Close

🢀Назад  •Физика• Механика • Гидравлика • Геометрия • Оптика

Водород как источник энергии

Научно-техническая революция привела к тому, что расход энергии во всех ее видах резко возрос. Приблизительно через каждые 10 лет количество потребляемой энергии удваивается. Основную ее долю производят тепловые электростанции. В топках котлов сгорает ценнейшее универсальное сырье химической промышленности, запасы которого ограничены.

Тем не менее в топках продолжают гореть нефть, газ, уголь. Отходы этих продуктов к тому же отравляют атмосферу. Использование солнечной и термоядерной энергии вряд ли может быть осуществлено в ближайшее десятилетие, так как техническая разработка этих способов не достигла такой стадии, чтобы с полной уверенностью ориентироваться на них в ближайшие годы.

Но энергетическая проблема — это не только проблема электростанций. Скажем, определенная часть энергии (составляющая от 10 до 20 процентов общего энергетического бюджета) — это нефть и продукты из нефти, которые идут на нужды транспорта. И именно транспорт дает подавляющую часть вредных выбросов, загрязняющих атмосферу.

Возможность применения водорода в качестве горючего для наземного, водного, воздушного транспорта доказана научно-исследовательскими работами, которые проводились автомобильными фирмами и лабораториями некоторых стран. Ценно то, что замена органического топлива водородом не влечет за собой серьезных переделок существующих типов двигателей внутреннего сгорания. По мнению некоторых специалистов, наиболее перспективным для перевода на водородное топливо является двигатель системы Ванкеля. Возможны и другие решения. Так, фирма «Philips» создала водородный двигатель внешнего сгорания. Двигатель работает бесшумно и имеет коэффициент полезного действия около 40 процентов. Оригинальный проект двигателя в свое время предложила Брукхэвенская национальная лаборатория (США). В нем применен гидрид магния, который при определенных условиях выделяет или поглощает водород, являясь как бы «баком горючего».

Помимо того, что водородный двигатель практически не дает вредных выбросов в атмосферу, что само по себе уже является величайшим достижением, он к тому же имеет значительно большую мощность, чем бензиновый. Так, расчетами установлено, что применение водорода для самолетов типа «боинг» позволяет увеличить полезную нагрузку боле чем в два раза. Кроме того, водород находит широкое применение также в ракетной технике и космонавтике.

Но не только в качестве автомобильного топлива можно использовать водород. Он может найти широкое применение и в быту, как заменитель природного газа и мощных электростанций, окутавших землю густой сетью проводов.

Таким образом, водород может играть серьезную роль в удовлетворении энергетических потребностей человеческого общества. Но возникает вопрос: как получить его в таких колоссальных количествах и как передать энергию к месту потребления?

Водород добывается из природного газа и применяется для производства аммиака. Известно, что неиссякаемые запасы водорода сосредоточены в воде рек, морей и океанов. Одним из способов получения его из воды являются термохимические циклы. Сущность их состоит в том, что с помощью ряда последовательно протекающих химических реакций (где участвующие в них вещества возвращаются к первоначальному состоянию) вода разлагается на составные части — водород и кислород. Представим себе сосуд, в который подается вода. В нем происходят циклически повторяющиеся химические реакции. В результате образуются кислород и водород, которые отводятся по трубопроводам. Но для того чтобы химические реакции стали возможными, требуется высокая температура. Пока что наиболее реальный источник энергии для этого процесса — ядерный реактор. Такие станции, как показывают расчеты, будут иметь (с учетом затрат на собственные нужды) коэффициент полезного действия около 56 процентов, что значительно выше КПД тепловых станций.

Полученный водород можно использовать тут же на месте: направить его в топливные элементы, где он, окисляемый кислородом, даст электрический ток. Однако затем ток придется передавать по проводам потребителям — значит, опять значительные потери энергии. А что, если передавать на дальние расстояния сам водород?

Мировая практика имеет такой опыт. В Германии и США построены водопроводы длиной до 300 километров, по которым газ перекачивают к потребителям. Расчеты показывают, что такое использование водорода значительно дешевле передачи электроэнергии по проводам. Особенно на дальние расстояния.