1598005503-634bb8193a0a063d19abf81fb6d27ecd (811219), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Как это часто бывает с новыми научно-техническими направлениями, развитие водородной энергетики проходит негладко. Первоначальный повсеместный энтузиазм и представления о том, что в ближайшем будущем наступит «водородная эра», сменились здоровым скептицизмом, что 7 знаменовало собой постановку во многих странах мира серьезных исследований, призванных определить реальные возможности и перспективы водородной энергетики в энергетической системе мира и отдельных его регионах в ближайшем и более отдаленном будущем.
Водородная энергетика с самого зарождения представляла собой пример плодотворного международного сотрудничества. Проблемы энергетики по самой своей сути интернациональны, и поэтому неудивительно, что по ним, как и по многим другим энергетическим проблемам, сложилась международная система обмена информацией. Основой ее являются регулярные собираемые Ме.кдународной ассоциацией водородной энергетики раз в 2 года международные конференции, Последняя, Ъ' конференция состоялась в 1984 г. в Канаде.
В Советском Союзе работы в этой области координирует Комиссия Академии наук СССР по водородной энергетике. Как уже отмечалось, в перспективе проблемы водородной энергетики связываются с получением водорода из воды за счет затрат ядернои энергии. Разложение воды на водород и кислорол требует значительного количества энергии, которая может быть сообщена в различных формах. П~ри использовании в качестве первичного источника ядерной энергии разложение воды можно осуществить путем радиолиза, воздействуя на молекулу воды тем или иным корпускулярным или электромагнитным излучением, непосредственно сопутствующим ялерной реакции, Этот путь на сегодня представляется мало экономичным и, повидимому, и в перспективе окажется лишь вспомогательным.
Можно использовать для разложения воды и преобразованную энергию — электрическую в процессах электролиза или плазмохимических и тепловую в термохимических процессах. Преобразование ядерной энергии деления в электрическую — это сегодня хорошо освоенный п~роцесс. Электроэнергия, производимая на АЭС, успешно конкурирует с электроэнергией, полученной на тепловых электростанциях, использующг|х органическое топливо. Однако ясно, что стоимость водорода, полученного этим путем, окажется сегодня выше, чем стоимость органического топлива, что ставит под сомнение целесообразность использования тако.
го волорода для сжигания как заменителя органического топлива. 6 С другой стороны, в перспективе водород, получаемый электролизом, может оказаться дешевле, чем водород, по. лучаемый из природных органических топлив, в связи с ростом цен на природные топлива. Положение может оказаться еще более благополучным, если на производство водорода нап~равлять так называ. емую «провальную» электроэнергию, о чем подробно ска.
вано в книге. Что касается термохимических процессов разложения воды с использованием ядерных источников тепла, то онн, во всяком случае для рассматриваемых сегодня реакций, требуют температур не ниже 1000 — 1300 К. В настоящее время такие высокотемпературные ядерные реакторы существуют только как опытные и на пути их промышленного внедрения есть еще много нерешенных вопросов. Кроме того, экономические преимущества термохимических процессов не столь очевидны.
Интересной представляется возможность получения водорода из воды при использовании в качестве первичного источника энергии богатых запасов угля. Однако уголь непосредственно могут использовать далеко не все потребители. Метод разложения воды с помощью угля по существу является термохимическим. За счет добавления к реагирующей системе некоторого количества кислорода можно создать такие условия автотермической реакции, когда продуктом окажется практически чистый синтез-газ— смесь водорода и окиси углерода. Последняя может быть также превращена в водород за счет слабо экзотермической реакции с водяным паром, п|ротекающей при невысоких температурах. Процессы получения синтез-газа с помощью угля сегодня отработаны в промышленном масштабе, однако применительно к задачам водородной энергетики их экономика пока неудовлетворительна.
Наконец, в качестве первичного источника энергии для получения водорода из воды часто называют солнечную энергию. В качестве промежуточной формы чаще всего называют электрическую энергию, хотя возможно и прямое разложение воды с помощью фотолиза. Сочетание солнечной энергии с получением водорода представляется достаточно заманчивым в связи с тем, что водород при этом может служить аккумулятором энергии, сглаживающим неравномерность поступления солнечной радиации.
Такие схемы, в частности, представляют интерес для сравнительно мелких автономных потребителей, когда солнечно-водо- родный комплекс может полностью удовлетйарить разнбобразные потребности в энергии и энергоносителе. К сожалению, и здесь экономика является пока причиной, сдерживающей практическое внедрение подобных комплексов. Вообще возможность получения достаточно дешевого водорода — ключевой вопрос для развития водородной энергетики. Поэтому технико-зкономический анализ тех или иных конкретных процессов получения водорода должен предшествовать цринятию решения о его внедрении.
Конечно, в первую очередь в этом случае следует сопоставить приведенные затраты на получение водорода с приведенными затратами на получение замещаемого им энергоносителя. Однако в некоторых случаях одного этого сопоставления недостаточно, ибо водород не тождествен замещаемому энергоносителю и его применение может дать дополнительные преимущества, которые также должны быть дополнительно оценены. Так, например, применение водорода в качестве авиационного топлива вместо керосина позволяет п~ри той же взлетной массе самолета повысить дальность его полета или при той же дальности увеличить полезную нагрузку. Для ряда приложений существенно также, что водородный самолет можег летать с большими сверхзвуковыми скоростями, Поэтому, несмотря на то что при сегодняшней конъюнктуре водород практически во всех случаях оказывается дороже замещаемых им энергоносителей, уже сейчас есть области применения, где несмот1ря на это целесообразно начинать его использовать.
В настоящее время во многих отраслях химической промышленности и нефтепереработке, потребляющих природные жидкие и газообразные топлива, в цикле производства конечных продуктов (аммиака, метанола и др.) в качестве промежуточного реагента используется водород, получаемый из природных топлив. В перспективе для э[щргообеспечения этих отраслей могут быть использованы ядерная энергия и уголь, а водород может быть получен из воды в электрохимических, термохимических, плазмохимических и других процессах. Применение таких энерготехнологических схем позволяет вытеснить природныеоргаиические топлива из эноргоемких производств.
В этом случае стоимость самого водорода как промежуточного продукта не имеет столь определяющего значения, и целесообразность реализации таких схем производства определяется изменением затрат на конечную продукцию при 1О замещении органических энергоресурсов ядерной энергией и углем. Поскольку дешевые органические энергоресурсы ограничены н в перспективе природный газ и нефть будут дорожать быстрее, чем ядерное ~опливо и уголь,следует ожидать, что создание таких крупномасштабных химических производств будет экономически оправданным в достаточно близкой перспективе.
Принимая во внимание, что для становления всякой новой технологии необходимы десятилетия, ~развертывание исследовательских работ во всех областях водородной энергетики представляется необходимым уже сейчас. Именно это обстоятельство, а также то, что проблемы водородной энергетики затрагивают интересы специалистов самых разных областей науки и техники, определило целесообоазность издания этой книги.
Предлагаемая читателю книга представляет собой по существу введение в проблему. В ее основу положены проанализированные и критически отобранные оригинальные статьи, доклады на конференциях, результаты собственных исследований авторов. Разумеется, личные устремления авторов наложили определенный отпечаток на отбор материалов, на относительный объем отдельных глав и параграфов, расставляемые акценты. Но тем не менее книга дает достаточно объективное представление о сегодняшнем состоянии проблемы, о работах, ведущихся в основных направлениях, н о перспективах. Наибольшее внимание в кнпге уделено п~роблеме получения водорода.
Поскольку, как уже говорилось, в основе водородной энергетики лежит получение водорода путем разложения воды, собственно анализу существующих методов предпослано общее термодннамическое рассмотрение этого процесса. Такой подход позволяет подвести под казалось бы различные методы единую теоретическую базу.
Сегодня практически весь водород, потребляемый промышленностью, гзроизводят путем конверсии природного газа или путем переработки другого углеводородного сырья. В чистом виде этот путь лежит в стороне от основных задач водородной энергетики, поскольку он не ведет к зкономии углеводородного сырья. Однако если теплоту, необходимую для конверсии илн пнролиза, вводить не за счет сжигания части того же сырья, как это делается теперь, а за счет ядерной энергии нли за счет сжигания угля, то такая технология также приведет к желаемой экономии углеводородного сырья.
Поэтому для лучшего понимания этих процессов в книге кратко рассмотрены и 11 методы получения водорода из природного углеводородного сырья. Получение водорода из воды рассматривается в книге в четырех главах, каждая из коттхрых посвящена одному нз возможных методов разложения воды — электрохимическому, термохимическому, с помощью угля и некоторым другим.
В этих главах рассмотрены принципиальные основы соответствующих методов, наиболее типичные техно. логические схемы, оценено энергетическое совершенство и определены техннко-экономические показатели. Отмечены также недостатки и нерешенные проблемы, на которых следует сосредоточить внимание в исследованиях ближайшего будущего. Еще несколько лет назад в большом числе публикаций в качестве наиболее эффективного метода разложения рассматривался термохимический метод, основанный на так называемых термохимических циклах.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
