1598005503-634bb8193a0a063d19abf81fb6d27ecd (Введение в водородную энергетику. Э.Э. Шпильрайн, С.П. Малышенко, Г.Г. Кулешов, 1984u), страница 3

В таких циклах основная реакция разложения воды осуществляется в несколько стадий (2 — 3 и более) с привлечением дополнительных реагентов, которые теоретически в конце цикла должны полностью возцращаться в исходное состояние. Этим способом удается термическую реакцию разложения воды осуществить при умеренных температурах, достижимых для высокотемпературных ядерных реакторов. В ряде публикаций доказывалось, что этот термохимический путь заведомо экономичнее, например, электролиза, поскольку не сопровождается обычными энергетическими потерями, связанными с преобразованием теплоты в электроэнергию.

В работах советских авторов было показано, что это не так и что в лучшем случае термохнмическнй путь может иметь более высокий КПД, чем электролиз, лишь в той мере, в какой начальная температура термохимнческого цикла выше начальной температуры цикла электростанции. Кроме того, в последние годы выяснились многие трудности на пути реализации термохнмнческих циклов, связанные с особенностями промежуточных реагентов.

В связи с этим вновь оживился интерес к электролнтнчсскому методу получения водорода, и, в частности, были сформулированы условия, позволяющие существенно повысить эффективность электролизеров н снизить их стоимость. В этом направлении во многих странах, в том числе в Советском Союзе, активно ведутся исследования и опытно-конструкторские работы. Учитывая преимущества и недостатки термо- и электро- химических методов разложения воды, были предложены 12 комбинированные циклы, реализация которых представляется наиболее простой.

По-видимому, цо этому пути будут осуществлены первые эффективные промышленные установки получения водорода из воды. В последнее время в Советском Союзе предложен еще один перспективный комбинированный (электро- и термохимический) путь получения водорода из воды, в основе которого лежит неравновесное разложение СО, на СО и Оз при низких температурах в условиях СВЧ-разряда. Собственно разл р вложение воды осуществляется термохимнчески Н О= за счет хорошо известной реакции сдвига СО+ =Нч+СОч.

Этот метод сейчас отрабатывается на опытных уст н тановках и позволяет надеяться на получение более дешевого водорода. Получение водорода с помощью угля объединяет проблемы водородной энергетики с проблемами получения нз угля синтетических, в том числе моторных, топлив. В основе получения водорода с помощью угля лежит его газификация с использованием в качестве окислителей водяного пара, кислорода и углекислоты. Прн этом получается уже помянутый выше синтез-газ, из которого путем осуществления реакции сдвига можно получить практически чистый водород.

Эти процессы газификации сегодня широко применяются в промышленности, хотя целевым продуктом обычно является не водород, а синтез-газ, используемый как чистое, в частности бытовое, топливо. Но поскольку, как уже отмечалось,~реакция сдвига хорошо освоена промышленностью, можно достаточно надежно подсчитать с оимость водорода, получаемого с помощью угля. При сч т этом расчеты показывают, что водород, получаемый за сче газификации дешевого угля Канско. Ачинского бассейна, окажется не намного дороже, чем водород, традиционно получаемый из природного газа. Наряду с производством важнейшим аспектом проблемы является хранение и транспорт водорода. Принципы хранения и иранспорта газообразного я жидкого водорода во многом сходны с таковыми для других газов, в частности для природного газа.

Однако есть и отличия, связанные с узке отмечавшимися особенностями физико-химических свойств водорода, В результате как хранение, так и транспорт водорода оказываются технически более сложными и, следовательно, более дорогостоящими, Следует отметить, что опыт обращения с большими ко ичествами и потоками водорода пока невелик, и по л ности, мере совершенствования техники упомянутые трудное и, по-видимому, будут отпадать. 13 Применительно к водороду существует еще один тип хранения, особенно привлекательный для транспортных установок. Речь идет о хранении водорода в виде гидридов некоторых интерметаллических соединений, способных на каждую молекулу соединения связывать несколько атомов водорода, В результате плотность водорода в единице объема такого гидрида в ряде случаев превышает плотность жидкого водорода.

На пути практического п~рименения гидридного хранения водорода есть еще много иере. шенных задач, однако этот путь, подробно рассматриваемый в книге, представляется достаточно перспективным. В последнее время предложены новые методы хранения водорода — в инкапсулированном и химически связанном состояниях (жидкие гидриды). Их технические н экономические преимущества и недостатки еще не выявлены полностью — этн методы только начали изучаться, однако пе~рвые обнадеживающие результаты уже имеются.

Эти новые методы также описаны в книге. Наконец, говоря о водородной энергетике, следует сказать о том, как и для чего применяется водород сейчас н будет применяться в перспективе. Сегодня мировое производство водорода превышает 40 млн. т в год, Из них 70'4 используется в химической промышленности для производства аммиака, метанола, капролактама и других продуктов, около 257а — в процессах нефтепереработки и нефтехимии и 5 — 670 — в металлургии, пищевой и других отраслях промышленности. Если предположить, что структура потребления останется прежней, то прогнозируется рост производства водорода к 2000 г, до 80 †1 млн, т и более. Однако в этой структуре потребления н в этом прогнозе нет новых статей, которые связаны с описанными выше концепциями водородной энергетики.

Вопрос состоит в том, в какой мере и в какие сроки они будут реализовываться. По-видимому, новые области гарименення водорода будут прежде всего связаны с энерготехнологическими комплексами — энергохнмнческими, энергометаллургическимн и т. п. Расчеты показывают, что уже при сегодняшней коньюнктуре ядерно-технологические водородные комплексы экономически более выгодны, чем традиционные. Приэтом экономический эффект оказывается наибольшим, если од.

повременно решаются как энергетические, так и технологические задачи. Перспективы таких комплексов во многом определяются успехом в освоении высокотемпературных ядерных реакторов, которые сегодня интенсивно разраба- 14 тываются. Но и комплексы, в которых водород получается ктролизом в часы провала электрической нагрузки, оказываются экономически оправданными. .акой ко. позволяет иметь в энергосистеме только обычные АЭС, б тающие на базовую нагрузку, а переменность прафика потребления электроэнергии удовлетворять, направляя быточную электроэнергию на электролнз воды.

При этом ля неп ерывной работы технологической части комплекса, использующей электролитический водород, д л р усматриваться промежуточное хранилище водорода достаточной вместимости. с мн новой Наряду с энерготехнологическими комплексами ново областью п~рименения водорода или производных на его о ове явятся транспортные установки. Уже сегодня нахосн аздятся в опытной эксплуатацпи десятки автомобилей р о о нли ных типов, использующих в качестве топлива вод р д работающих на смесях водорода с обычными топливами. П и этом решаются как вопросы собственно водородного двигателя, так и вопросы хранения водорода н ри о. биле.

тся Определенный научный и технологический задел имее в использовании водорода в авиации. В частности, фирма «Локхид» (США) еще на 1 Международной конференции по водородной энергетике докладывала об экспериментах с и л спользованием водорода в самолетных двигателях. Таким образом, уже сегодня проводятся научно- с -и следовательские и опытно-конструкторские работы, сооружаются установки и устройства, изучаются, отрабатываются и осваиваются различные процессы, характерные для водородной энергетики и энерготехнологии. Это делает выход в сает данной книги весьма своевреенным. Мы надеемся, что книга привлечет внимание шименным. ы рокого гх ого круга ученых н инженеров к проблемам водор дной энергетики, а это в свою очередь даст новый толчок развитию соответствующих работ.

Акад. Ан СССР В. А; Легасов Глава первая сти применения водорода и источники энергии для его производства В настоящее время человечество затрачивает большое количество первичных источников энергии в качестве топ-' лива для производства электроэнергии, для технологических, бытовых и транспортных нужд, а также для нужд химии, нефтехимии и других отраслей промышленности. Большук) часть природных органических топлив мы используем непосредственно, сжигая их в стационарных и транспортных установках.

При этом около 20 — 25$ исход ных энергоресурсов используется для производства элекпроэнергии (предполагается, что эта цифра в будущем возрастет). По мере исчерпания и удорожания природных жидких и газообразных топлив их место в балансе первичных источников энергии будут занимать уголь и ядерная энергия, вначале иа основе реакции деления, а в более отдаленной перспективе~и синтеза. Трудно предположить, чтобы ядерное топливо и уголь могли быть непосредственно использованы во всех тех случаях, где мы сегодня используем органическое топливо, Таким образом, возникает вопрос как о заменителях газообразных и жидких топлив, используемых как химическое сырье, так и о посредниках — энергоносителях, которые, могли бы удобным образом пе1редать энергию от ядерного топлива и угля многочисленным и разнохарактерным потребителям.