Водневий вибухонебезпечний газ як енергоносій майбутнього знання БР
При згорянні водень практично не залишає вихлопних газів. Це робить газ ідеальним замінником вугілля, нафти та природного газу в промисловості та на транспорті. Німеччина повинна зайняти провідні позиції у технології водню.
Згідно з волею великої коаліції, Німеччина повинна стати взірцем для наслідування у всьому світі при використанні нової, екологічно чистої водню енергії. Для цього 9 червня 2020 року в Берліні Федеральний уряд прийняв стратегію, яка передбачає мільярдні гранти, юридичну допомогу та конкретні цілі виробництва.
На додаток до поточних програм фінансування, ще 7 мільярдів євро мають бути забезпечені тим, щоб водень просунувся на ринок. Ще два мільярди передбачені на міжнародні партнерські відносини. Основна увага приділяється так званому зеленому водню, який отримують виключно з відновлюваних джерел енергії.
Водень як внесок у перехід енергії
Водень цікавий як енергоносій, оскільки він згоряє майже без викидів. Однак для того, щоб відщепити молекулу Н2, потрібно багато енергії. Крім того, необхідна інфраструктура для цієї технології все ще значною мірою відсутня. Юридичні питання щодо транспортування та зберігання водню також ще потребують уточнення.
"Зрештою, від соціального прийняття, технологічного прогресу та економічної ефективності залежить рівень вирівнювання газових електростанцій, акумуляторів, водню та інших можливих технологій".
Томас Фріц, консультант у галузі енергопостачання
Гідроген у космосі
Без водню політ у космос був би немислимий. Газ є паливом космічних подорожей з 1960-х років. Потім у 1970-х і 1980-х роках дослідники почали експериментувати з воднем і розвивали ідею "водневої економіки". Його метою було розробити водень як енергоносій, щоб стати незалежним від викопних енергоносіїв вугілля та нафти.
Зберігати та транспортувати електроенергію
Сонячна воднева система у Верхньому Пфальці
Бачення полягає у виробництві електроенергії за допомогою сонячних та вітрових електростанцій, які потім використовуються для виробництва водню. Газ повинен дати можливість зберігати та транспортувати енергію, а отже, забезпечувати як промисловість, так і споживачів по всій країні.
Шанувальники перетворюються на критиків
З самого початку воднева економіка також мала своїх критиків - і не тільки: з роками багато шанувальників також стали противниками. Так було, наприклад, з Ульфом Босселем. Спочатку навчений інженер-механік будував власні паливні елементи з захоплення, але тепер він вважає, що економія водню вже не є хорошою ідеєю, оскільки вона не вирішує жодних енергетичних проблем.
"Якщо ви потім проаналізуєте і підрахуєте всі втрати, ви швидко дійдете висновку, чому воднева економіка не існувала в минулому, чому це складно сьогодні і чому, мабуть, ніколи не настане в майбутньому: величезна гра втрат енергії. І у нас немає енергії, яку можна втратити, ми повинні бачити, що ми використовуємо енергію, яку отримуємо з розумом ".
Ульф Боссель, швейцарський інженер-механік та фахівець з паливних елементів
Потрібно виробляти водень
Паливний елемент для ноутбука може працювати з воднем як паливом.
Водень є компонентом води та майже всіх органічних сполук. Водень - найпоширеніший хімічний елемент у Всесвіті, а тому його багато. Однак він має той недолік, що це відбувається лише у зв’язаному вигляді. Для того, щоб мати можливість використовувати водень як енергетичний носій, спочатку газ слід отримувати з води або метану. Це відбувається, наприклад, при електролізі: у цьому процесі електроенергія використовується для розділення води на її компоненти - кисень і водень, і висхідні гази захоплюються.
Проблеми з виробництвом водню
Якщо водень зустрічається з киснем, може утворитися вибухова суміш. Інші проблеми полягають у тому, що деякі технології економії водню працюють із викопними видами палива, такими як природний газ. Діоксид вуглецю може утворюватися в процесі конверсії. Таким чином, екологічно чиста сировина стає трохи екологічним кінцевим продуктом.
Де використовується водень
Аерокосмічна
Цепеліни живляться воднем.
Водень не тільки живить космічні човники, але і цепеліни, наприклад. З часу катастрофи дирижабля "Гінденбург" у 1937 році багатьом людям стало незручно з воднем через його хімічну реакційну здатність. Але без такої реакційної здатності водень був би марним: його не можна перетворити в електрику та тепло за допомогою паливного елемента. Але лише на цих невеликих електростанціях можливий замкнутий цикл води, при якому не утворюються шкідливі вихлопні гази.
Автомобіль I: водневі машини
У Німеччині є лише кілька заправних станцій для водню.
Наприкінці 1970-х років в Німецькому аерокосмічному центрі був побудований один із перших водневих автомобілів у Німеччині - вручну. Зараз майже всі великі виробники автомобілів досліджують рушій водню. Зараз багато хто розробив двигуни, що живляться від водню електрикою. Це працює так: якщо водій прискорюється, паливний елемент перетворює водень в електрику, яка потім використовується для приводу електродвигуна. Замість вихлопних газів у водневих автомобілях із вихлопної труби капає вода. Крім того, акумулятор заряджається при гальмуванні - технологія Формули 1. Він постачає електроенергію для запуску двигуна та їзди на короткі відстані. Електродвигун, як правило, розташований під капотом, паливною камерою і ємностями для водню в підлозі автомобіля. Резервуари знаходяться під високим тиском близько 700 бар. Критики скаржаться, що при заправці водневих автомобілів втрачається багато енергії. Наразі у Німеччині також є лише кілька відповідних АЗС.
Auto II: електромобілі
В даний час електромобілі торгуються як альтернатива водневим автомобілям. Завдяки цій технології від’їзд водню більше не потрібен, а електроенергія заряджається безпосередньо в машину - за допомогою акумулятора. Це стало більш ефективним та дешевшим за останні роки, але електромобілі поки що справляються лише з невеликими відстанями. Якщо акумулятор порожній, його потрібно підключити до мережі і не можна використовувати принаймні три години. Але ви також можете зарядитися в гаражі вдома. Хоча електромобілі підходять лише для відносно невеликих відстаней і коштують значно дорожче, ніж звичайні машини, водневі машини можуть працювати довше, але потребують спеціальних заправних станцій для водню і ще не готові до серійного виробництва.
обігрівач
Нагрівачі на паливних елементах, що працюють на водні, були випробувані в польових випробуваннях. У тесті взяли участь близько 100 домогосподарств у Німеччині. Вимога до водневого опалення полягає в тому, щоб у вас в будинку був підключений природний газ. Оскільки замість водню по трубах надходить природний газ. Але перед тим, як це можна використовувати в паливному елементі, його спочатку потрібно перетворити на водень, наприклад, паровим риформінгом. Водень відщеплюється за допомогою пари. Однак це створює вуглекислий газ, шкідливий для клімату!
Нагрівання паливних елементів забезпечує електроенергію та тепло, але при нагріванні створює лише 1,7 кіловат. Оскільки цього недостатньо для опалення взимку, пристрій також містить звичайний пальник на природному газі потужністю 20 кіловат. Однак перевага для власників будинків полягає в тому, що вони також можуть виробляти електроенергію за допомогою опалення, яке ще не готове до серійного виробництва.
електростанція
Існує проблема з багатьма відновлюваними джерелами енергії: вироблена електроенергія не може зберігатися довго. Водневі гібридні електростанції, в яких надлишок енергії повинен зберігатися у формі водню, можуть запропонувати рішення. При необхідності водень можна перетворити назад в електрику. Якщо технологія водневих автомобілів переважає, водень, вироблений на електростанціях, також може транспортуватися до заправних станцій. Але потрібної інфраструктури все ще бракує.
Одним недоліком водневих гібридних електростанцій є те, що вони є неефективними: спочатку для виробництва водню потрібно використовувати енергію. Близько трьох чвертей енергії втрачається від виробництва до споживання.
Електроенергія замість водневої економіки?
Альтернативні енергії слід подавати безпосередньо в електромережу. Багато енергії втрачається при виробництві водню.
Енергетики, такі як Ульф Боссель, бачать обхідний шлях у водневій економіці. Через великі втрати енергії у виробництві водню вони вважають, що краще відразу перейти на електрику. Якби електромережу розширили, а автомобілі та електроприлади обладнали акумуляторами, більше енергії можна було б зберігати безпосередньо в електромережі та компенсувати коливання потужності.
Водень в автомобільній промисловості
У Німеччині існує близько 100 громадських автозаправних станцій.
Як енергоносій, водень, мабуть, має майбутнє в автомобільній промисловості. Однак мережа АЗС для водневих автомобілів у Німеччині ще не розширена. Порівняно із звичайними електромобілями, автомобілі на паливних елементах все ще сплять. Сьогодні транспортний сектор має частку 30 відсотків у кінцевому споживанні енергії, і все ще 95 відсотків базується на викопному паливі. Послідовне переосмислення мобільності стає все більш нагальним у часи глобального потепління. В
Водень у виробництві сталі
Водень може зробити виробництво сталі більш екологічним.
Використання водню у виробництві сталі пропонує великий потенціал. За даними Німецького енергетичного агентства, це дозволить заощадити близько 95 відсотків викидів СО2 порівняно із звичайним доменним методом. Щоб задовольнити попит на зелений водень, Німеччині доведеться покладатися на імпорт з-за кордону. Німеччина могла знайти те, що шукала, наприклад, у Нідерландах, які хочуть зарекомендувати себе як експортера водню на світовому ринку.