Новая энергетика

H — хранение и утилизация

Новая энергетика - Водородная энергетика

Газообразный водород как правило хранят в герметичных емкостях, выдерживающих высокие давления, а жидкий — в специальных низкотемпературных контейнерах. Эти методы хорошо обеспечивают потребности крупных предприятий, но не слишком пригодны для автотранспорта.

Например, объем предназначенного для электромобиля баллона для сжатого водорода, выдерживающего давление в 10 тыс. фунтов на квадратный дюйм (примерно 700 атмосфер), должен как минимум вчетверо превышать емкость бензобака, обеспечивающего такой же пробег без дозаправки. Изготовление, зарядка и эксплуатация таких баллонов требуют особых мер предосторожности из-за опасности взрыва, а потому обходятся весьма дорого. К тому же их надо оснащать специальными редукторами, снижающими давление газа перед его подачей в силовой агрегат, что увеличивает стоимость.

Сжиженный водород позволяет обходиться меньшими емкостями, однако этот газ превращается в жидкость при охлаждении до - 235 градусов, которое весьма энергозатратно. Расчеты показывают, что сжижение одного килограмма водорода обходится в 30–40% той энергии, которую можно получить при его сжигании. Эта же проблема возникнет и при транспортировке сжиженного водорода на специальных морских судах или криогенных автоцистернах.

В последние годы во многих лабораториях изучают альтернативные методы хранения водорода в материалах с пористой структурой. В этой связи большие надежды возлагаются на развитие нанотехнологий, которые позволили бы синтезировать вещества, способные быстро поглощать большие количества водорода и столь же быстро их высвобождать для утилизации. Многие из этих проектов выглядят весьма привлекательно, однако пока что нельзя сказать, когда они приведут к практически приемлемым результатам.

Проблема утилизации водородного топлива пока что в основном обсуждается в применении к транспортным системам. Как автомобильные, так и авиационные двигатели нетрудно модифицировать под такое горючее, причем подобные разработки уже начались. Современные автомобильные моторы работают на водороде на 25% эффективней, нежели на бензине. Несколько автомобильных корпораций, в том числе Ford, BMW, Honda и Mazda, уже испытывают машины с водородными моторами, которые проходят на одной заправке до 300 км.

Однако с точки зрения энергетической эффективности, водород лучше всего использовать в топливных элементах. Эти химические генераторы электричества уже сегодня работают с коэффициентом полезного действия в 60%, причем есть все основания считать, что он будет повышаться. Они питают электрические моторы, которые способны преобразовать в механическую работу до 90% энергии тока. Батареи топливных элементов можно устанавливать не только на легковых автомобилях и грузовиках, но и на автобусах, железнодорожных локомотивах и даже кораблях. Несколько десятков электрических автобусов на топливных элементах в порядке эксперимента уже работают в десяти городах Европы, а также в Японии, Австралии, США и Канаде. В США и в Канаде также испытаны рудничные электровозы с топливными элементами. Технически эти системы вполне эффективны и абсолютно надежны, однако экономически они пока что не имеют никаких шансов на широкое внедрение. Топливные элементы большой мощности очень дороги, прежде всего из-за того, что их электроды приходится изготавливать из платины и других ценных металлов. Типичный двигатель внутреннего сгорания, в среднем, обходится в $30 на 1 кВт мощности, а батарея топливных элементов — примерно в $3 тыс. Для значительного снижения себестоимости топливных элементов потребуются крупные вложения в научно-технические разработки, которые могут не оправдывать себя еще многие годы.

Все американские эксперты сходятся в одном: водородная экономика обладает множеством технических и экологических достоинств, однако ее становление потребует серьезных многолетних усилий и огромных затрат. В конечном счете, водородная экономика будет создана на основе рыночных механизмов, однако на ранних этапах будет нуждаться не только в огромных государственных субсидиях, но и в целенаправленном планировании на национальном и международном уровне.