“21 век ще е ерата на слънчево-водородната икономика”
Др. Людвиг Бъолков, Доц.Др Емил Минев
“Високата цена на водорода се изплаща от абсолютната му природна неутралност. Ако към днешните цени на петрола се прибавят цените за възстановяването на природата, то водорода вече е много по-евтина алтернатива”
Проф.Др.Инж. Валтер Пешка
История на водорода
Името си водорода носи от французина Lavoisier, който през 1787 наименува водорода “hydrogene” (Hydor – вода(гръц) и genes – създаващ). Водорода е молекула състояща се от два водородни атома. Обособява се като най-лекия и най-изобилният елемент във вселената, според сегашни сведения. Един килограм водород произвежда 33Кв/ч енергия – 3 пъти повече от бензина.
Първото техническо оползотворяване на водорода се осъществява на 1 декември 1783 година, когато французина Jacques Alexandre Cйsar Charles(1746 – 1823), който заедно със свой колега отлита в един пълен с водород балон. Балона се изкачил на височина от около 250 метра и изминал 43км. Тогава приятеля на Чарлз слязъл от балона и Чарлз отлетял докато достигнал височина от 2770 метра. Самият балон е бил направен от коприна, която от вътре е била импрегнирана с каучук.
В дискусията за глобалния енергиен проблем често водорода бива окачествяван като изкуствен и опасен заместител на конвенционалните въглеводороди, като в реалността опасността му не е по-висок градус от този на бензина, метана или пропан-бутана. Най-голямо внимание на водорода се обръща поради възможността за прилагане като енергоносител в автомобилите. Водорода също така бива прилаган често към ВЕИ(възобновяеми енергиини източници), което аз по-скоро смятам да отхвърля, тъй като ролята на водорода е да акумулира и предава енергия, не и да я генерира.
Положителните качества на водорода:
1. Суровината вода, от която се генерира е практически безкрайна
2. При изгарянето му се генерира само вода
3. Всеки ДВГ може да работи както само на водород, така и на “обогатена” смес от водород и редица въглеводороди вкл. Бензин, Метан, Газ, Метанол, Етанол, Био Дизел, Алкохол и т.н.
4. Водорода може да се акумулира сравнително безпроблемно под налягане; втечнен при ниска температура (-258); абсорбиран от металхидрати – което е най-ефикасното решение за “сега” -свръхефективната електролиза би позволила транспортирането на абсолютно безопасната и енергийно наситена суровината вода.
5. Поради малкото си тегло, тече до 3 пъти по-бързо в проводни мрежи отколкото метана.
6. Единца маса водород съдържа около 2,75 пъти повече енергия от еквивалентна единица бензин.
За производството на водорода има много методи, които се използват от науката и индустрията. Още повече методи са в експериментален стадий. Новите методи са резонансни честоти, импулсни променливи токове под високо напрежение, магнитни полета, вортексови движения и много други.
Засега водорода най-масово се добива от фосилни енергоносители, като те буквално биват “попарявани” под висока температура с водна пара, при което тежката въглеводородна молекула се оксидира и в процеса се отделя водород. Световното производство на водород през 2004 е било покрито до 40% от фосилни горива, като основен дял от този добив е остатъчният водород от ПВЦ индустрията и петролната индустрия.
Другите методи за добив на водород ще премина само на бързо, а ако имате повече инерес, ще намерите достатъчно информация в специализираната литература.
Добиване на Водород
Има цяла редица от методи за производство на водород с различни КПД, но основно границата в днешно време е между 50 и 70 % чрез електролиза и между 30 и 100% чрез други методи
- Електролиза
Електролизата в лабраторийте по света е дстигнала КПД от 70-75%. Целите са да се стигне до 90-95% посредством висока температура и налягане и ниска поляризация.
Високотемпературната електролиза на кратко представлява електролиза на водна пара при температура от 800-1000 градуса при която температура молекулната връзка става все по-лесно разрушима.
Цената на килограм произведен водород варира от 3-до 10 $ в зависимост от КПД и цена на системата.
- Плазма Генерация
При този метод, под температура от 1600 градуса и високоволтова дъга, тежки въглеводороди (въглища) биват разлагани на техните съставни елементи. Експерименталния стадий на този метод сочи най-високите (и признати) КПД от близо 100%.
- Пиролиза
Един от най-обещаващите методи се очертава обгазяването и пиролизата на биомаса, при което въглероден оксид и водни пари се конвертират във въглероден диоксид и водород. Този метод има голям шанс д асе наложи на пазара поради ниската си крайна цена от около 3$ на килограм водород.
- Термична дисоциация
За да се раздели водната молекула са нужни температури от порядъка на 3275градуса. Наскоро обаче редица учени успяха да свършат същото при значително по-ниски температури и усилия, чрез използване на слънчеви лъчи с висока плътност. Един от пионерите на световната сцена в тази насока е екипа на фондация “Слънчева енергетика” ръководен от Доц.Др. Емил Минев, които постигат невероятни резултати в улавяне на слънчевата радиация посредством френелови лещи. Също така учени от Фрауенхофер институт в Германия твърдят, че са постигнали много-обещаващи резултати, които много си приличат с тези на нашите учени. След кратко претърсване в нета разбрах, че между двете организации има кооперация.
През ноември 2006 учени от Университета от Минесота обявяват, че са постигнали изключителен каталитичен процес при който към Соево олио и Захарна вода се добавя кислород. При тази реакция се отделят въглероден оксид и водород, или т.нар. “Сингаз”, който лесно след това се преобразува в синтетичен бензин.
Биофотолизата, или бактериалното дисоцииране на водата, или използването на фотосинтеза, чийто водородо-образуващи ензими са активирани посредством слънчева радиация. За първи път генерирането на водород като страничен продукт от фотосинтеза е направено през 30-те години на 20-и век.
На световните енергиини форуми, на които водорода е все по-обсъждана тема се обсъждат следните варианти като най-вероятни за преминаването към водородната икономика:
За генерирането на водород ще служи/ат
-Енергия от атомни централи (както електрическа, така и топлинна)
-Енергия от студения ядрен синтез (може би след 50 години)
-Вятърна енергия
-Слънчева Енергия
-Геотермална енргия (както в Исландия, където има вече изградена водородна мрежа. Казва се, че това е първата икономика в света, която ще ползва като главен енергиен носител водорода)
–Термална енергия от океаните (посредством топлинни помпи и стирлинг двигатели)
Като най-вероятни начини да се съхранява и транспортира тази ценна суровина в бъдеще се предвиждат следните варианти:
-Под налягане от порядъка на 300-1000 бара в безшевни стоманени цилиндри, във въглеродни цилиндри(карбонни ги наричаме още) и т.н.
-Силно изстуден водород (-258), които е преминал в течна форма;
-Течни хибридни носители, както под формата на синтетични течни въглеводороди, като Метанол, Етанол, Бензин, Дизел(био дизел) и т.н.
-И за последно, но не на последно място метал-хибридите, които са потенциално най-вероятния изход в автомобилната индустрия, ако до тогава на някой от нас не му “текне” за свръхелектролизата и не я осъществи. Тогава всички предполагаеми варианти отпадат, както за водорододобива, така и за световната икономика като цяло.
Категорично не може да се каже от какво ще се призвежда водорода в бъдеще, и как ще го пренасяме. Може да се определи в определена точност, за даден район кои са най-вероятните варианти, обусловени от местните предпоставки за независими енергиини източници.
Ще продължим по-нататъка с темата електролиза в дълбочина, както сега започнах, с цел да се предотвратяват споровете и неясните неща в дискусията.
Поздрави колеги!
