleri doğrudan santralin topraklarında depolanacak ve bir deprem veya başka bir doğal afet durumunda bile istasyonda yakıt olacak, istasyonun hayati iletişimden bağlantısı kesilmeyecek. Kawasaki Heavy Industries Japonya'da büyük bir hidrojen enerji santralleri ağı geliştirmeyi planladığından, 2020 yılına kadar Kobe limanı büyük hidrojen ithalatı için altyapıya sahip olacak.