Хабр Курсы для всех
РЕКЛАМА
Большая витрина: от крупнейших школ до частных авторов. Сравнивайте по цене, длительности, формату и выбирайте самый подходящий курс!
Хабр доступен 24/7 благодаря поддержке друзей
Комментарии 71
Любопытно, может ли такая система быть полностью автономной? Ведь после реакции метанола и воды наверняка остаётся окись углерода, которую могут перерабатывать растения.
Если может, то прямой путь подобных систем — в космос.
Если может, то прямой путь подобных систем — в космос.
А по топливным ячейкам есть подвижки?
О них лет 5-10 назад много писали и вели много исследований, а сейчас как то всё затихло.
Как я понял основная проблема — компактный механизм получения электрической энергии из водорода.
О них лет 5-10 назад много писали и вели много исследований, а сейчас как то всё затихло.
Как я понял основная проблема — компактный механизм получения электрической энергии из водорода.
Народ боится дома содержать баллоны с пропаном, а водород это же даже не пропан. И с точки зрения безопасности и с точки зрения того, что «хранить его неограниченно долго» — совсем не тривиальная задача.
Метанол — тоже гадость еще та.
КПД крутой! Интересно, конечно относительно чего его измеряли. Это КПД генерации водорода или солнце-электричество на выходе?
Метанол — тоже гадость еще та.
КПД крутой! Интересно, конечно относительно чего его измеряли. Это КПД генерации водорода или солнце-электричество на выходе?
Цитата: «Сложность — в создании эффективных топливных элементов, но эту проблему решить можно.»
Из текста статьи не следует, что авторы изобретения создали эффективные топливные элементы. Они лишь создали систему генерации и хранения водорода для этих элементов. Автономности нет. По-прежнему требуется расходный материал (метанол), хотя, вероятно, требуемое количество метанола, за счет использование солнечной энергии, меньше, чем если сжигать этот метанол напрямую или использовать его напрямую в топливных элементах.
Непонятно, как считали кпд и как его сравнивали с другими системами. Брался ли в расчет расход энергии на производство метанола?
Остаются открытыми вопросы безопасности хранения и использования водорода. По-моему именно из соображений безопасности водородная энергия до сих пор широко не распространена в гражданских установках.
Из текста статьи не следует, что авторы изобретения создали эффективные топливные элементы. Они лишь создали систему генерации и хранения водорода для этих элементов. Автономности нет. По-прежнему требуется расходный материал (метанол), хотя, вероятно, требуемое количество метанола, за счет использование солнечной энергии, меньше, чем если сжигать этот метанол напрямую или использовать его напрямую в топливных элементах.
Непонятно, как считали кпд и как его сравнивали с другими системами. Брался ли в расчет расход энергии на производство метанола?
Остаются открытыми вопросы безопасности хранения и использования водорода. По-моему именно из соображений безопасности водородная энергия до сих пор широко не распространена в гражданских установках.
А чем водород принципиально опасней газа?
Меньше молекулярная масса -> выше скорость диффузии -> легче просачивается через всякие неплотности и микротрещины. И кажется, смеси водород-воздух более взрывоопасны, чем пропан-воздух.
Водород невозможно сжижать при комнатной температуре никаким давлением
Также, как и пропан. Но стоит появится искре и вся потенциальная энергия содержащегося в воздухе вокруг вас водорода в мгновение ока выбивает из вас все сомнения в его безопасности.
Пропан прекрасно сжижается под небольшим давлением вплоть до 97 градусов цельсия.
Тут дело в критических параметрах
Виноват, туплю.
вместо «сжижать» прочитал «сжигать» перед тем как написать коммент.
вместо «сжижать» прочитал «сжигать» перед тем как написать коммент.
Тут еще момент с безопасностью самих элементов. Если внутри трубок 200 градусов на ярком солнышке, в системе будут микродозы атомарного водорода… Если мне не изменяет мой склероз, пары миллиграмм атомарного водорода достаточно, чтобы разнести к чертям и батарею, и крышу, и дом, на котором она установлена.
Чтобы образовалось хотя бы даже пару микрограмм (даже не милиграмм) атомарного водорода — нужны нечеловеческие условия. А если и в таких условиях, какие в статье (на улице), то нужно создать разрежение в сотые Торр (стотысячные атмосферы). Не такое и сильное разрежение для лаборатории с современными масляными насосами, но в трубках вряд ли оно возникнет.
Образовываясь атомарный водород тут же реагирует с чем ни попадя, и если самое близкое, что рядом с ним будет — это стенка трубы, то прореагирует со стенкой трубы. Да и 200 градусов не такая и большая температура.
В общем — не взорвется точно. Даже четверть литра газообразного водорода не так страшно, как его малюют.
Образовываясь атомарный водород тут же реагирует с чем ни попадя, и если самое близкое, что рядом с ним будет — это стенка трубы, то прореагирует со стенкой трубы. Да и 200 градусов не такая и большая температура.
В общем — не взорвется точно. Даже четверть литра газообразного водорода не так страшно, как его малюют.
> Так, КПД этой системы составляет 28,5% летом, и 18,5% зимой.
Правильно ли я понял что это КПД для процесса получения водорода или готового электричества?
> Минусы, конечно, то же есть.
Токсичность метанола забыли.
> Как я понял основная проблема — компактный механизм получения электрической энергии из водорода.
Если не ошибаюсь проблема как раз в получении водорода — слишком дорого и пока не подешевеет нет смысла изобретать топливные элементы, т.к. питать их все равно нечем. Еще один недостаток — высокая взрывоопасность, учитывая полностью отсутствующий запах газа заметить утечку будет очень сложно (понятно, что в самих резервуарах он храниться в связанном виде, но (от)туда то он идет в виде газа).
Правильно ли я понял что это КПД для процесса получения водорода или готового электричества?
> Минусы, конечно, то же есть.
Токсичность метанола забыли.
> Как я понял основная проблема — компактный механизм получения электрической энергии из водорода.
Если не ошибаюсь проблема как раз в получении водорода — слишком дорого и пока не подешевеет нет смысла изобретать топливные элементы, т.к. питать их все равно нечем. Еще один недостаток — высокая взрывоопасность, учитывая полностью отсутствующий запах газа заметить утечку будет очень сложно (понятно, что в самих резервуарах он храниться в связанном виде, но (от)туда то он идет в виде газа).
У пропана запаха например тоже нет, при производстве в него добавляют запах для безопасности.
Тогда сюда надо еще прибавить стоимость процесса ароматизации, что приведет к еще большему удорожанию всей системы.
В пропан в целях безопасности добавляют 5% бутана — не горючего газа, с резким запахом. Его мы и чувствуем, а смесь так и называют — пропан-бутан
Че за чушь, все углеводороды не имеют запаха, добавляют меркаптаны
Летучие углеводороды
Газообразные углеводороды вернее
Точнее сульфгидрированные углеводороды. С группой SH
Меркаптаны они называются, как я и написал выше.
Господа! Прекратите истерику: используются оба подхода. Меркаптаны — это тиоспирты (обычные спирты, только вместо атома кислорода — атом серы), младшие гомологи имеют очень резкий и неприятный запах, причем палитра широка (от рвотного до сгнившей картошки, если кто-нибудь сможет почувствовать разницу). Его в газ добалвяют в безумно малых количествах.
Бутан имеет резкий запах, но не тошнотворный, и его использование более гуманно.
К сожалению, я не могу привести экономическую предпочтительность использования того или иного раздражителя.
Тиоспирты с одной стороны подороже будут, но их и нужно меньше, чем бутана. И используются для придания запаха метану (природный газ). Пропану придают запах с помощью бутана.
Бутан имеет резкий запах, но не тошнотворный, и его использование более гуманно.
К сожалению, я не могу привести экономическую предпочтительность использования того или иного раздражителя.
Тиоспирты с одной стороны подороже будут, но их и нужно меньше, чем бутана. И используются для придания запаха метану (природный газ). Пропану придают запах с помощью бутана.
ru.wikipedia.org/wiki/%D0%91%D1%83%D1%82%D0%B0%D0%BD_%28%D0%B2%D0%B5%D1%89%D0%B5%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%BE%29
Бутан — бесцветный горючий газ, со специфическим запахом…
… Бутан применяется в смеси с пропаном в зажигалках, в газовых баллонах в сжиженном состоянии…
Бутан — бесцветный горючий газ, со специфическим запахом…
… Бутан применяется в смеси с пропаном в зажигалках, в газовых баллонах в сжиженном состоянии…
Груз на высоту — это не кинетические, а потенциальные, что ли, аккумуляторы.
Груз массой 1000 кг на высоте 5 метров имеет потенциальную энергию 50 КДж или 0.014 КВт * ч.
Конечно. U = mgh = 1000 кг * 10 м/с^2 * 5 м = 50000 Дж. 1 Дж = 1 Вт * с => 1 КДж = 1 КВт * с = 1/3600 КВт * ч => 50 КДж = 50 / 3600 = 0,014 КВт * ч.
E=mgh
По этому принципу работают ГАЭС.
все уже придумано и сделано за вас. почитайте про загорскую ГАЭС.
Основная проблема этой, как и всех остальных «зеленых» технологий — отрицательный энергетический баланс это байды.
Если посчитать все затраты энергии на производство, установку, эксплуатацию и утилизацию подобного источника, суммарные затраты окажутся сильно выше, чем этот источник сгенерирует энергии.
Единственными энергоэффективными источниками пока что остаются только газ, нефть и уран, ну и ГЭС на больших реках. Уголь где-то на грани, сильно зависит от сложности добычи на конкретном месторождении и затратах на транспортировку. Поэтому шахты по всему миру закрываются, шахтеры бастуют и т.д. и т.п.
Если посчитать все затраты энергии на производство, установку, эксплуатацию и утилизацию подобного источника, суммарные затраты окажутся сильно выше, чем этот источник сгенерирует энергии.
Единственными энергоэффективными источниками пока что остаются только газ, нефть и уран, ну и ГЭС на больших реках. Уголь где-то на грани, сильно зависит от сложности добычи на конкретном месторождении и затратах на транспортировку. Поэтому шахты по всему миру закрываются, шахтеры бастуют и т.д. и т.п.
Главный минус — это цена. Минимальная стоимость подобной системы составляет 7900 долларов США.
А на фотоэлементах цена другая?
Только что считаль 2.3 киловата с инвертором и т.д.
400 тыс рублей.
А на фотоэлементах цена другая?
Только что считаль 2.3 киловата с инвертором и т.д.
400 тыс рублей.
Я видимо чего то недопонимаю, но ведь метанол то тоже расходуется в этой схеме? В чем смысл конструкции?
Метанол в принципе недорог.
А в чем проблема использования его напрямую для выработки электроэнергии?
Выделяется СО, который образует прочнейший комплекс с платиной (в коммерческих образцах это основной металл катализатора) — тем самым приводя катализатор в негодность (называется «отравленный катализатор»).
Вроде нет в прямых метаноловых элементах выделения CO? en.wikipedia.org/wiki/Direct-methanol_fuel_cell, не?
К сожалению, это только на картинке. Эффективно окислить метанол только до углекислого газа очень сложно.
Но даже если этот рубеж преодолён, то угарный газ также содержится в воздухе (его немного, но медленно он будет отравлять катализатор), и неплохо растворяется в метаноле, а заморачиваться, чтобы воздух никогда не попадал ни в метанол, ни на катализатор — это, пардон, почти неосуществимо.
Но даже если этот рубеж преодолён, то угарный газ также содержится в воздухе (его немного, но медленно он будет отравлять катализатор), и неплохо растворяется в метаноле, а заморачиваться, чтобы воздух никогда не попадал ни в метанол, ни на катализатор — это, пардон, почти неосуществимо.
Это в случае топливных элементов, я имел в виду использование «метанол» ->«двс» -> «электроэнергия».
И непонятно, как рассчитано КПД, 90% от солнечной энергии добавляется к энергии метанола? Или в водород переходит 90% энергии метанола?
И непонятно, как рассчитано КПД, 90% от солнечной энергии добавляется к энергии метанола? Или в водород переходит 90% энергии метанола?
Помимо цены скорее всего есть технические проблемы: в топливных элементах используются катализаторы и щелочь. Катализаторы отравляются примесями, а щелочь карбонизируется окисью и двуокисью углерода. В результате они перестают выполнять свои функции. Т.е. для длительной работы элемента требуется сверхчистый водород. Сомнительно, что его можно получить, разлагая метанол.
И еще. При оценке КПД надо рассматривать полный цикл, т.е. не только КПД получения водорода (грубо 20-30%), но и КПД электрохимического генератора (ЭХГ). КПД ЭХГ для Бурана, который на сравнительных испытаниях с ЭХГ для Шатла, проведенных Европейским Космическим Агентством, был признан лучшим, составлял 65%. Но это водород-кислородный ЭХГ, а водород-воздушный имеет КПД 40-45%. Поэтому в лучшем случае КПД полного цикла составит: 30%*45%=13,5%.
Солнечные панели с КПД 15% уже существуют.
И еще. При оценке КПД надо рассматривать полный цикл, т.е. не только КПД получения водорода (грубо 20-30%), но и КПД электрохимического генератора (ЭХГ). КПД ЭХГ для Бурана, который на сравнительных испытаниях с ЭХГ для Шатла, проведенных Европейским Космическим Агентством, был признан лучшим, составлял 65%. Но это водород-кислородный ЭХГ, а водород-воздушный имеет КПД 40-45%. Поэтому в лучшем случае КПД полного цикла составит: 30%*45%=13,5%.
Солнечные панели с КПД 15% уже существуют.
А говорят у нас только откаты на исследования есть! Этой идее сто лет в обед, вопрос только в катализаторе, на котором будет выделяться водород.
Они придумали источник водорода для ещё не созданной индустрии топливных элементов (и в ближайшие пару лет вряд ли такая появится). Мо-лод-цы. Больше сказать нечего.
Фу.
Ах да! Может они заодно предложили способ хранения водорода? Конечно, если хорошо загуглить, то можно найти баллоны с надписью H2, но они стоят дорого. В сумме на потраченные деньги можно питать дом газом наверное лет двести (плюс-минус столетие). Стекло? Оно не пройдёт по требованиям безопасности. Разве какое-нибудь горилла-подобное, но это стекло дорого, не так ли?
В общем, псевдонаучный шлак…
Я просто сам к разработке топливных ячеек кое-каким боком отношусь и меня задело, что кто-то тратит свои силы и время на какую-то ерунду, вместо того, чтобы развивать безумно перспективное направление. Или, как принято сейчас — инновационное до нанобезобразия. Штука, размером с кулак — и ноутбуку еды на двое суток работы- ну не прелесть ли? А они ерундой страдают.
Они придумали источник водорода для ещё не созданной индустрии топливных элементов (и в ближайшие пару лет вряд ли такая появится). Мо-лод-цы. Больше сказать нечего.
Фу.
Ах да! Может они заодно предложили способ хранения водорода? Конечно, если хорошо загуглить, то можно найти баллоны с надписью H2, но они стоят дорого. В сумме на потраченные деньги можно питать дом газом наверное лет двести (плюс-минус столетие). Стекло? Оно не пройдёт по требованиям безопасности. Разве какое-нибудь горилла-подобное, но это стекло дорого, не так ли?
В общем, псевдонаучный шлак…
Я просто сам к разработке топливных ячеек кое-каким боком отношусь и меня задело, что кто-то тратит свои силы и время на какую-то ерунду, вместо того, чтобы развивать безумно перспективное направление. Или, как принято сейчас — инновационное до нанобезобразия. Штука, размером с кулак — и ноутбуку еды на двое суток работы- ну не прелесть ли? А они ерундой страдают.
Способ компактного хранения водорода известен: гидриды металлов. Благополучно летает в никель-металлгидридных аккумуляторах на спутниках «Ямал». Но цены тоже космические.
Это да. Только способ извлечения водорода из гидридов прост только на бумаге: мол, кинуть в воду и всё. На практике это выливается в сложную систему, состоящую из стадий очистки и дополнительного увлажнения водорода. В общем, формируется космическая цена. А так да- гидриды считаются самым перспективным способом хранения водорода.
Кажись, никельметаллгидридные — это то, что пришло на смену никель-кадмиевым, и они стоят у меня в фотоаппарате-мыльнице и стоят вполне себе 5$ за пару на 2,5 А*ч
> Может они заодно предложили способ хранения водорода?
Давным давно придуман: накопление в металлогидридах (самый безопасный способ).
Давным давно придуман: накопление в металлогидридах (самый безопасный способ).
Sun -> H2 -> FuelCell —> electricity
www.sciencedaily.com/releases/2010/08/100823142931.htm
www.sciencedaily.com/releases/2010/08/100823142931.htm
Можно солнцем нагревать воду, паровым двигателем крутить насос, который будет накачивать воздух в баллоны под давлением, насос можно крутить так же и ветром. А ездить на автомобилях с пневмодвигателями, одна из последних разработок, это трехколесный AirPad. И нет проблем с водородом, пробитый баллон просто спускает лишнее давление, не приводит к взрыву. Хотя конечно нужно все направления развивать, одно другому не мешает.
Как раз таки к взрыву приведёт, если давление будет слишком высоко, или если дырка даст доп. трещины!
И взрыв будет довольно таки неиллюзорный. И фиг что ничего не загорится.
И взрыв будет довольно таки неиллюзорный. И фиг что ничего не загорится.
Мой опыт с баллонами связан с просмотром телепередачи «Разрушители легенд», где они сбрасывали баллон на гвозди, к моему удивлению, баллон не разносило, через дырку содержимое баллона просто выходило со свистом, хотя умозрительно мне кажется, что он должен был взорваться. Найти ролик не удается, возможно я не прав, не обратил внимание что было в этом баллоне, не с начала видел, может там было давление гораздо ниже 200 атмосфер, при котором уже имеет смысл хранить энергию в этом виде.
А я хочу предложить накапливать механическую энергию за счет ожижения воздуха. Сжиженый воздух можно хранить при атмосферном давлении в емкостях дьюара(термосах). При хорошей теплоизоляции потери будут минимальны. Сжиженый воздух можно перевозить или прокачивать по трубопроводам.
Там где нужно получить механическую или электрическую энергию нужно испарять воздух и установить газотурбинную установку с электрическим генератором. Для небольших устройств — роторнолопастные машины ванкеля. Их используют в пневматическом инструменте.
По моим прикидкам энергонасыщенность сжиженого воздуха всего в пять раз меньше чем углеводородного топлива. Т. е. автомобиль на сжиженом воздухе вполне реален.
Ожижать воздух мы умеем очень хорошо — технологию разработал профессор Капица. Тазотурбинные установки ожижения компактные и эффективные.
Кроме того сжиженый воздух можно хранить в промышленных масштабах — вырыть емкость в горе/под землей.
Там где нужно получить механическую или электрическую энергию нужно испарять воздух и установить газотурбинную установку с электрическим генератором. Для небольших устройств — роторнолопастные машины ванкеля. Их используют в пневматическом инструменте.
По моим прикидкам энергонасыщенность сжиженого воздуха всего в пять раз меньше чем углеводородного топлива. Т. е. автомобиль на сжиженом воздухе вполне реален.
Ожижать воздух мы умеем очень хорошо — технологию разработал профессор Капица. Тазотурбинные установки ожижения компактные и эффективные.
Кроме того сжиженый воздух можно хранить в промышленных масштабах — вырыть емкость в горе/под землей.
Глупо
с водородом проще.
с водородом проще.
Сжиженный воздух это по сути жидкий азот, кислород и еще по мелочи. И если азот безопасен, то жидкий кислород лучше убрать подальше.
Вопрос с КПД таких установок. Если преобразование сжать — разжать будет иметь приличный КПД, то почему нет?
Но я подозреваю, что там все не так радужно получится.
Вопрос с КПД таких установок. Если преобразование сжать — разжать будет иметь приличный КПД, то почему нет?
Но я подозреваю, что там все не так радужно получится.
У гидроаккумулирующих электростанций КПД полного цикла около 35%, но даже при таком КПД они экономически выгодны. Это при том, что они просто накапливают энергию в периоды минимумов потребления и отдают в периоды максимумов.
Большинство генерирующих мощностей работают на неполной нагрузке с большими потерями в КПД. Такими что выгоднее накапливать энергию в ГАЭС с КПД 40% и работать всегда на полной мощности или не накапливать и работать на половинной.
Сжиженный воздух можно возить. Это означает, что его можно добывать там, где есть дешевая механическая энергия, например энергия пара в солнечной электростанции где-нибудь где постоянно светит солнце или там где есть ветер.
И накапливать.
Дело в том, что наши технологии не позволяют накапливать энергию в промышленных масштабах. Если бы появилась такая технология, то это привело бы к большим потрясениям в бизнесе нефтяников, газовиков и прочих. Поэтому эта технология развития не получит.
И посмотрите внимательно — активно разрабатываются технологии преобразования метанола, или водорода в электричество. Что-то по поводу производства углеводородов из солнечной энергии или электричества тишина.
Большинство генерирующих мощностей работают на неполной нагрузке с большими потерями в КПД. Такими что выгоднее накапливать энергию в ГАЭС с КПД 40% и работать всегда на полной мощности или не накапливать и работать на половинной.
Сжиженный воздух можно возить. Это означает, что его можно добывать там, где есть дешевая механическая энергия, например энергия пара в солнечной электростанции где-нибудь где постоянно светит солнце или там где есть ветер.
И накапливать.
Дело в том, что наши технологии не позволяют накапливать энергию в промышленных масштабах. Если бы появилась такая технология, то это привело бы к большим потрясениям в бизнесе нефтяников, газовиков и прочих. Поэтому эта технология развития не получит.
И посмотрите внимательно — активно разрабатываются технологии преобразования метанола, или водорода в электричество. Что-то по поводу производства углеводородов из солнечной энергии или электричества тишина.
У гидроаккумулирующих электростанций КПД полного цикла около 35%
Не густо. Значит у сжатого/сжиженного воздуха будет еще меньше. При сжатии неизбежны тепловые потери, выделяющееся тепло сложно утилизировать и тем более с хорошим КПД. Да, часть можно будет вернуть при нагревании, из атмосферы, но это тоже не очень просто. Теплообменники, все дела.
Сжиженный воздух можно возить.
И это, несомненно, плюс! Но все эти криогенные вещи все равно не слишком безопасны. Где жидкий азот, там может появиться и жидкий кислород, у которого температура кипения выше. А это уже опасно.
Дело в том, что наши технологии не позволяют накапливать энергию в промышленных масштабах.
Ну почему? Есть очень интересные разработки. Вот, например.
habrahabr.ru/post/142784/
Мне очень нравится.
А вы не к этому ли клоните? А. Беляев, «Продавец воздуха»
Ну воздух же будет возвращаться.
Гораздо хуже то, что мы достаем из под земли углерод и водород и связываем свободный кислород атмосферы.
А ещё я бы предложил ботаникам-селекционерам вырастить уже дерево плодами которого можно топить печку. Или нагревать слегка и отгонять топливо для ДВС. Широколисвенное какое-нибудь. Чтобы в средней полосе росло.
Ну или вот на елках шишки растут. Подкрутить что-нить там у елок, подселекционировать их и собирать шишки. Они смолистые и очень технологичные с точки зрения сжигания — их не надо пилить, измельчать. Они примерно одинаковые, округлой формы, сыпятся. И КПД у хлорофильного цикла 40%. И углерод из атмосферы будет связываться.
Гораздо хуже то, что мы достаем из под земли углерод и водород и связываем свободный кислород атмосферы.
А ещё я бы предложил ботаникам-селекционерам вырастить уже дерево плодами которого можно топить печку. Или нагревать слегка и отгонять топливо для ДВС. Широколисвенное какое-нибудь. Чтобы в средней полосе росло.
Ну или вот на елках шишки растут. Подкрутить что-нить там у елок, подселекционировать их и собирать шишки. Они смолистые и очень технологичные с точки зрения сжигания — их не надо пилить, измельчать. Они примерно одинаковые, округлой формы, сыпятся. И КПД у хлорофильного цикла 40%. И углерод из атмосферы будет связываться.
Зарегистрируйтесь на Хабре, чтобы оставить комментарий
Гибридная «солнечная» система получения водорода для топливных элементов