Водородная энергетика: начало большого пути



    Ранее мы рассказывали про то, каким экологичным видом транспорта являются электробусы. Однако не упомянули один важный момент: c ростом числа электротранспорта городам потребуется больше электричества, которое зачастую получают экологически небезопасными способами. К счастью, сегодня мир научился получать энергию при помощи ветра, солнца и даже водорода. Новый материал мы решили посвятить последнему из источников и рассказать об особенностях водородной энергетики.

    На первый взгляд, водород — идеальное топливо. Во-первых, он является самым распространенным элементом во Вселенной, во-вторых, при его сгорании высвобождается большое количество энергии и образуется вода без выделения каких-либо вредных газов. Преимущества водородной энергетики человечество осознало уже давно, однако применять ее в больших промышленных масштабах пока не спешит.

    Водородные топливные элементы


    Первый водородный топливный элемент был сконструирован английским ученым Уильямом Гроувом в 30-х годах XIX века. Гроув пытался осадить медь из водного раствора сульфата меди на железную поверхность и заметил, что под действием электрического тока вода распадается на водород и кислород. После этого открытия Гроув и работавший параллельно с ним Кристиан Шенбейн продемонстрировали возможность производства энергии в водородно-кислородном топливном элементе с использованием кислотного электролита.

    Позже, в 1959 году, Фрэнсис Т. Бэкон из Кембриджа добавил в водородный топливный элемент ионообменную мембрану для облегчения транспорта гидроксид-ионов. Изобретением Бэкона сразу заинтересовалось правительство США и NASA, обновленный топливный элемент стал использоваться на космических аппаратах «Аполлон» в качестве главного источника энергии во время их полетов.


    Водородный топливный элемент из сервисного модуля «Аполлонов», вырабатывающий электричество, тепло и воду для астронавтов. Источник: James Humphreys / Wikimedia Commons

    Сейчас топливный элемент на водороде напоминает традиционный гальванический элемент с одной лишь разницей: вещество для реакции не хранится в элементе, а постоянно поставляется извне. Просачиваясь через пористый анод, водород теряет электроны, которые уходят в электрическую цепь, а сквозь мембрану проходят катионы водорода. Далее на катоде кислород ловит протон и внешний электрон, в результате чего образуется вода.


    Принцип работы водородного топливного элемента. Источник: Geek.com

    С одной топливной ячейки снимается напряжение порядка 0,7 В, поэтому ячейки объединяют в массивные топливные элементы с приемлемым выходным напряжением и током. Теоретическое напряжение с водородного элемента может достигать 1,23 В, но часть энергии уходит в тепло.

    С точки зрения «зеленой» энергетики у водородных топливных элементов крайне высокий КПД — 60%. Для сравнения: КПД лучших двигателей внутреннего сгорания составляет 35-40%. Для солнечных электростанций коэффициент составляет всего 15-20%, но сильно зависит от погодных условий. КПД лучших крыльчатых ветряных электростанций доходит до 40%, что сравнимо с парогенераторами, но ветряки также требуют подходящих погодных условий и дорогого обслуживания.

    Как мы видим, по этому параметру водородная энергетика является наиболее привлекательным источником энергии, но все же существует ряд проблем, мешающих ее массовому применению. Самая главная из них — процесс добычи водорода.

    Проблемы добычи


    Водородная энергетика экологична, но не автономна. Для работы топливному элементу нужен водород, который не встречается на Земле в чистом виде. Водород нужно получать, но все существующие сейчас способы либо очень затратны, либо малоэффективны.

    Самым эффективным с точки зрения объёма полученного водорода на единицу затраченной энергии считается метод паровой конверсии природного газа. Метан соединяют с водяным паром при давлении 2 МПа (около 19 атмосфер, т. е. давление на глубине около 190 м) и температуре около 800 градусов, в результате чего получается конвертированный газ с содержанием водорода 55-75%. Для паровой конверсии необходимы огромные установки, которые могут быть применимы лишь на производстве.


    Трубчатая печь для паровой конверсии метана — не самый эргономичный способ добычи водорода. Источник: ЦТК-Евро

    Более удобный и простой метод — электролиз воды. При прохождении электрического тока через обрабатываемую воду происходит серия электрохимических реакций, в результате которых образуется водород. Существенный недостаток этого способа — большие энергозатраты, необходимые для проведения реакции. То есть получается несколько странная ситуация: для получения водородной энергии нужна… энергия. Во избежание возникновения при электролизе ненужных затрат и сохранения ценных ресурсов некоторые компании стремятся разработать системы полного цикла «электричество — водород— электричество», в которых получение энергии становится возможным без внешней подпитки. Примером такой системы является разработка Toshiba H2One.   

    Мобильная электростанция Toshiba H2One


    Мы разработали мобильную мини-электростанцию H2One, преобразующую воду в водород, а водород в энергию. Для поддержания электролиза в ней используются солнечные батареи, а излишки энергии накапливаются в аккумуляторах и обеспечивают работу системы в отсутствие солнечного света. Полученный водород либо напрямую подается на топливные ячейки, либо отправляется на хранение во встроенный бак. За час электролизер H2One генерирует до 2 м3 водорода, а на выходе обеспечивает мощность до 55 кВт. Для производства 1 м3 водорода станции требуется до 2,5 м3 воды.

    Пока станция H2One не способна обеспечить электричеством крупное предприятие или целый город, но для функционирования небольших районов или организаций ее энергии будет вполне достаточно. Благодаря своей мобильности она может использоваться также как и временное решение в условиях стихийных бедствий или экстренного отключения электричества. К тому же, в отличие от дизельного генератора, которому для нормального функционирования необходимо топливо, водородной электростанции достаточно лишь воды.   

    Сейчас Toshiba H2One используется лишь в нескольких городах в Японии — к примеру, она снабжает электричеством и горячей водой железнодорожную станцию в городе Кавасаки.


    Монтаж системы H2One в городе Кавасаки

    Водородное будущее


    Сейчас водородные топливные элементы обеспечивают энергией и портативные пауэр-банки, и городские автобусы с автомобилями, и железнодорожный транспорт (более подробно об использовании водорода в автоиндустрии мы расскажем в нашем следующем посте). Водородные топливные элементы неожиданно оказались отличным решением для квадрокоптеров — при аналогичной с аккумулятором массе запас водорода обеспечивает до пяти раз большее время полета. При этом мороз никак не влияет на эффективность. Экспериментальные дроны на топливных элементах производства российской компании AT Energy применялись для съемок на Олимпиаде в Сочи.

    Стало известно, что на грядущих Олимпийских играх в Токио водород будет использоваться в автомобилях, при производстве электричества и тепла, а также станет главным источником энергии для олимпийской деревни. Для этого по заказу Toshiba Energy Systems & Solutions Corp. в японском городе Намиэ строится одна из крупнейших в мире станций по производству водорода. Станция будет потреблять до 10 МВт энергии, полученной из «зеленых» источников, генерируя электролизом до 900 тонн водорода в год.

    Водородная энергетика — это наш «запас на будущее», когда от ископаемого топлива придется окончательно отказаться, а возобновляемые источники энергии не смогут покрывать нужды человечества. Согласно прогнозу Markets&Markets объем мирового производства водорода, который сейчас составляет $115 млрд, к 2022 году вырастет до $154 млрд. Но в ближайшем будущем массовое внедрение технологии вряд ли произойдет, необходимо еще решить ряд проблем, связанных с производством и эксплуатацией специальных энергоустановок, снизить их стоимость. Когда технологические барьеры будут преодолены, водородная энергетика выйдет на новый уровень и, возможно, будет так же распространена, как сегодня традиционная или гидроэнергетика.
    Toshiba
    128,00
    Больше, чем обычные технологии. Больше, чем бизнес
    Поделиться публикацией

    Комментарии 99

      0
      Каких размеров современные топливные элементы? интересуют компактные разработки…
      +2
      На первый взгляд, водород — идеальное топливо. Во-первых, он является самым распространенным элементом во Вселенной

      Ох уж эти копирайтеры с 7 классами образования. Узнали факт, надо впихнуть в статью.


      Ведь действительно, главный довод в пользу использования водорода, самый первый — это сколько его в звездах. Было бы железа в звезде почему-то больше, чем водорода, топливом бы выбрали железо, однозначно.

        0

        И самое забавное, что в звездах энергия по иному принципу получается.

        +5
        Что то не пойму я, почему в статье не сказано о проблемах и не упомянуты причины.

        Первое — водородная энергетика это не способ получения энергии, это же бред, это способ хранения энергии и в идеале использования ее в автомбилях. Использовать водород как способ для локального аккумулирования энергии имеет низкий КПД.

        По мне так разгонять многотонный вагон по кольцевому железнодорожному пути проще и эффективнее как буферный аккумулятор (один из вырожденных случаев с маховиком), или те же гидроаккумуляторы, тупо поднимающие воду повыше насосами и возвращая энергию турбинами — проще и главное не требуется никакого хайтека.

        Главные проблемы водородной энергетики — дороговизна оборудования, металлы в водороде кародируют, хранить сложно (дорогие баллоны) и опасно, двигатели используют стекло/керамику вместо металлов — это дорого! Спасибо изобретают альтернативные способы хранения типа абсорбирования в металлах.

        Надеюсь все подобные проблемы будут решены автомобили в мире будут ездить либо на электричестве либо гибриды с водородными двигателями.
          +1
          главное не требуется никакого хайтека.

          Как будто что-то хорошее.

          водородная энергетика это не способ получения энергии

          Нормально там все получается. На заправках можно ставить как раз такие вот преобразователи. Водитель подъезжает, заправляется водородом, сливает воду из специального накопителя, которая в дальнейшем подвергается электролизу \ иному способу обработки.

          хранить сложно (дорогие баллоны) и опасно

          Бензин тоже опасно хранить, однако храним как-то. Можно заправляться не чистым водородом, а какой-нибудь легко распадающейся (но не взрывоопасной в связанном состоянии) производной. В идеале, конечно, делать миниатюрные термоядерные реакторы холодного синтеза, как в Железном Человеке, но до этого далеко пока.

          Водород — наше все. А УАЗ на батарейках и в Союзе был.
            +4
            Хранить водород и бензин две очень разные вещи. Водород без запаха, крайне текучий, течет даже сквозь металлические стенки сосудов, для воспламенения нужно минимум условий, а горит гремучий газ быстрее некуда.
            Разложение промежуточного в-ва понизит КПД, повысит загрязнение, и это будет не углерод, и усложнит установку.
              +1
              Всё верно. Палладий, например, пропускает водород. :) А про гремучий газ есть ещё фишка: водород взрывается в смеси с воздухом в очень широком диапазоне процентного содержания. Очень опасное топливо.
                +2
                Это только для закрытых объёмов. В негерметичном, водород стремительно улетучится.
                  0
                  А в автомобиле у вас как раз и закрытый объём.
                    0
                    В Mirai баллон с водородом не находится в закрытом объёме.
                      0
                      Ну допустим утечки не будут скапливаться, ну а что будет при аварии? С учётом взрывоопасности водорода — гарантированный мощный взрыв?
                0
                Ну да, в широких. Где-то 15-60%. Вот только минимально необходимая для взрыва концентрация (~15%) в несколько раз выше, чем у например метана/природного газа, сжиженного газа(пропан-бутан) или даже паров бензина — там и 5-7% хватает для взрыва. Однако всем этим давно и широко пользуются.

                А с учетом кране низкой плотности(= большая подъемная сила) и крайней летучести/текучести водорода набрать >15% объема даже при наличии серьезной утечки можно только в загерметизированном объеме. Их всех прочих он быстро улетучивается.
                  0
                  А я вот читал в Техника-Молодёжи и вот сейчас нашёл примерно такое:

                  Считается, что взрывоопасные концентрации водорода с кислородом возникают от 4 % до 96 % объёмных. При смеси с воздухом от 4 % до 75 (74) % по объёму. Такие цифры фигурируют сейчас в большинстве справочников, и ими вполне можно пользоваться для ориентировочных оценок. Однако, следует иметь в виду, что более поздние исследования (примерно конец 80-х) выявили, что водород в больших объёмах может быть взрывоопасен и при меньшей концентрации. Чем больше объём, тем меньшая концентрация водорода опасна.

                  www.ecologyside.ru/ecosids-1036-1.html
                0
                Водород без запаха

                Как и природный газ. Но вот же, придумали как-то, что можно запашистую присадку добавлять.
                  0
                  Могу ошибаться, но, вероятно, в данном случае присадка будет негативно влиять на мембрану — загрязнять и(или) разрушать.
                    0
                    Более интересен вопрос, какая температура у водорода в процессе хранения и не будут ли меркаптаны твёрдыми при этой температуре. А то водород будет подаваться, а присадка нет.
                  0
                  Хранить водород обычно предлагают не в баллонах, это малореально, вы правы. А в другом виде, например гидриды металлов. Там есть, конечно свои проблемы, основная — недостаточно хорошее соотношение массы водорода и массы металла, из-за чего батареи оказываются тяжелыми. В результате применение пока только нишевое. Например, для погрузчиков лишний вес не страшен, там противовес все равно нужен. А вот для автомобилей батареи тяжеловаты. Но может, технологии еще улучшатся, исследований ведется много в мире.
                  А так было бы хорошо, конечно. Чистенькие двигатели.
                  +7
                  Можно заправляться не чистым водородом, а какой-нибудь легко распадающейся (но не взрывоопасной в связанном состоянии) производной.
                  Ага, например, метаном CH4 или даже безнином C8H18. Ой…
                    0
                    Ну, раньше гидриды использовать предлагали для построения аккумуляторов водорода. Но такие игрушки много места занимают и они тяжёлые…
                +1
                С точки зрения «зеленой» энергетики у водородных топливных элементов крайне высокий КПД — 60%. Для сравнения: КПД лучших двигателей внутреннего сгорания составляет 35-40%.

                Почему-то всегда забывают о КПД других элементов. Нужно сравнивать сравнимые цепочки.
                Для топливных элементов в автомобиле, это бущет как минимум еще два элемента, двигатель и преобразователь. Если даже примем их КПД по 90%, что весьма оптимистично, то уже получаем суммарный КПД 0.6*0.9*0.9=48%
                А так можно написать, что КПД топливного бака достигает почти 100%.
                  +1
                  У ДВС так же указан КПД только самого ДВС, без трансмиссии например (КПП прежде всего). Причем для лучших моделей находящихся в идеальных условиях работы (на оптимальных постоянных оборотах при работе на постоянную нагрузку, как например в паре с электрогенератором на одном валу). В автомобиле эти условия далеки от идеальных и хорошо если 20% КПД получается. В легковом по крайней мере, в дизельном грузовике монотонно пилящем на крейсерской скорости по трассе побольше будет, ближе к теоретическому.

                  У водородного вся длинная цепочка от выработки водорода электролизом его доставке, хранении, КПД ТЭ, КПД электродвигателя и т.д («power-plant-to-wheel») оказывается повыше чем у одного ДВС по отдельности: butane.chem.uiuc.edu/pshapley/Environmental/L11/2.html
                  Тут 22% всей цепочки при КПД электролизера 70% и КПД ТЭ 50%, что не рекордные показатели, а скорее средние.
                  +1
                  Какая-то чушь. Зачем сгенерированную солнечными батареями электроэнергию использовать для получения водорода, который тут же используется для получения электричества?
                    0
                    Предположу, что будет какой-то алгоритм. Солнце светит днем, идет выработка электроэнергии, при этом пиковое потребление не совпадает с пиковой выработкой. Предположу, что будет поддерживаться некий объем водорода, который будет обратно потребляться на выработку электроэнергии для выработки водорода. В случае излишков электроэнергии в этом процессе — будут заряжаться батареи. То есть, получится вечный двигатель. Но, это мои фантазии.
                      0
                      Есть крайне дешевые и «чистые» батареи на солёной воде (saltwater battery) — примитивны настолько что даже умельцы с ютуба их делали в гаражах.
                      Есть супермаховики — в гараже не сделать, но энергоёмкость высока а материал — обычная сталь, минимум химикатов.
                      Есть классические ГАЭС.
                      Есть установки на сжатом воздухе.
                      В общем, хранение электроэнергии в стационарной установке — задача, которая решается без проблемного водорода и платиновых топливных ячеек, довольно простыми методами.
                      Водород интересен в роли топлива для автомобилей и авиации, но похоже проще синтезировать метан и жидкое топливо, чем хранить и перевозить водород.
                        +1
                        Батарейки на соленой воде убоги по характеристикам настолько же, насколько они примитивны и дешевы по устройству.
                        Особенно «самопальные». Но и качественные промышленные образцы оставляют желать лучше. Вот так к примеру выглядит блок батарей емкостью всего на 10 кВт*ч
                        фото и ссылка на англоязычный обзор
                        image

                        5 модулей, каждый ~метр высотой, 120 кг массой и может выдавать только ~400 Вт мощности (до 1 кВт но только кратковременном пиковом режиме, или до 400 Вт в длительном причем с потерей 30% запасенной энергии, чтобы сократить потери мощность нужно еще снижать в разы до достижения номинальной емкости).

                        А единственная компания пытавшаяся продвигать подобные более вменяемые пром. варианты кстати недавно обанкротилась — не смогла достичь заявленных радужных обещаний, увязла в долгах несмотря на полученные гранты и субсидии, распустила большую часть сотрудников и остатками продалась китайцам.

                        У супермаховиков энергоемкость как раз НЕ высока. Наоборот она настолько низка, что современные реализации вообще практически не пригодны в качестве накопителей именно энергии, хороши только как источники резервной «быстрой» мощности. Т.к. у них высокая удельная мощность, но низкая удельная емкость и весьма высокая удельная стоимость.

                        Ну в случае с ГАЭС все достаточно неплохо, кроме необходимых масштабов строительства, очень высокой стоимости единичного объекта и необходимости в подходящих природных условий (ландшафта — иначе исскуственное создание большого перепада высот делает их слишком дорогими). Поэтому собственно пока это ведущий из способов накопления электроэнергии на данный момент. Просто остальные существующие еще хуже.
                        И поэтому продолжается активный поиск и разработка других вариантов, включая водород.
                          –1
                          По батареям на солёной воде:
                          www.bluesky-energy.eu/en/salt-water-battery-aib-technology
                          Одна контора зыкрылась, другая — открылась. Давайте посчитаем энергоёмкость на кг: 2700 Вт*ч\140 кг=19,2 Вт*ч\кг. Компания обещает 100% глубину разряда в номинальном режиме. Вот токоотдача номинальная и правда убога- жалкие 200Вт.
                          Свинцово — кислотный АКБ на 60 Ач весит 12 кг и разряжать его можно только до половины:
                          Энергоёмкость 12*6*0.5=360 Вт\ч
                          Удельная енергоёмкость (практическая) 360\12=30 Вт*ч\кг.
                          В общем, эти батареи немного уступают свинцово — кислотным по энергии на кг но это абсолютно неважно для стационарной установки, зато превосходят по ресурсру 5000 циклов. Зато сырьё — оксида марганца, цинк и вода. Крайне дешёвые компоненты. Главная их проблема — токоотдача. В принципе, можно проблему решить используя небольшую литий-ионную батарею как буфер для пиковых нагрузок.
                            –1
                            Я считаю что супермаховики как продукт, развиваются в неправильном направлении.
                            100кг маховик требует пол тонны на работу с ним, большая часть которого — система безопасности… мало того, я считаю существующие решения заградительными, т.е. чтобы не появлялись конкуренты (потому что как только таковые появятся, текущие монополисты тупо меняю цену и конкурент без клиетской базы исчезает) зато цены выставляют исходя из текущих цен на литиевые, т.е. нивелируя главное приемущество супермаховика — низкую цену и огромный ресурс работы.

                            В стационарном варианте я бы вообще делал максимально дешевое оборудование, с обязательным его размещением в бетоне/под землей… т.е. если случится что — то полное разрушение и демонтаж. Потому что у супермаховика реально нет ничего высокотехнологичного, кроме наверное собственно магнитных подшипников сотню тысяч оборотов в минуту, но это уже наверное не хайтек.

                            Навить маховик из карбоновой нити как ни странно не так сложно как кажется, простая система регуляции подачи клеевой массы в зависимости от текущего отклонения вращения (там посложнее конечно, но нет ничего нерешаемого или не возможного, может быть добавить ультразвук для более плотной укладки и игры с температурным расширением, в общем есть где развернуться)
                              0
                              Сверхточная обработка материалов -это дорого, а для создания супермаховика нужны высокие обороты. Малейшая неоднородность массы\плотности маховика и его разорвут биения. Зато — высокая энергоёмкость, огромный ресурс и высокий КПД. А с безопасностью все придумали до нас — вместо монолитной болванки мотают маховик из ленты, в случае разрыва он просто сгорит переведя энергию в теплоту вместо выброса осколков со скоростью снаряда рельсотрона.
                                0
                                Прочитайте мой комментарий еще раз.

                                Именно в случае с супермаховиком, брак выявляется при первом же тестировании, т.е. есть биения — брак, нет — работает.

                                И да, хайтеком тут является подшипник, способный удерживать 100кг маховик, вращающийся на 100к об/мин (на практике пока крутят 20к-60к, там оно дешевле заметно)
                        +2
                        Чтобы накапливать ее не в аккумуляторы а в водород.
                        +3
                        1 м3 водорода станции требуется до 2,5 м3 воды.

                        Эмм 0.09 кг водорода из 2500кг воды? И куда девается вся остальная вода?
                          0
                          Даже если предположить что водород вырабатывается с КПД 100%, один хрен теряем 40% энергии на топливном элементе. Такая схема не может быть ничем другим кроме как махинацией с бюджетными средствами под вывеской «зелёная энергия».
                            0
                            Ну тут прикол в том, что получаем достаточно экологичное топливо, условно пригодное для использования в традиционных ДВС
                              0
                              Традиционные не получится, это метан можно, а водород максимум подмешивать в мизерных концентрациях.

                              Двигатели на водороде требуют использовать вместо металла керамику или стекло, иначе водород проникает в металлы и они становятся хрупкими.
                            +2
                            На первый взгляд, водород — идеальное топливо.
                            На первый взгляд кого? Такое начало сразу отбивает желание читать.
                            Преимущества водородной энергетики человечество осознало уже давно, однако применять ее в больших промышленных масштабах пока не спешит.
                            Если бы это было выгодно, уже бы спешили.
                              +1
                              На первый взгляд кого? Такое начало сразу отбивает желание читать.
                              Предположу, что если действие происходит днем и взглянуть на самый яркий объект в небе, то может показаться, что водород.
                                +2
                                Поэтому на Земле это идеальное топливо?
                                Пока что, самый идеальный это бензин. Он имеет настолько большую фору по преимуществам перед всеми остальными видами топлив, что используется повсеместно во всём мире. Нет ничего, что было бы настолько удобным(хранение, перевозка, использование) и энергоёмким одновременно.

                                У бензина есть ряд важных недостатков, поэтому людям будет выгодно заменить его, как минимум в городах. Но всё, что пока предлагается для его замены, куда менее удобно почти по всем параметрам. Газ, вероятно, рядом, но он не лишён тех недостатков, ради которых хотят уйти от бензина.
                                  +1
                                  Газ, вероятно, рядом, но он не лишён тех недостатков, ради которых хотят уйти от бензина.

                                  Некоторых всё-же лишён.
                                  1. Газ очень экологичен и было бы неплохо городской общественный и грузовой транспорт переводить на газ.
                                  2. Газ лучше относится к двигателю.
                                    0
                                    Я и написал, что он близок, как хорошая замена, но не идеален.
                                    Главная проблема газа та же, что и у бензина, насколько бы он не был экологичнее, всё равно в выхлопе будет сожжённое масло, недогоревшие фракции, окиси азота и прочие прелести ДВС-выхлопа.
                                      0
                                      Важно не то, что они будут, а сколько их там будет. И в случае газа их там будет существенно меньше, чем при бензине. А по сравнению с дизелем нет сажи.
                                      Это серьёзно повышает экологичность города без всякого электротранспорта.
                                        0
                                        Так поэтому я и написал про газ. Но стареющий ДВС всё равно ухудшает свою экологичность. По этому параметру ничего не сравнится с электродвигателем. А в городах дышат люди. Насколько бы газ не был лучше бензина или дизеля, ДВС сравнению экологичности с электродвигателем всё равно плох.
                                        И тема водорода, как топлива, тормозится тем же, чем и тема электротранспорта — плотностью носителя энергии. ДВС уйдёт так же быстро, как и пришёл, если плотностью хранения электроэнергии или альтернативы смогут сделать хотя бы в несколько раз меньшей, чем у бензина.
                                          0
                                          Мы с вами о чём-то разном говорим видимо. Давайте я ещё раз попробую сформулировать свою мысль:

                                          Уже сейчас можно переводить в городах общественный грузовой транспорт на газ, не дожидаясь сверхёмких аккумуляторов. Это существенно улучшит экологическую обстановку. И в этом разрезе абсолютно не важно насколько несовершеннен ДВС, а важно то, что это можно делать прямо сейчас.
                                            0
                                            Про экологичность газа, поговорив с несколькими владельцами переделавших свои машины на газ, все жалуются на меньший срок работы двигателя… что то там про просачивание и подгорающее масло — гореть оно будет в выхлоп, так что не совсем там все чисто.

                                            Я понимаю, что можно делать двигатель, заточенный на газ, чистый хороший правильный, но переход на такие двигатели процесс на десятилетия, и потребуют субсидии от государства нехилые (иначе народ не перейдет).
                                              0
                                              Уже сейчас можно переводить в городах общественный грузовой транспорт на газ
                                              Так автобусы на газу уже много лет работают в России. Видел их и в Москве и в Краснодаре.
                                              То, что их мало, это скорее административный вопрос.
                                              А вот в Ростове-на-Дону предпочитают старые подержанные шведские коптилки, которые предназначены для куда более холодного климата.
                                              0
                                              Так собственно уже — водородные баллоны сверхвысокого давления конечно не особо простая и дешевая вещь по сравнению с бензобаком, но конкретно по плотности хранения энергии уже всего лишь в несколько раз отстают от бензина.
                                              Особенно с учетом того, что связка ТЭ+электродвигатель имеет КПД минимум в 2 раза выше чем бензиновый ДВС и энергии нужно запасать минимум в 2 раза меньше.
                                                0
                                                Электротранспорт имеет вдвое меньший пробег при вдвое-втрое большей цене. И прочие неудобства. У водородного транспорта с этим всё ещё сильно хуже. Дело не только в хранении в автомобиле, но и в получении и доставке до заправки.
                                                Так что до распространения водородных авто либо очень далеко, как примерно 100 лет прошло до начала электроэры, либо вообще эта тема будет заброшена из-за развития батарей.
                                                  0
                                                  Toyota Mirai, пробег 500 км. Цена как у электромобиля. Где ещё сильно хуже?
                                                  Не надо думать о легковом трансопорте. Там не окупается ни электро, ни водород. Пассажирский транспорт вполне можно переводить на электро ил любой газ, это выгодно.
                                        0
                                        Жидкое топлоиво — это вообще чудо, на самом деле. Его заменить чем-то очень и очень сложно.
                                      0
                                      «Если бы это было выгодно, уже бы спешили.» — ну когда вводили ДВС то же особо не спешили (а там где спешили — появлялись луддиты).

                                      Тут уместно вспомнить, что если вы вводите новую технологию, обнуляющую рабочие места миллионов людей, есть серьезный риск получить в ответ реакцию этих людей (если не дать им альтернативной работы).

                                      Когда по вашему в последний раз вводили новую технологию кардинально меняющую какую либо отрасль?
                                        +1
                                        Весь 20й век вводились такие технологии постоянно. И количество населения в мире с 1927 по 2011 выросло с 2 млрд до 7 млрд. Одни технологии обнуляют миллионы рабочих мест, другие — создают. Прелесть в том, что обычно, это не происходит мгновенно, ибо процесс переоборудования занимает время и на него нужны ресурсы, обучение и т.д.

                                        ну когда вводили ДВС то же особо не спешили
                                        Там не то, что спешили, там гнали на перегонки, как во время золотой лихорадки. Каждые несколько лошадиных сил в новом ДВС позволяли получить большой прирост в процентом отношении. Фото Нью-Йорка 1900 и 1915 года, как раз показывают, что в то время был очень быстрый рост распространения ДВС. Но 15 лет всё равно довольно долго, чтобы переучиться с кучера на водителя или сменить профессию радикально.
                                          0
                                          весь 20 век вводились технологии усложняющие процесс — водород наоборот упрощает процесс (не надо транспортных расходов, сложной переработки, опасных отходов нет).

                                          т.е. это как с аналогией с электромобилем, где электродвигатель и батарея обнуляют целые индустрии, выращенные на обслуживании и доработке Д.В.С.

                                          Насчет Нью-Йорка и прочих больших городов тут внедрение шло быстро, но лошади как раз для городов и не очень годились (тогда даже ходили страхи о огромных слоях навоза в случае дальнейшей урбанизации), а вот с остальными мелкими городками и селами процесс шел намного слабее (дороги ведь были приспособлены для лошадей, а не автомобилей).

                                            0
                                            не надо транспортных расходов
                                            А как доставлять водород потребителю? Ставить на каждой заправке генераторы водорода? Даже приведённая в статье «мобильная» станция вырабатывает
                                            За час электролизер H2One генерирует до 2 м3 водорода
                                            Это настолько далеко от тех объёмов, которые нужно заправлять в машину, что говорить о водороде, как топливе можно сейчас только в специальных случаях, например, в ракетной области. И даже там он далеко не идеален, иначе бы все на нём и летали.
                                              0
                                              транспортных расходов связанных с доставкой нефти — переработкой в ГСМ — доставкой потребителю (попутно добавление в топливо стабилизирующих добавок, и реализация в течении небольшого периода, так как любое жидкое топливо бензин-дизель и т.д. подвержено полимеризации, что снижает его характеристики)

                                              водород при хорошей консервации можно хранить неограниченно долго, так как он своих свойств не теряет от внутренних процессов — только если смешивается с чем либо.

                                              Вот насчет космической не угадали… как раз на водород там вся надежда, так как именно за счет превращения воды при разложении (водорода) и атмосферного углекислого газа собираются топливо на Марсе добывать.
                                                0
                                                транспортных расходов связанных с доставкой нефти
                                                Ничтожно мало по сравнению с водородом, если пересчитать на кол-во транспортированной энергии.
                                                водород при хорошей консервации можно хранить неограниченно долго
                                                В основном, топливо не нужно хранить, его нужно использовать. Хранимые запасы сравнительно малы.
                                                собираются топливо на Марсе добывать
                                                Я говорю о современном времени и о нашей планете, а не о далёком будущем и специфических условиях других сред. Большинство ракет-носителей не используют водород.
                                                  0
                                                  «Ничтожно мало по сравнению с водородом, если пересчитать на кол-во транспортированной энергии.» — т.е. добыть углеводороды, чтоб потом сделать из них путем переработки бензин это меньше затрат энергии будет чем процесс разложения воды на водород и кислород, взятой из соседнего водоема (причем по факту эту же воду можно гонять по кругу много раз, сводя транспортные расходы к нулю)?)))

                                                  Топливо используют — это верно. А вот нефть (полуфабрикат) хранят. В случае водорода получается уже готовое топливо без деградации, а полуфабрикат — вода. Как думаете это проще чем думать как сохранить в нормальном состоянии углеводородное топливо или его полуфабрикат (нефть)?

                                                  на нашей планете используют в европейских ракетных двигателях водородно-кислородные двигатели («ВУЛКАН»), на перспективу у Маска «Раптор» (метан-кислород, причем метан можно получить путем химической реакции водорода и СО); в РФ так же разрабатывают метан-кислородный ракетный двигатель.

                                                    0
                                                    1. Да. Значительно меньше затрат. Поэтому так и делается.
                                                    2. Хранимые запасы нефти, как я и написал сравнительно малы. Хранить водород стоит очень дорого! О чём вы? Нефть залил в хранилище и всё. Водород нужно сжимать или сжижать и его будет храниться в том же объёме на несколько порядков меньше, чем нефти. В чистом виде. А вот в составе нефти он хранится куда удобнее.
                                                    3. Как я и написал, водород-кислородных ракет-носителей крайне мало. Метан это уже углеводород, а не чистый водород.

                                                    Добыча, хранение и использование чистого водорода сопряжено со значительными энергетическими затратами, которые на порядки превышают это же для углеводородов. Это легко подтверждается сравнением кол-ва энергии на объём в условиях комнатной температуры (т.е. без дополнительных затрат энергии).
                                                      0
                                                      Хранить водород стоит так же как и природный газ — ссылка

                                                      Проблема Добыча — Использование в основном, но тут все может решится смешиванием с природным газом

                                                        0
                                                        как хорошо по ссылке расписали, транспортировать водород удобнее в углеводородах ;)
                                                          0
                                                          1. Водород менее плотный, чем природный газ. Значит его хранение не может стоить столько же, сколько и газа.
                                                          Хранение газообразного водорода не является более сложной проблемой, чем хранение природного газа
                                                          Не сложнее. Принципы те же. Дороже.

                                                          В случае хранения водорода в гидридной форме отпадает необходимость в громоздких и тяжёлых баллонах, требуемых при хранении газообразного водорода в сжатом виде, или сложных в изготовлении и дорогих сосудов для хранения жидкого водорода. При хранении водорода в виде гидридов объём системы уменьшается примерно в 3 раза по сравнению с объёмом хранения в баллонах. Упрощается транспортирование водорода. Отпадают расходы на конверсию и сжижение водорода.
                                                          А тут, выводы, из указанной вами статьи. Нефть и газ и есть гибридная форма.
                                                            0
                                                            По аналогии с гибридными автомобилями — электромобилями.

                                                            т.е. хранение водорода в углеводородах это временное явление переходного периода, а если учитывать что водород получается из метана, а метан можно синтезировать путем реакции воды + углекислого газа, то технология становится замкнутой, и не нуждающейся в добыче газа через месторождения. Это значит что рано или поздно с развитием технологии по похожему принципу с гибридным автомобилем процент «углерода» в газе будет снижаться практически до минимума, а потом вообще исчезнет необходимость.

                                                            Развитие гибридных автомобилей идет похожим образом. Сначала были микро-гибриды (спорное название, так как многие не считают это гибридной формой ДВС). Потом появились гибриды где электромотор и ДВС работали совместно (Toyota Prius и другие), но мощность электродвигателя была меньше топливного. Теперь есть переходный вариант — электромобиль с «удлинителем хода» ( BMW i3 REX и другие). «Удлинитель» в данном случае по мощности слабее основного мотора.

                                                            Далее уже с развитием необходимость в ДВС вообще отпадет, и место мотора-генератора займет дополнительная батарея.

                                                            P.S. — это все к тому что водородная энергетика это итог развития этой гибридной формы хранения, а не препятствие, останавливающие развитие водорода в мире.
                                                    0
                                                    Нефть качают трубой это почти бесплатно (только капитальные вложения), водород же придется доставлять баллонами (трубы тут что то из разряда фантастики), что на порядок дороже.

                                                    p.s. да в море танкеры, но это море, по земле так не покатаешься… есть надежда на дирижабли, но авария 'большой жопы' показала что в этой области либо тотальная непруха последние сто лет либо банальный саботаж.
                                                      0
                                                      «Нефть качают трубой это почти бесплатно (только капитальные вложения), водород же придется доставлять баллонами (трубы тут что то из разряда фантастики), что на порядок дороже.» — ну можно и баллонами… если их через HyperLoop доставлять (большинство проектов «вакуумной трубы» и так декларируются в основном как грузовые, а форма как раз схожа с баллоном).

                                                      А насчет дирижаблей пожалуй соглашусь…
                                                    0
                                                    У них там просто электролизер какой-то дохлый. Или может ошибка в переводе, т.к. такая производительность не соответствует используемому топливному элементу — он на порядок мощнее получается и будет потреблять но порядок больше водорода.

                                                    Если же нужно регулярно заправлять много авто (как на АЗС), то можно просто взять пушку помощнее типа такой:
                                                    nelhydrogen.com/product/m-series

                                                    Или совсем большую: nelhydrogen.com/product/atmospheric-alkaline-electrolyser-a-series
                                                      0
                                                      Покупаем дорогую установку. Привозим много воды, жжём кучу электричества и получаем до 902кг водорода в сутки. Затем в машине жжём водород снова. КПД потрясающий… Возможно, в особых случаях, это может иметь какой-то смысл, чтобы запасать энергию из возобновимых источников. Но в массе своей в обозримом будущем электротранспорт будет значительно выгоднее, как по капитальным вложениям, так и по эксплуатации.
                                                        0
                                                        Литий дорожает, к сожалению, пока, это основные 'не экологичные' затраты на энергию в электротранспорте.
                                            0
                                            а что эффективнее? современный аккумулятор или баллон с водородом+топливный элемент?
                                              0
                                              Эффективнее по какому параметру? Если по КПД, то аккумуляторы существенно лучше.
                                              Если по плотности и срокам и стоимости хранения энергии — неоднозначно, зависит от конкретных вариантов/реализаций.
                                                0
                                                Ну вот например для электромобиля. Запас хода и цена за километр хода (с учетом деградации батарей и тд) и кпд топливного элемента в сравнении с ДВС. Понятно, что у аккумулятора кпд выше. Но он дорогой, тяжелый, долго заряжается, имеет саморазряд, хреново переносит мороз и дохнет. По идее топливный элемент лишен части этих проблем, но выгодно ли ставить его на электромобиль и далеко ли можно на нем уехать. Просто жечь водород в ДВС неэффективно.
                                                  0
                                                  Водород не обязательно жечь, его можно преобразовывать напрямую в электроэнергию (водородные топливные элементы в статье указаны), достаточно эффективно и просто (но дорогие катализаторы).
                                                    0
                                                    ну вот собственно и интересно, возможно ли водород использовать как альтернативу обычным аккумуляторам. Насколько больше влезет энергии в систему водород+топливные элементы, если сравнивать ее с аккумулятором такой же массы.
                                                    и на сколько топливные элементы по КПД выше ДВС.
                                                      0
                                                      Очень хорошо, после определенного размера/массы эффективнее, но дорого, нет ДОРОГО, с большой буквы.

                                                      Причем речь не о материаллах, просто нет готовой инфраструктуры и производства, но надеюсь в ближайшие лет 10 это исправят.

                                                      habr.com/post/379749 пример, квадрокоптер в 3-4 раза дольше летает на водороде, по сравнению с литийионными аккумуляторами.
                                              0
                                              Очередной пузырь Альтернативы. Какой EROI?
                                                +5
                                                Статья больше подходит для условного журнала Форбс (или даже Максим), чем для Хабра.

                                                Покажите железо! Дайте технические подробности! Где килограммы, паскали, ватты? Две фотки и гифка, вот и вся содержательность.

                                                PS Видос не смотрел
                                                  0
                                                  а на хабре вообще тексты в корпоративных блогах зачастую выглядят как статья для условного Форбс/Максим, удивляться тут нечему, жанр такой.
                                                  0
                                                  некоторые компании стремятся разработать системы полного цикла «электричество — водород— электричество», в которых получение энергии становится возможным без внешней подпитки.

                                                  Вечный двигатель, ЗБС!!!
                                                    0
                                                    Опять маркетологи ЛИЦЕМЕРНО называют «экологичным», то что ЯВЛЯЕТСЯ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ОПАСНЫМ!

                                                    — Откуда на Плюке моря? Из них давным-давно луц сделали.
                                                    — Извините, что сделали?
                                                    — Топливо, Скрипач, топливо!
                                                      +2
                                                      Чтобы вода закончилась на Земле — надо её перегнать на водород, заправить в ракеты и отправить к Марсу. Если же жечь его в атмосфере, то вода образуется на выхлопе, массовый баланс не нарушить.
                                                        0
                                                        Если технология массовая, то точно будут утечки, когда утёкший водород просто покидает атмосферу Земли улетая в космос без всякой пользы.
                                                          0
                                                          Водород конечно легкий газ… но не настолько, чтоб в космос улетать)))

                                                          Небольшой факт — Юпитер и остальные планеты гиганты как раз состоят из смеси водорода — метана и других газов, и за миллионы лет они так и не начали «худеть»…
                                                            –1
                                                            И это нынешний Хабр?! * фейс-палм *
                                                            image
                                                            Любой технарь знает, что сила тяжести на Земле не способна удержать свободный водород, а масса Юпитера такова, что он не только не теряет водород, но ещё и его набирает из солнечного ветра.
                                                              +1
                                                              Не кипятитесь, любой технарь имеет много дыр знания в разных областях. На то на даны комменты, чтобы поправлять.
                                                                0
                                                                Ну а свободный водород поднимаясь с поверхности Земли, я так понимаю совсем ни с чем в реакцию не вступит, и сразу улетит в космос?)) Ну ладно еще бы про сдувание газа из за северный сияний что то вякнули, но это реально как на картинке «фейс-палм»…

                                                                ссылка для просвещения (осторожно много букв!)
                                                                0
                                                                У Юпитера/Сатурна/Нептуна гравитация посильнее Земной будет и она способна удерживать даже лёгкий водород. А Венера именно так и лишилась всей воды — под действием солнечного излучения 2H₂O → 2H₂ + O₂ и водород покидал планету.
                                                                  0
                                                                  «А Венера именно так и лишилась всей воды — под действием солнечного излучения 2H₂O → 2H₂ + O₂ и водород покидал планету.» — ключевое слово воздействием солнечного излучения (т.е. парниковый эффект). Без этого условия, и отсутствия магнитного поля Венера бы не сильно отличалась бы от Земли.

                                                                  Но даже такие условия не лишили планету водорода полностью.

                                                                  Состав атмосферы Венеры

                                                                  Воздушная оболочка главным образом состоит из:

                                                                  Углекислого газа 96,5 % и азота 3,5 %

                                                                  А также примесей, включающих в себя:

                                                                  Сернистый газ, аргон, водяной пар, угарный газ, гелий, неон, хлороводород и фтороводород

                                                                  Плотность атмосферы составляет 92 бар или 9,2 МПа
                                                                    0
                                                                    Молекула воды разделялась на атомы не из-за парникового эффекта, а из-за ионизирующего излучения. Водяного пара там 0,003% — т. е. практически нет. И, скорее всего, он образуется из солнечного ветра. Мизерные следовые количества хлороводорода и фтороводорода вообще считать не стоит. Так что да, на Венере водорода практически нет — он улетучился в космос. Это так, экскурс в космологию.
                                                                      0
                                                                      Ну разумеется из за излучения! Но ведь чтоб образовался пар надо чтобы температура была высокой?

                                                                      Насчет водяного пара, и вообще воды из него спорить не буду, так как разные данные… некоторые вообще полагают что если «охладить» Венеру то можно покрыть всю планету метровым слоем собственной воды.

                                                                      Но вот насчет хлорводорода и фторводорода не соглашусь… это то что входит в основу кислот в облаках Венеры, поэтому этого вещества там не мало.
                                                                        0
                                                                        Но ведь чтоб образовался пар надо чтобы температура была высокой?

                                                                        Нет, необязательно. Вода переходит в пар при практически любых температурах. Даже Вы сейчас выдыхаете уйму пара, но внутри Вас не такая уж большая температура.
                                                                        некоторые вообще полагают что если «охладить» Венеру то можно покрыть всю планету метровым слоем собственной воды

                                                                        Выглядит очень спорным утверждением. Ссылку?
                                                                        Но вот насчет хлорводорода и фторводорода не соглашусь… это то что входит в основу кислот в облаках Венеры, поэтому этого вещества там не мало.

                                                                        Их там гораздо меньше, чем 0,0001%. Т. е. их точный процент даже не получается определить — есть только следы в спектре.
                                                                          0
                                                                          Ссылку не могу дать, так как найти не могу (давно читал об этом, и если честно, и даже не помню точно где).

                                                                          А насчет состава Венеры, как и Марса много «уточнений» всплывает с временем (что то из разряда «Марс сухой и безжизненный мир», потом «мы нашли следы воды на Марсе» и теперь «нашли места на полярной шапке где есть много воды» — и это все о самой изученной зондами планете, а о Венере сказать вообще нечего кроме спектрального анализа, который «предполагает наличие кислотных дождей и облаков на Н-ой высоте т.е. все что указано о составе Венеры это лишь приблизительные цифры с большим запасом).

                                                                          Например — У Венеры (как и у Марса и Земли) существует квазиспутник, астероид 2002 VE68, обращающийся вокруг Солнца таким образом, что между ним и Венерой существует орбитальный резонанс, в результате которого на протяжении многих периодов обращения он остаётся вблизи планеты — а ведь все знают что спутника у Венеры нет??

                                                                          В 2011 году учёные, работающие с аппаратом Venus Express, обнаружили у Венеры озоновый слой. Озоновый слой располагается на высоте 100 километров. — это факт открытый в 2011! А ведь скажи о таком в 2010 было бы много шума в стиле „парниковый эффект убивает озоновый слой! Там не может быть Озона!“

                                                                          О нерешённых проблемах, связанных с атмосферой планеты, высказался сотрудник Института исследований Солнечной системы Общества Макса Планка (ФРГ) Дмитрий Титов:

                                                                          Практически вся её атмосфера вовлечена в один гигантский ураган: она вращается вокруг планеты со скоростью, достигающей 120—140 метров в секунду у верхней границы облаков. Мы пока совершенно не понимаем, как это происходит, и что поддерживает это мощнейшее движение. Ещё один пример: известно, что основной серосодержащий газ на Венере — это двуокись серы. Но когда мы начинаем моделировать химию атмосферы на компьютере, то выясняется, что двуокись серы должна быть «съедена» поверхностью в течение геологически короткого времени. Этот газ должен исчезнуть, если нет какой-то постоянной подпитки. Её приписывают, как правило, вулканической активности. — ключевое слово „приписывают“! Значит состав атмосферы после этого можно то же считать чистой „припиской“ или необъяснимой загадкой. Напомню что исследование поверхности не было проведено вообще, кроме посадок в определенные места зондов, а значит все остальное остается загадкой (ну или можно еще объяснить наличием бактерий-экстремофилов, как сейчас и делают „приписывая“ темные пятна на Венере этим „организмам“)

                                                          0
                                                          Что-то не уловил суть этой идеи.
                                                          Работает от солнечной энергии (элементы с кпд 10-15%), на эти проценты получает водород и потом с кпд 60% его преобразует в э/э, так?
                                                          То есть суммарный кпд= (10-15)%х0,6=(6-9)%
                                                          Понимаю, что некоторых редких случаев, когда выдвинуты специфические требования по массе, температуре и т.п. типа коптеры, имеет смысл такое понижение экономичности, для реалий нужно аккумулирование, ГАЭС, маховики, аккумуляторы
                                                          Или я неправильно понял принцип работы этого устройства?
                                                            –2
                                                            Именно. Если задаться целью можно разработать ну очень дешёвую АКБ пренебрегая массо-габаритными показателями, которые для стационарной установки не критичны.
                                                              0
                                                              КПД современных СБ типа тех что на фото скорее 20%. А остальное так.

                                                              Зачем? Ну в первую очередь чтобы не оставаться без энергии тогда, когда солнце не светит. Когда оно есть естественно энергия идет от СБ к потребителю напрямую, без преобразования туда-сюда.
                                                                0
                                                                А, забыл дописать. Оно позиционируется не как альтернатива обычных сетевым (на газу, угля, ядерным) электростанциям, а как автономный, легко перемещаемый генератор — т.е. альтернатива передвижным дизель-генераторам.
                                                                Для электроснабжения в удаленных от сети местах или во время разных аварий и природных бедствий, или для снабжения временных потребителей (сегодня энергия тут нужна, а через неделю уже нет — погрузили станцию на машину и увезли туда, где она нужна)
                                                                +1
                                                                <Для производства 1 м3 водорода станции требуется до 2,5 м3 воды>

                                                                в 1 м3 воды грубо 55,5 кмоль Н2О из объём H2 1 кмоль приблизительно 22,4 м3 (н.у.) т.е. из 2,5 м3 воды возможно получить (причём замечу — электролизом практически возможно близко к теоретическому) 3100 кубометров водорода…
                                                                Интересно — задание джуниор-менеджеру дали или это: альтернативногениальный с инициативой?
                                                                Это так, к явному бреду, вообще по статье — пока читать можно и монитор заплевать.
                                                                  0
                                                                  У водорода есть, единственная проблема, как его безопасно и долго хранить, он даже сквозь металл просачивается, что ещё хуже происходит наводораживание металла, пусть он химически с металлом не реагирует, но меняются механические свойства материала, сам он как газ от любой искры взрывается.
                                                                  На ТЭЦ его в генераторах используют так как у него минимальное аэродинамическое сопротивление, так постоянно проверяют появился ли водород в цеху.
                                                                  А так идеальный аккумулятор: малый вес, легко получить из электроэнергии, легко обратно преобразовать, и всё без движущихся частей.
                                                                  Где то лет десять назад читал, что пытались наводораживатьсплав и обратно из него водород получать, но больше такого не слышал.
                                                                    0
                                                                    АНТЭЛ
                                                                      0
                                                                      происходит наводораживание металла, пусть он химически с металлом не реагирует, но меняются механические свойства материала, сам он как газ от любой искры взрывается.

                                                                      Взрыв металла от любой искры звучит как бред, но возможно у вас есть пруфлинки.
                                                                        0
                                                                        вы не верно поняли взрывается он (газ водород), а не металл

                                                                      Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                                                                      Самое читаемое