Водород - основной энергоноситель XXI века, получение и применение

АННОТАЦИЯ

В статье указывается на необходимость развития в республике технологий, связанных с получением и применением водорода в качестве энергоносителя и сырья при получении различных материалов. Нанотехнологии связаны и охватывают элементы криогенной технологии, развитие которых даёт возможность промышленности Республики Узбекистан развивать новые отрасли экономики, связанные с производством материалов на основе инновационных технологий.

ABSTRACT

The review article points out the need to develop technologies in the republic related to the production and use of hydrogen as an energy carrier and component in the production of various nanomaterials. Nanotechnologies are connected and cover the elements of cryogenic technology, the development of which makes it possible for the industry of the Republic of Uzbekistan to develop new sectors of the economy associated with the production of materials based on innovative technologies.

Ключевые слова: водород, энергоноситель, нанотехнологии, криогенные технологии, электролиз, нетрадиционный источник энергии.

Keywords: hydrogen, energy carrier, nanotechnology, cryogenic technologies, electrolysis, unconventional energy source.

В связи с истощением запасов углеводородного сырья во всем мире идет поиск альтернативных источников энергии и энергоносителей, т.е. актуальным является перевод двигателей внутреннего сгорания на водородное топливо.

При сгорании 1 тн водорода выделяется столько же тепла, столько при сгорании 3,5 тн органического топлива. Водород, в отличие от углеводородного топлива, способен к каталитическому окислению при низких температурах с прямым преобразованием химической энергии окисления в электрическую. [1-3] Устройства, позволяющие реализовывать эту уникальную особенность, так называемые топливные элементы или электрохимические генераторы энергии, характеризуются высоким к.п.д. 70-80%, т.е. в 2-2.5 раза превышающими к.п.д. тепловых двигателей.

Существуют два основных промышленных методов его получения:

1. Электролиз воды. Одно из препятствий для широкомасштабного использования – это большое потребление электрического тока.

Следует отметить, что в общем объеме производства водорода удельный вес электрохимических методов до сих пор не превышает 2-4%. [4, 6]

Перед учеными и специалистами стоят следующие задачи:

• поиск и исследование новых перспективных материалов и процессов в области водородной энергетики;
• исследования по эффективному применению экологически чистых технологий, направленных на получение водорода электролитическим способом, с применением возобновляемых источников энергии;
• организация и внедрение разработок по водородной технологий.

В Узбекистане выдвигаются следующие приоритетные направления работ:

а) разработка технологии по производству водорода электролизом воды с применением для этого энергии солнца, с последующим созданием топливных элементов для внутреннего и внешнего рынка;

б) разработка комплексов по производству, очистке, аккумулированию, хранению и транспортировке водорода;

в) создание высокоэффективных энергетических установок и электрохимических генераторов широкого класса на основе топливных элементов, в том числе для использования в бытовых электронных устройствах;

г) разработка элементов инфраструктуры водородной энергетики;

д) внедрение технологически безопасных и экологически чистых методов хранения и транспортировки водорода.

В республике ведутся работы по созданию опытно-промышленной установки по получению водорода экологически чистым путем. В ней для разложения молекулы воды применяется электрическая энергия, выработанная с помощью фотопреобразователей. [5, 7, 8]

Нами разработан способ получения водорода за счет химических реакций оксидов трехвалентных металлов с гидроксидом натрия. В качестве оксида трехвалентного металла нами был использован вторичный продукт «Вторцветмета»: отход процесса третичной переработки алюминиевых шлаков, получаемых в металлургическом процессе плавки алюминиевых чушек. Этот отход представляет собой тонкодисперсный порошок светло-серого цвета.

Нами проведены исследования физико-химических свойств и элементного состава отхода третичной переработки алюминиевых шлаков (ТПАШ). Проведенный анализ выявил, что в нем содержатся следующие компоненты:

Оксид алюминия.................................  свыше 85%

Оксид железа………………………… около 6,5%

Оксид кремния ……………………… около 3,5%

Механические примеси……………. около 5%

Как видно из проведенных исследований состава, отхода третичной переработки алюминиевых шлаков в нем превалирует оксид амфотерного металла – алюминия.

Процесс получения водорода осуществляется в несколько стадий. Первоначально готовится водный раствор гидроокиси натрия в определенной концентрации. Затем к порошку отхода третичной переработки алюминиевых шлаков (содержащего более 85% окиси алюминия) медленно приливается раствор щелочи. Идет бурная экзотермическая реакция с выделением водорода, которая собирается в отдельный сосуд. При этом идет следующая химическая реакция:

6NaOH + Al₂O₃ → 2Na₃AlO₃ +3H₂O

Проведение этой реакции в присутствии предельных и непредельных жирных кислот способствует образованию гранулированных анионных ПАВ. В результате этой реакции мы одновременно с получением водорода синтезируем сухое анионное ПАВ.

Таким образом получение водорода электролизом воды и за счет химических реакций дает возможность получения экологически чистого энергоносителя, которую можно применить в современных энергосберегающих технологиях в различных отраслях промышленности.

Список литературы:

1. Аллаев К.Р. Энергетика мира и Узбекистана. Ж. «Проблемы энерго и ресурсосбережения», 2003г., №1-2. 7-22с.
2. Chameides W.L. //Nature, 1983, v.301, p.153.
3. Галеев А.Г., Проблемы обеспечения безопасности стендовых испытаний двигательных и энергетических установок на водородном топливе. Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология». АЭЭ №11(43),2006, 23-27с.
4. Fabian Р., Bovchers R., Wkiler К.Н. с.а. S/Geophys. Res/ 1974/ 1979 v. 84, p. 3149-3154.
5. Колтун М.М. Солнечные элементы. - М.: Наука, 1987.
6. Раменский А.Ю., Нефедкин С. И. Применение водорода в качестве моторного топлива для автомобильных двигателей внутреннего сгорания. История, настоящее и перспективы. Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология», АЭЭ №11(43), 2006, 63-70с.
7. Rybach L. Status and prospects of geothermal heat pumps (GHP) in Europe and worldwide, sustainability aspects of GHPs. International course of geothermal heat pumps, 2002.
8. Ченцов М.С., Соколов В.С., Прохоров Н.С., Концепция установки получения водорода риформингом дизельного топлива в составе атмосферо-независимой энергетической установки с электрохимическими генераторами для подводной лодки. Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология», АЭЭ №11(43),2006, 39-46с.