Вперше увагу на застосування водню як моторного палива було звернуто в 70-і роки під час енергетичної кризи, яка охопила США і країни Західної Європи. У той час проблемою було зменшення світових запасів вуглеводневих енергетичних носіїв, сьогодні ж на перший план виходить загроза швидко наростаючого над нашою планетою екологічної кризи.
Тому застосування водневого палива розглядається в багатьох проектах як фактор скорочення екологічного тиску на довкілля, так як результатом згоряння водню з киснем є водяні пари. Вода також є ключовою сировинною базою водню.
Особливо критичною ситуація із забрудненням повітряного середовища є в промислових центрах і великих містах. Незважаючи на невелике споживання серед загального балансу енергоносіїв моторних палив (14%), головним джерелом забруднення навколишнього середовища (60-70%) є міський автотранспорт. При цьому велика частина шкідливих викидів припадає на автобусний і вантажний автопарки. Тому проблеми екології в першу чергу пов'язані з функціонуванням автотранспорту, а вірніше з застосуванням нафтових моторних палив.
Через актуальності екологічної проблеми в великих містах, у багатьох країнах проводиться робота щодо зменшення токсичності автомобільних вихлопів. Розгляду підлягають кілька напрямків: виробництво штучних моторних палив і модифікацій бензину, які відповідають більш низького рівня токсичності (Каліфорнійський стандарт, ЄВРО-1, ЄВРО-2 і т.д.).
Фінансові витрати на дані цілі лише в США вимірюються сотнями мільйонів доларів. Для зменшення токсичності вихлопних газів використовують каталітичні допалювачи і фільтри, які значно підвищують вартість автомобіля, але в експлуатації українського автотранспорту вони не досить ефективні. Уряд Москви планує переводити дизельні двигуни на диметилестер. Його продукти згоряння менш токсичні в порівнянні з дизельним паливом, тим більше за змістом NОх.
Але, не дивлячись на дорогу вартість зазначених проектів, вони не можуть гарантувати абсолютне виключення токсичності відпрацьованих газів і призводять до накопичення діоксиду вуглецю в навколишній атмосфері, який відноситься до розряду парникових газів. До істотного поліпшення екологічної обстановки, що склалася в великих містах, могло б привести використання водневого палива в автотранспортних системах міст.
Ефективність і особливість використання водневого палива підтверджена безліччю експериментальних досліджень, в тому числі в умовах міської їзди. Результати показують, що водень можна використовувати в якості моторного палива, не вимагаючи для цього розробки нового двигуна. Особливості горіння водню (високі температура і швидкість полум'я) коригуються невеликий конструктивної доопрацюванням двигуна і його регулюванням.
Водень можна використовувати в чистому вигляді або змішувати з вуглеводневим паливом. Так як фізико-хімічна активність водню невелика (5-10% мас.), То його добавка до бензину знижує токсичність вихлопних газів на 65-75%.
В якості сировини водневе паливо використовується в великих обсягах (сотні мільйонів щорічно) в хімічній галузі (для виробництва аміаку, метанолу), нафтохімічної (для гідрокрекінгу, гідроочищення, нафтохімічного синтезу, каталітичного риформінгу, отримання синтетичного палива) та інших виробничих галузях.
На транспорті та в енергетиці водень ще не знайшов повсюдного застосування, крім ракетно-космічної техніки, де воно використовується як пальне і для охолодження потужних електрогенераторів (менше 0,01% від усього обсягу споживання). В якості сировини застосовується в основному неочищений (технічний) водень, який виходить методом парової конверсії природного газу прямо на місці його споживання, що не вимагає організації спеціальної інфраструктури для його зберігання, зрідження, очищення, заправки і т.д.
Тому варто такий водень не дуже дорого, але для застосування його в якості енергетичного носія і подальшого зрідження необхідне додаткове очищення (до 99,995% Н2), що підвищує вартість конверсійного водню в 5-7 разів і більше, прирівнюючи його до більш чистого електролітичного водню по вартості.
Застосування водневого палива в транспорті вимагає вишукування великих енергетичних і виробничих ресурсів. Їх масштаби можна оцінити, взявши, наприклад, місто з населенням 1 млн. Чоловік (що відповідає 250 тис. Одиниць автомобільного транспорту). З урахуванням більш високої ефективності і енергоємності водню в порівнянні з бензином треба було б випускати близько 500 т водню в добу. Витрати енергії на отримання електролітичного водню і його подальшого зрідження склали б близько 15 млрд. КВтг на рік. У розрахунку на весь світ (500 млн. Одиниць автомобільного транспорту) це б прирівнювалося до 30000 млрд. КВтг на рік. Світова ж вироблення електричної енергії становить близько 15000 млрд. КВтг. З прикладу видно, що широкомасштабне використання водневого палива для автотранспорту (якщо не використовувати для його вироблення вуглеводневу сировину), на сьогоднішній день позбавлене реальності, поки не будуть знайдені дешеві і необмежені джерела енергії.
Тим не менш, є принципова можливість вже зараз приступити, хоча б в невеликих масштабах, до поступового освоєння водню в системах автотранспорту. Вона полягає в використанні для випуску водню надлишкових потужностей найбільших електростанцій (ТЕС, ГЕС, АЕС). Ці надлишкові потужності є наслідком двох причин: необхідністю скорочення потужностей в нічний час, святкові та вихідні дні (диспетчерські розвантаження), у зв'язку з різким зниженням споживання електричної енергії в дані періоди, а також в скороченні в останні роки потреб в енергії деяких промислових підприємств.
Невикористані потужності енергетики можуть бути використані для виробництва електролітичного водню, що розумно і з економічного боку, і з точки зору безпеки роботи агрегатів електростанцій, агрегатів АЕС в першу чергу. Наприклад, на Ленінградській АЕС за рахунок диспетчерського регулювання енергетичні втрати становлять близько 400 млн. КВтг на рік, а в цілому по Північно-Західному регіону цей показник становить 20 млрд. КВтг.
Застосування одних лише надлишкових потужностей ЛАЕС дало можливість отримувати близько 7,2 тис. Т водню в чистому вигляді в рік, чого достатньо для забезпечення 6 тис. Одиниць транспорту (а в разі використання водню як 5% добавки до основного палива - до 50 тис. одиниць).
Ціна електролітичного водню залежить не стільки від вартості електроенергії, скільки від капітальних витрат на отримання спеціальної інфраструктури (зріджувач, електролізери, засоби транспортування і т.д.). Наприклад, такі витрати, розраховані на застосування надлишкових потужностей ЛАЕС, складають близько 75-80 млн. Доларів. Звідси отримуємо вартість водню - 93 руб. / Кг. Вартість енергетичної одиниці, отриманої на водні, складе при цьому 2,8 руб. / КВтг. На бензині ж вона дорівнює 1,3 руб. / КВтг і постійно збільшується. При цьому розрахунку вартості водню не було враховано скорочення екологічного збитку для навколишнього середовища, який в масштабах міста з населенням 1 млн. Чол. оцінюється в 800-900 тис. доларів на рік.
Тому, при наявності необхідних економічних механізмів, всі капітальні витрати окупилися б за кілька років шляхом економії бензину і скорочення рівня екологічної шкоди.
Це цікаво.
- Геотермальні джерела енергії. Частина 2 Будівництво та обґрунтування перших ГЦС з гідророзривом гарячих порід в нашій країні також базується на результатах досліджень зарубіжних вчених. одночасно
- Геотермальні джерела енергії. Частина 1 Геотермальна енергія - енергія, що міститься у внутрішніх областях Землі. Наочно про величезну температурі всередині планети свідчить виверження вулканів. температуру ядра
- Отримання біопалива в домашніх умовах Для приготування в домашніх умовах біопалива, наприклад, біодизелю знадобиться будь-який вид рослинних масел - рапсове, соняшникова, лляна і т.д. Біодизель,
- Опалення будинку тепловим насосом В кліматичних умовах нашої країни використання теплового насоса для опалення є проблематичним (крім районів півдня країни, а також північного Кавказу),