Brintkraftværker — tendenser og udsigter

Selvom atomkraftværker længe har været betragtet som meget sikre, tvang ulykken på Japans Fukushima atomkraftværk i 2011 endnu en gang energiingeniører verden over til at tænke over mulige miljøproblemer forbundet med denne type energi.

Regeringerne i mange lande, herunder en række EU-lande, har erklæret en klar hensigt om at overføre deres økonomier til alternativ energi uden at spare på investeringer og love milliarder af euro til denne industri i løbet af de næste 5-10 år. Og en af ​​de mest lovende og miljømæssigt sikre typer af et sådant alternativ er brint.

Hvis kul, gas og olie alligevel løber tør, så er der simpelthen ubegrænset brint i havene, selvom det ikke er lagret der i sin rene form, men i form af en kemisk forbindelse med ilt - i form af vand.

Brint er den mest miljøvenlige energikilde. At skaffe, transportere, opbevare og bruge brint kræver, at vi udvider vores viden om dets interaktion med metaller.

Der er mange problemer her.Her er blot nogle af dem, der afventer deres løsning: produktionen af ​​meget rene brintisotoper ved hjælp af membranfiltre (for eksempel fra palladium), skabelsen af ​​teknologisk fordelagtige brintbatterier, problemet med at bekæmpe brintomkostningerne ved materialer osv.

Miljøsikkerheden ved brint sammenlignet med andre traditionelle typer energikilder er der ingen, der tvivler på: Produktet af brintforbrænding er igen vand i form af damp, mens det er fuldstændig ugiftigt.

Brint som brændstof kan sagtens bruges i forbrændingsmotorer uden fundamentale ændringer, samt i turbiner, og der vil opnås mere energi end fra benzin. Hvis den specifikke forbrændingsvarme af benzin i luft er omkring 44 MJ / kg, er dette tal for brint omkring 141 MJ / kg, hvilket er mere end 3 gange højere. Petroleumsprodukter er også giftige.

Opbevaring og transport af brint vil ikke give særlige problemer, logistikken ligner propans, men brint er mere eksplosivt end metan, så der er stadig nogle nuancer her.

Brintopbevaringsløsninger er som følger. Den første måde er den traditionelle kompression og fortætning, hvor det vil være nødvendigt at sikre dens ultra-lave temperatur for at opretholde den flydende tilstand af brint. Det er dyrt.

Den anden måde er mere lovende - den er baseret på evnen hos nogle sammensatte metalsvampe (meget porøse legeringer af vanadium, titanium og jern) til aktivt at absorbere brint og ved lav opvarmning frigive det.

Førende olie- og gasselskaber som Enel og BP udvikler aktivt brintenergi i dag.For et par år siden startede italienske Enel verdens første brintkraftværk, som ikke forurener atmosfæren og ikke udleder drivhusgasser. Men det vigtigste brændpunkt i denne retning ligger i følgende spørgsmål: hvordan gør man den industrielle produktion af brint billigere?

Problemet er det elektrolyse af vand kræver meget elektricitet, og hvis produktionen af ​​brint sættes i drift præcist gennem elektrolyse af vand, vil denne metode til industriel produktion af brint være meget dyr for økonomien i et enkelt land: tre gange, hvis ikke fire gange , hvad angår ækvivalent forbrændingsvarme fra olieprodukter.Derudover kan der maksimalt opnås 5 kubikmeter gas i timen fra en kvadratmeter elektroder i en industriel elektrolysator. Dette er langsomt og økonomisk upraktisk.

En af de mest lovende måder at producere brint på i industrielle mængder er den plasma-kemiske metode. Her opnås brint billigere end ved elektrolyse af vand. I ikke-ligevægtsplasmatroner føres en elektrisk strøm gennem en ioniseret gas i et magnetfelt, og der sker en kemisk reaktion i processen med at overføre energi fra "opvarmede" elektroner til gassens molekyler.

Gassens temperatur ligger i området fra +300 til +1000 °C, mens reaktionshastigheden, der fører til produktion af brint, er højere end ved elektrolyse. Denne metode gør det muligt at opnå brint, som viser sig at være dobbelt (ikke tre gange) dyrere end traditionelt brændstof udvundet af kulbrinter.

Den plasma-kemiske proces foregår i to trin: først nedbrydes kuldioxid til oxygen og kulilte, derefter reagerer kulilte med vanddamp, hvilket fører til brint og det samme kuldioxid, som var i begyndelsen (det forbruges ikke, hvis du ser hele loop-transformationen).

På forsøgsstadiet — plasma-kemisk produktion af brint fra svovlbrinte, som forbliver et skadeligt produkt overalt i udviklingen af ​​gas- og oliefelter. Det roterende plasma udstøder simpelthen svovlmolekylerne fra reaktionszonen ved centrifugalkræfter, og den omvendte reaktion af omdannelse til svovlbrinte er udelukket. Denne teknologi udligner prisen på brint produceret med traditionelle typer fossile brændstoffer, derudover udvindes svovl parallelt.

Og Japan har allerede taget den praktiske udvikling af brintenergi op i dag. Kawasaki Heavy Industries og Obayashi planlægger at begynde at bruge brintenergi til at drive byen Kobe i 2018. De vil blive pionerer blandt dem, der rent faktisk vil begynde at bruge brint til storstilet elproduktion, med stort set ingen skadelige emissioner.

Et 1 MW brintkraftværk vil blive bygget direkte i Kobe, hvor det vil levere elektricitet til et internationalt kongrescenter og arbejde kontorer for 10.000 lokale beboere. Og den varme, der genereres på stationen i processen med at generere elektricitet fra brint, bliver til effektiv opvarmning af lokale huse og kontorbygninger.

Gasturbinerne produceret af Kawasaki Heavy Industries vil naturligvis ikke blive forsynet med ren brint, men med en brændstofblanding, der kun indeholder 20 % brint og 80 % naturgas.Anlægget vil forbruge, hvad der svarer til 20.000 brintbrændselscellekøretøjer om året, men denne erfaring vil være starten på en større udvikling af brintkraft i Japan og videre.

Brintreserver vil blive lagret direkte på kraftværkets territorium, og selv i tilfælde af et jordskælv eller anden naturkatastrofe vil der være brændstof på stationen, stationen vil ikke være afskåret fra vital kommunikation. I 2020 vil havnen i Kobe have infrastruktur til større brintimport, da Kawasaki Heavy Industries planlægger at udvikle et stort netværk af brintkraftværker i Japan.