Водородная энергетика

Водород.

 Представляю вашему вниманию информацию в вопросах - ответах по теме водородная энергетика.  Водородная энергетика получила сегодня огромное развитие в мире, в частности в США.  Для развития этой темы в США создана водородная ассоциация. Многие ответы на вопросы почерпнули с предоставленными их стороной  источниками. 

 Тема развития альтернативной энергетики ООО "Деалан Энерго" тесно переплетается с этим направлением. С помощью ветро, гидро аппаратов ООО "Деалан Энерго" можно получать относительно дешевый водород и давать его на рынок водородной энергетики.

Что такое водородная экономика?

  Если водород и кислород относятся к воспламеняющимся веществам, то почему не горит вода?

Почему водород используется как топливо?

  Что говорит сравнение водорода с другими видами топлива, такими как бензин и дизельное топливо?

  Если мы будем использовать водород для всех наших энергетических потребностей, не истощим ли мы кислород?

  Если водород получают из воды, то почему мы не можем заправлять наши машины водой?

Как производится водород?

  Как электролизер производит водород из воды?

Сколько нужно воды, чтобы произвести водород?

Сколько нужно энергии, чтобы произвести водород путем электролиза воды?

Где я могу получить информацию об оборудовании для электролиза?

Какова стоимость водорода?

Сколько водорода производится каждый год?

Что такое фотоэлектрохимия

Есть ли в США сегодня водородные заправочные станции?

Смогу ли я когда-нибудь приобрести автомобиль на водородном топливе?

Будут ли самолеты в будущем использовать в качестве топлива жидкий водород?

Каким представляется будущее для водородного топлива?

Вопросы о топливных элементах.

  Каков возраст технологии топливных элементов?

Когда я смогу купить автомобиль с топливным элементом?

Что говорит сравнение автомобиля с топливным элементом и автомобиля на     аккумуляторах

Каково различие между автомобилями, работающими на бензине, и автомобилями с топливными элементами?

Какие топливные элементы будут использоваться в пассажирских автомобилях?

Вопросы о безопасности, нормах и стандартах

  Безопасен ли водород?

Был ли причиной взрыва Гинденбурга водород?

Похоже ли горение водорода на водородную бомбу?

  Водородные топливные элементы и двигатели являются такими же обычными, как бензиновые и дизельные двигатели конца 20 века – они приводят в действие наши машины, грузовики, автобусы и другие транспортные средства и вырабатывают энергию для наших домов, офисов и заводов.

  Компании США, которые в течение десятилетий вкладывали деньги в водородные технологии, теперь экспортируют коммерческие продукты и услуги по всему миру. А развивающиеся страны имеют доступ к чистым и экономичным энергетическим системам, основанным на водороде, для удовлетворения своих растущих потребностей в энергии.

  Существует много сложных проблем на пути к созданию водородной экономики. Это не то видение, которое может быть реализовано сегодня, в следующем месяце или в следующем году, но оно достижимо, и Министерство энергетики США вместе со своими партнерами работает над тем, чтобы это произошло.

Если водород и кислород относятся к воспламеняющимся веществам, то почему не горит вода?

  Если водород и кислород находятся в соответствующей смеси, то они горят, образуя воду. Чистый водород сам по себе и чистый кислород сам по себе не горят (водороду нужен окислитель, а кислороду нужен восстановитель). Вода (H2O) – это устойчивое химическое соединение, не обладающее характеристиками элементов, входящих в его состав (водород и кислород). Это относится к большинству химических соединений.

Почему водород используется как топливо?

  Водород имеет самое высокое энергосодержание на единицу веса из всех известных видов топлива – 52000 Британских тепловых единиц/фунт (120.7 кдж/г). Процесс горения является чистым. Единственные побочные продукты горения водорода с кислородом – тепло и вода. При горении с воздухом, содержащим около 68% азота, формируются окислы азота.

Что говорит сравнение водорода с другими видами топлива, такими как бензин и дизельное топливо?

• Водород может совершенно не загрязнять среду ((в процессе реакции образуется вода)
• Водород может быть экономически конкурентоспособным с бензином или дизельным топливом
• Водород может быть таким же безопасным как бензин, дизельное топливо или природный газ.
• Водород может помочь предотвратить истощение запасов полезных ископаемых.
• Водород может производиться в любой стране из разнообразных источников энергии.

Если мы будем использовать водород для всех наших энергетических потребностей, не истощим ли мы кислород?

  Основным источником водорода является вода – при производстве водорода мы будем также производить кислород, который будет потребляться в том же соотношении, что и производится. Так что никакого истощения кислорода из атмосферы происходить не будет.

Если водород получают из воды, то почему мы не можем заправлять наши машины водой?

  Топливо по своему характеру является реактивным, а вода не слишком реактивна. Нам нужен водород или какая-та другая реактивная топливная смесь, как бензин или природный газ, для эффективного извлечения энергии.

Как производится водород?

  В США водород в основном производится путем паровой конверсии природного газа, в настоящее время этот способ производства водорода является наиболее эффективным с точки зрения стоимости. Но есть много других способов производства водорода, включая электролиз.

Как электролизер производит водород из воды?

  Электролизер использует электрический ток, чтобы разделить воду на составляющие – водород и кислород. Электрический ток подводится к катоду, отрицательно заряженному электроду, проходит через воду и выходит через анод, положительно заряженный электрод. Водород собирается на катоде, а кислород – на аноде.

Сколько нужно воды, чтобы произвести водород?

  Электролиз не требует большого количества воды. Водорода, извлекаемого из одного литра воды, используя водородный генератор, достаточно для поездки на такое же расстояние в автомобиле с водородным топливным элементом, как в автомобиле на одном литре бензина.

Источник: http://www.hydrogenappliances.com/Hydrogendata.html

Сколько нужно энергии, чтобы произвести водород путем электролиза воды?

  Энергия, необходимая для производства водорода путем электролиза (предполагая оптимальное напряжение1.23 В), составляет примерно 32.9 кВт час/кг.  Для 1 моля (2 г) водорода требуется энергии примерно 0.0660 кВт час/моль.

Поскольку Ватт – это напряжение х ток, это эквивалентно энергии х скорость х время. Энергия в данном случае – это напряжение, необходимое для расщепления воды на водород и кислород (1.23 В при 25o С). Скорость – это прохождение тока, оно непосредственно связано с тем, как быстро образуется водород.

  Время - это длительность реакции. Выходит, что напряжение и прохождение тока взаимосвязаны. Чтобы реакция расщепления воды шла с большей скоростью (производилось больше водорода за данное время), нужно приложить более высокое напряжение (аналогично нажатию на акселератор автомобиля; используется больше газа, чтобы автомобиль ехал быстрее).

  Для промышленных электролизных систем, работающих при плотности тока примерно при 1 а/см2 требуется напряжение 1.75 В. Это приводит к расходу энергии примерно в 46.8 кВт час/кг, что соответствует 70% энергетической эффективности.

  Понижение напряжения для электролиза, которое увеличит энергетическую эффективность процесса, является важной сферой для исследований.

Какова стоимость водорода?

  Основная часть водорода, производимого сегодня, потребляется на месте, например на нефтеочистительном заводе, а не продается на рынке. При крупномасштабном производстве водород стоит 0.32 доллара/фунт (0.7 доллара/кг), если он потребляется на месте.

  Когда водород продается на рынке, к стоимости производства должна добавляться стоимость сжижения водорода и транспортировки к потребителю. Это может увеличить продажную цену поставляемого жидкого водорода до 1.00-1.40 доллара/фунт (2.2 – 3.1 доллара/кг).

  Некоторые пользователи, которым требуется относительно небольшое количество очень чистого водорода (например, в сфере электроники), могут использовать электролизеры для производства очень чистого водорода в своих помещениях.

  Стоимость этого водорода, которая зависит от стоимости электроэнергии, используемой для расщепления воды, обычно составляет 1.00-2.00 доллара/фунт(2.2 –4.4 доллара/кг).

  На режимном предприятии в Московской области затраты на производство газообразного водорода высокой степени чистоты (содержание примесей не более 10-2% - марка А1 или 10-5% - марка А2) по старой технологии составляет от 200 до 300 руб/кг (в зависимости от объема производства в пределах от 50 до 800 тонн в год), стоимость жидкого водорода соответственно в пределах от 400 до 604 руб/кг ( 13 – 20 долларов/кг).

Сколько водорода производится каждый год?

Текущие цифры мирового производства водорода (без России) таковы:

Что такое фотоэлектрохимия?

  Фотоэлектрохимия – это изучение контакта полупроводников с жидким раствором. Свет, попадающий на полупроводник, может инициировать химическую реакцию со специальным раствором.

  В отношении солнечной энергии интерес к фотоэлектрохимии вытекает из того факта, что эта система может расщеплять воду на водород и кислород. Водород может затем использоваться в топливном элементе, чтобы генерировать чистую электроэнергию или служить топливом для транспортного средства.

Есть ли в США сегодня водородные заправочные станции?

  Да. Сейчас есть заправочные станции SunLine Transit Agency вблизи Палм-Спрингс, Калифорния; California Fuel Cell Partnership в Сакраменто, Калифорния и City of Las Vegas, Невада, в столице США - Вашингтоне. В следующие 2-3 года планируется открыть еще несколько водородных заправочных станций на территории США. Есть водородные заправки и в Европе (в Германии, в Исландии).

Можно ли когда-нибудь приобрести автомобиль на водородном топливе?

  Все основные производители автомобилей разрабатывают автомобили с топливными элементами, хотя некоторые сосредотачиваются на других видах топлива с бортовой системой преобразования вместо водорода.

  Существующие машины могут быть переделаны, чтобы работать на водороде, и несколько крупных автомобильных компаний (включая BMW, Ford, GM, Daimler/Chrysler, Honda и другие) либо имеют демонстрационные автомобили на водородном топливе, либо собираются выпускать их в ближайшие несколько лет.

  Успешное развитие усовершенствованных систем водородного хранения ускорит введение действительно чистых транспортных средств с топливными элементами. На выставке в Лас Вегасе в 2002 году желающие могли прокатиться на автомобиле Honda, заправленным жидким водородом. Автобусы на водороде работают на некоторых линиях в Бельгии.

Будут ли самолеты в будущем использовать в качестве топлива жидкий водород?

  Ряд стран заинтересован в использовании водорода в качестве топлива для самолетов. В России несколько лет назад был разработан и испытан самолет( ТУ-204), использующий в качестве топлива жидкий водород.

  НАСА сейчас изучает возможность использования водорода в качестве авиационного топлива. Водород, скорее всего, будет жидким, хотя проводились некоторые исследования так называемого "вязкого водорода", являющегося комбинацией жидкого и твердого водорода. "Вязкий" водород имеет более низкую температуру и более высокую плотность, чем жидкий водород.

Каким представляется будущее для водородного топлива?

  Конечная цель – производить эффективный, с точки зрения стоимости, водород из возобновляемых источников энергии и сделать его доступным для широкого применения в качестве чистого энергоносителя и топлива. Чтобы достичь этого, ученые должны разрабатывать передовые технологии безопасного производства, хранения, транспортировки, использования и обнаружения водорода.

  Дополнительную общую информацию можно найти в......

Вопросы о топливных элементах

  Каков возраст технологии топливных элементов?

  Технология топливных элементов появилась более 150 лет назад. Сэр Уильям Гров продемонстрировал первый топливный элемент в 1839 г. Гров использовал платиновые электроды и в качестве электролитического раствора серную кислоту.

  Уильям Уайт Джекс позднее заменил ее на фосфорную кислоту и ввел в обращение термин "топливный элемент".

  Серьезные исследования топливных элементов, проводившиеся в Германии в 20-х годах 20 века, заложили основу для последующей разработки топливных элементов на твердых окислах и карбонатного цикла.

  В 1960-х гг. НАСА начала использовать щелочные топливные элементы, чтобы обеспечивать бортовую электроэнергию для космических кораблей. Фирма MicroGen (США) объявила о создании бытовой системы на топливных элементах мощностью 7.5 (15) кВт, работающую на природном газе или водороде.

  В Германии, Австралии, США имеется ряд фирм, предлагающих коммерческие топливные элементы небольшой мощности.  Промышленная система на топливных элементах мощностью 200 кВт установлена и работает несколько лет в одном из госпиталей Нью Йорка.

Когда можно будет  купить автомобиль с топливным элементом?

  Специалисты и лидеры автомобильной индустрии расходятся в своих оценках того, когда транспортные средства с топливными элементами будут доступны потребителю.

  Некоторые считают, что это произойдет в пределах нескольких лет, тогда как другие полагают, что на это может потребоваться десятилетие или больше.

  Ряд производителей разработал автомобили с топливными элементами, и некоторые сейчас испытывают их в малых демонстрационных парках. В настоящее время основным препятствием к использованию топливных элементов в транспортных средствах являются вопросы водородного хранения и стоимости компонентов.

Что говорит сравнение автомобиля с топливным элементом и автомобиля на аккумуляторах?

  Транспортные средства с топливными элементами и на аккумуляторах приводятся в движение электродвигателем. Поэтому они могут быть сконструированы со сходными эксплуатационными характеристиками.

  Основным различием этих видов автомобилей является источник электроэнергии. Автомобили на аккумуляторах приводятся в действие электроэнергией, накопленной в аккумуляторах. Поскольку аккумуляторы просто хранят энергию, а не вырабатывают ее, их нужно регулярно перезаряжать.

  Топливные элементы, с другой стороны, вырабатывают электроэнергию из водорода или какого-то другого топлива. Как и автомобилям на бензине, автомобилям с топливными элементами нужно заправляться – заправка обычно занимает гораздо меньше времени, чем перезарядка.

  Автомобили с топливными элементами обычно проходят до заправки большее расстояние из-за ограничений, существующих в конструкциях аккумуляторов.

  Однако и той и другой технологии нужно улучшать показатель дальности, чтобы конкурировать с транспортными средствами, работающими на бензине или дизельном топливе.

Каково различие между автомобилями, работающими на бензине, и автомобилями с топливными элементами?

  Автомобили с топливными элементами отличаются от традиционных автомобилей, работающих на бензине и дизельном топливе, в нескольких вопросах.

  Автомобили с топливными элементами приводятся в действие электродвигателем, а не двигателем внутреннего сгорания. Электродвигатель снабжается электроэнергией, вырабатываемой топливным элементом.

  У автомобилей с топливными элементами более хорошая энергоотдача и меньший выброс парниковых газов и загрязняющих веществ, чем у автомобилей, работающих на традиционном топливе.

  В дополнение к этим преимущества, автомобили с топливными элементами более бесшумны при езде и могут обеспечивать больше электроэнергии для электрических аксессуаров, таких как бортовая навигационная система и система управления.

  Автомобили на бензине сейчас имеют преимущество в дальности. Большинство автомобилей, работающих на бензине, может пройти 300-400 миль до заправки, тогда как у большинства современных автомобилей с топливными элементами этот показатель составляет только 250 миль. Однако ученые разрабатывают технологии, которые позволят автомобилям с топливными элементами улучшить показатель дальности.

Какие топливные элементы будут использоваться в пассажирских автомобилях?

  Сейчас в пассажирских автомобилях используется ПЭМ (полимерная электролитная мембрана) технология топливного элемента. ПЭМ топливные элементы имеют большую удельную мощность, поэтому они могут быть меньше, легче и занимать меньше пространства, чем топливные элементы, созданные по другой технологии.

  Кроме того, ПЭМ топливные элементы работают при низкой температуре, быстро запускаются, очень чувствительны к изменениям потребности в энергии и менее чувствительны к ориентации, чем некоторые другие топливные элементы. Все эти особенности делают ПЭМ топливные элементы хорошим выбором для транспортного применения.

  Другие топливные элементы, которые могут использоваться для транспортных средств, включают топливные элементы на фосфорной кислоте и метаноловые топливные элементы.

  Топливные элементы на фосфорной кислоте обычно больше ПЭМ топливных элементов и требуют более длительного времени запуска, поэтому они разрабатываются для городских автобусов и трейлеров. Метаноловые топливные элементы представляют собой относительно новую технологию, которая может использоваться в пассажирских автомобилях и других транспортных средствах.

Вопросы о безопасности, нормах и стандартах, безопасен ли водород?

  Большинство видов топлива имеет высокое энергосодержание, и с ними нужно правильно обращаться в целях безопасности. Водород не является исключением.

  В целом водород не более и не менее опасен, чем бензин, пропан или метан. Как и в случае любого топлива безопасное обращение зависит от знания конкретных физических, химических и тепловых свойств и учета безопасных способов приспособления к этим свойствам. Водород, с которым обращаются, обладая таким знанием, является безопасным топливом.

  Водород безопасно производился, хранился, транспортировался и использовался в больших объемах в промышленности, используя стандартную практику, установившуюся в последние 50 лет. Эта практика может быть распространена на непромышленное использование водорода, чтобы достичь такого же уровня безопасности.

Был ли причиной взрыва "Гинденбурга" водород?

  Нет. Недавнее изучение катастрофы показывает, что в этом повинна краска, использованная для оболочки дирижабля, которая содержала такие же компоненты, как ракетное топливо. Во время швартовки дирижабля в 1937 году электрический разряд воспламенил оболочку и пламя перекинулось на поверхность дирижабля.

  35 из 37 жертв погибли из-за прыжка или падения на землю. Только двое умерли от ожогов, и те были вызваны горящей обшивкой и дизельным топливом. Водород сгорел быстро, вверху и вдали от людей. Более подробную информацию можно найти в .......

Похоже ли горение водорода на водородную бомбу?

  Нет. Горение водорода, как горение бензина, природного газа или свечи, представляет собой химическую реакцию, что означает, что смещаются только электроны и образуются новые соединения, например вода, но основные атомы остаются теми же.

  В ядерной реакции ядра водорода сталкиваются и сливаются в ядро гелия, высвобождая огромное количество энергии. Поскольку ядра водорода имеют положительный заряд, они взаимно отталкиваются.

  Чтобы ядра водорода сблизились и могло произойти слияние, водород должен быть нагрет до фантастических температур (обычно сотни миллионов градусов).

 Это нагревание осуществляется бомбой с делящимся веществом – ураном или плутонием. Когда такая бомба взрывается, образующегося тепла достаточно для детонации водородной бомбы.. .