Водень, як альтернатива

У зв’язку з виснаженням запасів вуглеводневої сировини в усьому світі йде пошук альтернативних джерел енергії. На сьогоднішній день є актуальним переведення двигунів внутрішнього згоряння на водневе або бензино-водневе композиційне паливо. При цьому в багатьох країнах світу займаються розробкою технологій у цьому напрямку. Величезна увага розвитку водневої енергетики спостерігалося ще в середині 70-х років минулого століття, але сьогодні це питання стоїть більш гостро. Переваги водню як палива пов’язані не тільки з тим, що при його згорянні утворюється екологічно чистий водяний пар. Він володіє великим запасом енергії: при згорянні однієї тонни водню виділяється стільки ж тепла, стільки при згорянні 3,5 тонни органічного палива. Крім того, на відміну від вуглеводневого, він здатний до окислення при низьких температурах з прямим перетворенням хімічної енергії в електричну, що може виявитися вирішальним аргументом для його застосування в енергетиці. Пристрої, що дозволяють реалізувати цю унікальну особливість, так звані паливні елементи або електрохімічні генератори енергії, характеризуються дуже високим коефіцієнтом корисної дії – 70-80 відсотків, тобто в 2-2,5 рази перевищують ККД теплових двигунів.

При цьому треба мати на увазі, що водню у вільному стані на Землі немає, і для його отримання необхідно доступна хімічна сировина і первинні джерела енергії. Інакше кажучи, водень – це не паливо, а енергоносій.

За останні 20 років виробництво водню в світі значно зросло і вже до 2002-2004 років досягло 80 мільйонів тонн на рік. За прогнозами, до 2012 року відбудеться подальше зростання його виробництва, що забезпечує розвиток хімічної промисловості до 90-95 мільйонів щорічно, а за деякими оцінками – до 100 мільйонів тонн.

Існують два основних промислових методу його одержання. Один з них – екологічно чистий, заснований на електролізі або електрохімічному розкладанні води або водяної пари. У цьому випадку первинним джерелом енергії є генератор електричного струму. Перевага електролізного водню в тому, що методи його додаткового очищення економічні і прості в технологічному відношенні. Саме тому електролізний водень використовується для отримання чистого і високочистого водню.

Разом з тим самим перспективним і з точки зору екології та економіки буде отримання водню електролізом води, тобто її розкладанням під впливом електричного струму. Одним з перешкод для широкомасштабного використання електролітичного методу до сьогоднішнього дня було велике споживання електричного струму. Але застосування поновлюваних і екологічно чистих методів отримання електричної енергії, яка буде використовуватися для електролізу води, – це дійсно екологічно чиста комплексна технологія.

Якщо ми перейдемо на водневу енергетику, то деякі шкідливі викиди значно знизяться, а деяких (SO2 і твердих частинок) взагалі не буде.

Слід зазначити, що в загальному обсязі виробництва водню питома вага електрохімічних методів досі не перевищує 2-4 відсотків, хоча в деяких країнах, наприклад, в Канаді, Норвегії, США він істотно вище. Перспектива розвитку цих методів багато в чому залежить від наявності дешевої електроенергії. В якості універсального джерела дешевої електроенергії розглядалися до сих пір тільки АЕС і ГЕС.

Однак завдяки розвитку науки в даний час у цій ролі затверджуються поновлювані джерела енергії – в основному, сонячна енергетика. Додаткові можливості зниження вартості електролізного водню пов’язані з вдосконаленням методів електролізу води (водяної пари).

Завдання вчених і фахівців у розвитку водневої енергетики складаються в пошуку нових перспективних матеріалів, дослідженнях з ефективного застосування екологічно чистих технологій, спрямованих на отримання водню електролітичним способом із застосуванням поновлюваних джерел енергії.