Водородные технологии (Часть 2)

Выражение «спрос рождает предложение» в отношении водорода как топлива пока недостаточно справедливо. В настоящее время предложения есть, а спрос только формируется. Торможение вызвано исключительно высокой стоимостью всего комплекса работ: получения, хранения, транспортирования и применения (в плане устройств и оборудования) водорода.

Развивающиеся области применения

О водородных электростанциях речь пока не идет. В первую очередь продолжают развиваться те направления, где уже есть определенный «задел». К таким, на сегодняшний день, можно отнести два направления:

• в энергетике – использование незадействованных мощностей солнечных и ветряных генераторов для получения водорода (в том числе, электролизом) при максимальной генерации в периоды «простоя». Например, на некоторых российских АЭС уже сейчас есть установки для получения и емкости для хранения водорода, правда, предназначен он не для применения «на месте», а для реализации потребителю;
• применение топливных водородных элементов для движения транспортных средств.

Рассмотрим эти направления более подробно.

Водород как «побочный» продукт от выработки электричества

Предположим, отдельно взятый населенный пункт, не включенный в общую энергосистему, обеспечивается электричеством либо от системы ветряков, либо (в безветрие) от дизельной электростанции с ее не особо ароматными выхлопами. Чтобы «лишнюю», выработанную в периоды вращения лопастей с максимальной скоростью и не востребованную энергию, не «пускать на ветер», обычно предусматривают аккумулирующие устройства, но их емкости, как правило, недостаточно для полноценного обеспечения электроэнергией заданного объекта. Опять же, без дизельных, бензиновых или газовых генераторов (в качестве аварийных или резервных) не обойтись.

Если вместо аккумуляторной батареи подключить устройство электролиза (вода везде найдется) и собирать водород (чистейший, «зеленый») в специальные емкости, то, при наличии установки на водородных топливных элементах, в периоды безветрия можно получить электроэнергии, как минимум, процентов на 30 больше, чем при хранении ее в аккумуляторе. Может быть, даже удастся обойтись без дизельных генераторов.

Основная проблема в описанной ситуации – стоимость необходимого оборудования для реализации подобного процесса, в особенности элементов, отвечающих за то, чтобы водород отдавал электричество.

Принципиальная схема получения электроэнергии из водорода приведена на рисунке:

Чтобы не углубляться в физико-химические процессы, происходящие в топливном элементе (фактически, электрогенераторе), заметим, что между катодом и анодом происходит перемещение электронов, то есть, есть ток.

На схеме все просто и понятно, задача устройства: разделить атом водорода на протон и электрон и отправить каждого из них по своему пути. Именно эти устройства, называемые топливными элементами, пока стоят в разы (десятки раз) дороже, чем аккумуляторы сопоставимой мощности. Основная ценовая нагрузка ложится на протонообменную мембрану (расчеты, материалы, изготовление).

Водород на транспорте

Сейчас никого не удивляет автомобиль, работающий от аккумулятора. Почему же нельзя использовать не батарею, а топливный элемент на водороде? Принцип ведь похож. Действительно, автомобили на водороде уже есть, и даже поезда (правда, пока не в России).

Схематическая установка водородных топливных элементов на автомобиле (в данном изображении использована Нива):

Здесь топливный элемент обозначен как электрохимический генератор, что не меняет сути.

Быть или не быть водородной энергетике?

Разумеется, о создании водородных электростанций говорить рано, но работа в этом направлении ведется, по крайней мере, в России.

Получать водород и из воды, и в результате переработки газа мы научились. Знаем, как хранить и транспортировать. Остается решить проблемы с реализацией получаемого топлива: пока внешний рынок, который (на словах) за зеленую энергетику, будет раздумывать, можно развивать внутренний.

Разве нам не нужно топливо, никогда не заканчивающееся и не наносящее вреда живой природе Земли?