Юрий Почанин - Водородное топливо. Производство, хранение, использование

Водородное топливо. Производство, хранение, использование
Название: Водородное топливо. Производство, хранение, использование
Автор:
Жанры: Прочая образовательная литература | Научно-популярная литература
Серии: Нет данных
ISBN: Нет данных
Год: 2023
О чем книга "Водородное топливо. Производство, хранение, использование"

В книге даны характеристики водорода и водородного топлива. Рассмотрены основные методы производства водорода, в том числе: паровая конверсия природного газа, обычная и плазменная газификация угля, термохимические циклы, основные способы электролиза, а также производство водорода с использованием ядерной энергетики и источников альтернативной энергетики. Описаны принципы работы различных топливных элементов. Дана характеристика промышленных способов очистки водорода. При хранении водорода дан анализ наземных и подземных хранилищ газа, баллонного хранения газообразного и жидкого водорода. Большое внимание уделено хранению водорода материалами, способными адсорбировать водород, и легкими композитными материалами, химически связывающие водород. Отдельная глава посвящена использованию водородного топлива на транспорте и энергетике. Рассмотрены вопросы безопасности водородных технологий. Дано краткое состояние работ по использованию водорода в термоядерном синтезе.

Бесплатно читать онлайн Водородное топливо. Производство, хранение, использование


Введение

Применение водорода в качестве топлива началось еще в XIX веке, когда французский изобретатель Франсуа Исаака де Риваз в 1806 году разработал самый первый в мире ДВС, потребляющий водородное топливо. Так бы водород и служил бы человечеству в качестве основного топлива, но в 1870 году в ДВС стали применять бензин, сведя на нет первые опыты с водородным топливом.

Возможности использования водорода в энергетических целях известны давно, и интерес к ним проявлялся не один раз: в 1970‐е годы – в связи с нефтяными кризисами, в 1990‐е и 2000‐е годы – в связи с ростом озабоченности изменением климата. Это стимулировало соответствующие исследования и разработки (с акцентом на транспорт), но масштабного практического внедрения водородных технологий не происходило. Ситуация стала меняться по мере того, как всё больше стран начали стремиться к устойчивому развитию в области энергетики, к переходу в углеродно-нейтральное состояние, к поддержке энергетического перехода как концепции без углеродной энергетики будущего, осознав, при этом, что только на путях использования возобновляемых источников энергии этой цели не добиться.

Мировая промышленность уже достаточно давно занимается производством водорода, который используется для выпуска пластмасс, мыла, аммиака. Чистый водород в настоящее время применяется в основном в следующих областях:

– микро- и наноэлектроника – для создания новых уникальных процессов и изделий;

– производство чистых материалов – вольфрама, молибдена, редкоземельных металлов, кремния, ультрадисперсных порошков (тугоплавких и редкоземельных металлов, карбидов, нитридов, боридов,) монокристаллов, обладающих уникальными магнитными и электрическими свойствами, в том числе анизотропией;

– восстановительная металлургия – светлый отжиг хромоникелиевых сталей, сплавов, содержащих титан и алюминий, кремнийсодержащих трансформаторных сталей, производство и спекание порошковых материалов и изделий, цветных металлов и сплавов т.д.;

– химическая промышленность – производство чистых продуктов, в том числе монометров, синтез-газа, синтетических топлив (метанол, диметиловый эфир) и др.;

– телекоммуникация и связь – автономные экологически чистые источники питания на топливных элементах;

– водородная экономика – экологически чистые и высокоэффективные транспорт и автономные энергетические установки.

Потребности в чистом водороде для различных приложений варьируются от нескольких десятков нм3/ч (для микро- и наноэлектроники) до десятков миллионов нм3/ч (для водородной экономики).

Всеми существующими и перспективными промышленными способами производится либо водород технической чистоты (95–99,8 об. %), либо газовые смеси, содержащие от 30 до 95 об. % водорода.

Широкое применение водород получил в ракетно-космической промышленности, являясь наиболее оптимальным компонентом топлива с точки зрения энергетических показателей. Передовые мировые державы постепенно переводят на водород крупные предприятия, объекты промышленности, транспортные средства. Огромнейшим интересом водород пользуется в компаниях по производству автомобилей, которые на ежегодных выставках все чаще и чаще демонстрируют свои автомобили на водородном топливе.

Водородная энергетика – развивающаяся отрасль, основанная на использовании водорода в качестве средства для аккумулирования, транспортировки и потребления энергии людьми, транспортной инфраструктурой и различными производственными направлениями.

На 2019 год в мире потребляется 65 млн тонн водорода, в основном в нефтепереработке и производстве аммиака. Из них более 3/4 производится из природного газа, для чего расходуется более 205 млрд м3 газа. Почти все остальное получают из угля. Около 0,1% (~100 тыс. тонн) вырабатывается электролизом. При производстве водорода в атмосферу поступает ~830 млн тонн CO2. Структура мирового производства водорода представлена на рис.В.1, а структура потребления водорода – на рис.В.2.

Водород стал важнейшей составляющей политики перехода в углеродно-нейтральное состояние всех стран, объявивших о таких целях, многие правительства принимают водородные стратегии, одну за другой.



Рис. В.1. Структура мирового производства водорода



Рис.В.2. Структура потребления водорода

В одном из сценариев интеграции водородных технологий в энергокомплекс США, рассматриваемых лабораториями Министерства энергетики этой страны, к середине века водород возьмет на себя роль второго после электроэнергии всеобщего энергоносителя. На рис.В.3. представлены изменения в диаграмме (источник Lawrence Livermore National Laboratory, DOE USA) знергопотоков в США в 2040 г. В случае интеграции водородных технологий, красным отмечены сузившиеся потоки, черным – расширяющиеся в квадриллионах BTU (1 квадриллион BTU = 25,21 млн. т.н.э). Более 90% энергии для производства водорода обеспечит электроэнергия, при этом потребность в первичной энергии угля, газа и нефти упадет на 73%, 34% и 18% соответственно, а доля ВИЭ (в первую очередь за счет ветра) возрастет в 4–5 раз.



Рис. В.3. Предполагаемая диаграмма энергопотоков в США в 2040 г.

Россия имеет большой опыт в области разработки и освоения водородных энергетических технологий. Еще в 30‐е годы прошлого столетия в Советском Союзе в МВТУ им Н. Э. Баумана велось исследование влияния добавок водорода к бензину для автомобильных двигателей. Широким фронтом исследования и разработки в области водорода и водородных технологий велись в 1970‐е годы в рамках государственной программы «Водородная энергетика». В рамках этой программы была разработана концепция водородной энергетики. В период реформирования экономики страны этот задел был в значительной степени утрачен, а потенциал ослаблен. Новый этап развития водородной энергетики начался в России лишь в 2000‐е годы, когда значение этой тематики получило признание государства. В 2003 г. создана некоммерческая Национальная ассоциация водородной энергетики (НАВЭ). Задача ассоциации – стимулирование развития и применения водородных технологий и использования водорода в качестве энергоносителя, а также развития индустрии топливных элементов. Первые результаты получены в 2006 году, когда состоялся первый автопробег водородных автомобилей, в ноябре 2019 года – испытания в Санкт-Петербурге водородного трамвая, в мае 2020 года – в Московской области появилась первая водородная заправка. Ведутся разработки по использованию водорода на АЭС как накопителя энергии. Сегодня водород в России – это промышленный газ, который создается и используется, как правило, непосредственно на местах его потребления, в основном, при производстве аммиака, метанола, в нефтепереработке и т.п. Общий выпуск водорода в России составляет около 5 млн т в год. Необходимость разработки водородных технологий, включая технологии производства, водородных систем, аккумулирования энергии и покрытия неравномерностей графика нагрузки на объекты генерации, технологий хранения и транспортировки водорода упоминается в ряде стратегических документов.


С этой книгой читают
В данной работе приведена классификация биопластиков, полученных из ископаемого и природного сырья. Рассмотрены механизмы биоразложения природных и синтетических биоразлагаемых полимеров. Рекомендованы пути создания композиционных материалов на основе природных полимеров: крахмала, целлюлозы, хитозана или белков, а также использование пластификаторов и различных добавок, в том числе оксибиоразлагаемых, ускоряющих их распад. Рассмотрены основные и
Рассмотрены основные источники биомассы для применения в энергетических целях, которые можно разделить на первичные и вторичные (отходы). Первичные источники – биомасса растущих деревьев, некоторых многолетних трав, водорослей. Из биомассы производится три типа первичного топлива:1. Твердое (уголь, торрефицированная биомасса (биоугль);2. Газообразное (биогаз (СН4, СО2), генераторный газ (СО, Н2, СН4, СО2), синтез-газ (СО, Н2), заменитель природно
В книге подробно в популярном виде рассмотрены основные конструктивные элементы промышленных роботов, а именно, механическая система, информационно-измерительная система, системы управления. Описаны принципы работы датчиков внешней информации, к которым относятся датчики технического зрения, силомоментные, локационные, тактильные, температуры и химические, датчиков внутренней информации роботов. к которым относятся датчики линейных, угловых перем
В книге рассмотрены интегрированные системы управления предприятиями, состоящие из АСУП, АСУТП и робототехнических комплексов. Рассмотрены 5 уровней управления этих систем. На верхнем уровне управления предприятием описаны системы, используемые концепции МRР – ЕRР. На рабочих местах специалистов используются автоматизированные рабочие места (АРМ) с описанием их видов обеспечения и технических возможностей. На уровне цеха используются системы MES
This book shows how the famous scientific problem called "Fermat Last theorem" (FLT) allows us to reveal the insolvency and incapacity of science, in which arithmetic for various historical reasons has lost the status of the primary basis of all knowledge. The unusual genre of the book was called "Scientific Blockbuster", what means a combination of an action-packed narrative in the style of fiction with individual fragments of purely scientific
* Три измерения любви: обновление ваших отношений в полном объеме! * Как убрать перекосы в отношениях и сделать их гармоничными? Эта книга поможет тебе, если тебя интересуют вопросы: 1. Как раскрыть свою уникальность в отношениях с мужчиной? 2. Как ты можешь управлять отношениями? (секрет из Древнего Рима) 3. Что важного женщины не учитывают при уходе за внешностью? 4. Какая распространенная ошибка женщины бьет мужчину ниже пояса? 5. Как влиять н
Настоящая монография являетсялогическим продолжением Научно-популярного методического пособия «Родовая финансовая система», 2017 года издания. Издательство Ridero – ISBN 9785448549021. Необходимость соответствовать произошедшим изменениям в мире финансов и новых электронных технологиях заставляет изменить многие подходы к решению практических вопросов внедрения Международной финансовой системы.
Поурочные планы для воспитателей и классных руководителей, ведущих 1 час в неделю по предмету «Истина» во 2-м, 3-м, 4-м классах начальной школы.
Три сценария Апокалипсиса от Дж. Г. Балларда.Картина первая. Экологическая катастрофа приводит к глобальному потеплению. Мир затоплен водой. Первобытные рептилии и гигантские растения, как тысячи лет назад, восходят на сцену Истории. Голос Разума умолкает под напором инстинктов.Или так – моря покрываются пленкой, не пропускающей воду. Дожди прекращаются, и лицо планеты опаляет жестокая Засуха.И третий сценарий. Прозрачные колючие кристаллы покрыв
Перед войной на престол взошел новый император, выиграет империя войну или нет? Все целиком зависит от него.
«В глуби веков» хронологически продолжает книгу Л. Воронковой «Сын Зевса» и раскрывает читателям одну из интереснейших, знаменитых и тем не менее загадочных страниц мировой истории.Позади остались юношеские подвиги Александра. Теперь он великий полководец Александр Македонский, с огнем и мечом идет по дальним странам, проложив свой путь от Македонии до глубинных индийских царств. Вся бурная, противоречивая, наполненная событиями жизнь полководца
«Моя жизнь» – автобиографический роман, документально-поэтическое повествование, написанное Марком Шагалом, великим художником, чья жизнь волей исторических сдвигов разделилась между Витебском и Парижем, между Россией и Францией. Перевод на русский (исправленный для настоящего издания) принадлежит Наталье Мавлевич, лауреату премии «Мастер».