Centrals d'hidrogen: tendències i perspectives

Tot i que les centrals nuclears s'han considerat durant molt de temps molt segures, l'accident de la central nuclear de Fukushima del Japó l'any 2011 va obligar una vegada més els enginyers energètics de tot el món a pensar en possibles problemes ambientals associats a aquest tipus d'energia.

Els governs de molts països, inclosos diversos països de la UE, han declarat una clara intenció de transferir les seves economies a energies alternatives, sense escatimar inversions, prometent milers de milions d'euros per a aquesta indústria durant els propers 5-10 anys. I un dels tipus més prometedors i ambientalment segurs d'aquesta alternativa és l'hidrogen.

Si el carbó, el gas i el petroli s'esgoten, simplement hi ha hidrogen il·limitat als oceans, encara que no s'emmagatzema allà en forma pura, sinó en forma d'un compost químic amb oxigen, en forma d'aigua.

L'hidrogen és la font d'energia més respectuosa amb el medi ambient. Obtenir, transportar, emmagatzemar i utilitzar hidrogen requereix ampliar el nostre coneixement de la seva interacció amb els metalls.

Aquí hi ha molts problemes.Aquests són només alguns d'ells que esperen la seva solució: la producció d'isòtops d'hidrogen d'alta puresa mitjançant filtres de membrana (per exemple, a partir de pal·ladi), la creació de bateries d'hidrogen tecnològicament avantatjoses, el problema de combatre el cost de l'hidrogen dels materials, etc.

La seguretat ambiental de l'hidrogen, en comparació amb altres tipus de fonts d'energia tradicionals, ningú ho dubta: el producte de la combustió de l'hidrogen torna a ser aigua en forma de vapor, mentre que és completament no tòxic.

L'hidrogen com a combustible es pot utilitzar fàcilment en motors de combustió interna sense canvis fonamentals, així com en turbines, i s'obtindrà més energia que de la gasolina. Si la calor específica de combustió de la gasolina a l'aire és d'uns 44 MJ / kg, per a l'hidrogen aquesta xifra és d'uns 141 MJ / kg, que és més de 3 vegades més gran. Els productes derivats del petroli també són tòxics.

L'emmagatzematge i el transport d'hidrogen no causaran problemes particulars, la logística és similar a la del propà, però l'hidrogen és més explosiu que el metà, així que encara hi ha alguns matisos aquí.

Les solucions d'emmagatzematge d'hidrogen són les següents. La primera via és la tradicional compressió i liqüefacció, quan caldrà assegurar la seva ultrabaixa temperatura per mantenir l'estat líquid de l'hidrogen. Això és car.

La segona manera és més prometedora: es basa en la capacitat d'algunes esponges metàl·liques compostes (aliatges altament porosos de vanadi, titani i ferro) per absorbir activament l'hidrogen i, a baix escalfament, alliberar-lo.

Les principals companyies de petroli i gas com Enel i BP estan desenvolupant activament l'energia d'hidrogen avui dia.Fa uns anys, l'italià Enel va posar en marxa la primera central d'hidrogen del món, que no contamina l'atmosfera i no emet gasos d'efecte hivernacle. Però el principal punt de foc en aquesta direcció rau en la pregunta següent: com fer que la producció industrial d'hidrogen sigui més barata?

El problema és que electròlisi de l'aigua requereix molta electricitat, i si la producció d'hidrogen es posa en marxa precisament mitjançant l'electròlisi de l'aigua, aleshores per a l'economia d'un sol país aquest mètode de producció industrial d'hidrogen serà molt car: tres vegades, si no quatre vegades. , pel que fa a la calor de combustió equivalent dels productes derivats del petroli.A més, es poden obtenir un màxim de 5 metres cúbics de gas per hora d'un metre quadrat d'elèctrodes en un electrolitzador industrial. Això és lent i econòmicament poc pràctic.

Una de les maneres més prometedores de produir hidrogen en volums industrials és el mètode químic plasma. Aquí, l'hidrogen s'obté més barat que per electròlisi de l'aigua. En els plasmatrons sense equilibri, un corrent elèctric passa a través d'un gas ionitzat en un camp magnètic i es produeix una reacció química en el procés de transferència d'energia dels electrons "escalfats" a les molècules del gas.

La temperatura del gas està en el rang de +300 a +1000 ° C, mentre que la velocitat de reacció que condueix a la producció d'hidrogen és més alta que a l'electròlisi. Aquest mètode permet obtenir hidrogen, que resulta ser dues vegades (no tres vegades) més car que el combustible tradicional obtingut a partir d'hidrocarburs.

El procés químic-plasma té lloc en dues etapes: primer, el diòxid de carboni es descompon en oxigen i monòxid de carboni, després el monòxid de carboni reacciona amb el vapor d'aigua, que dóna lloc a hidrogen i el mateix diòxid de carboni que hi havia al principi (no es consumeix, si mireu tota la transformació del bucle).

En l'etapa experimental - la producció química de plasma d'hidrogen a partir de sulfur d'hidrogen, que segueix sent un producte nociu a tot arreu en el desenvolupament de camps de gas i petroli. El plasma giratori simplement expulsa les molècules de sofre de la zona de reacció per forces centrífugues, i s'exclou la reacció inversa de conversió a sulfur d'hidrogen. Aquesta tecnologia iguala el preu de l'hidrogen produït amb els tipus tradicionals de combustibles fòssils, a més, s'extreu sofre en paral·lel.

I el Japó ja ha assumit el desenvolupament pràctic de l'energia de l'hidrogen avui. Kawasaki Heavy Industries i Obayashi planegen començar a utilitzar l'energia d'hidrogen per alimentar la ciutat de Kobe el 2018. Es convertiran en pioners entre els que realment començaran a utilitzar hidrogen per a la producció d'electricitat a gran escala, pràcticament sense emissions nocives.

Es construirà una central d'hidrogen d'1 MW directament a Kobe, on subministrarà electricitat a un centre de convencions internacional i oficines de treball per a 10.000 residents locals. I la calor generada a l'estació en el procés de generació d'electricitat a partir d'hidrogen es convertirà en una calefacció eficient per a cases i edificis d'oficines locals.

Les turbines de gas produïdes per Kawasaki Heavy Industries, per descomptat, no seran subministrades amb hidrogen pur, sinó amb una barreja de combustible que conté només un 20% d'hidrogen i un 80% de gas natural.La planta consumirà l'equivalent a 20.000 vehicles de pila de combustible d'hidrogen a l'any, però aquesta experiència serà l'inici d'un important desenvolupament d'energia d'hidrogen al Japó i més enllà.

Les reserves d'hidrogen s'emmagatzemaran directament al territori de la central elèctrica i, fins i tot en cas d'un terratrèmol o un altre desastre natural, hi haurà combustible a l'estació, l'estació no es tallarà de les comunicacions vitals. El 2020, el port de Kobe disposarà d'infraestructura per a les importacions importants d'hidrogen, ja que Kawasaki Heavy Industries té previst desenvolupar una gran xarxa de centrals d'hidrogen al Japó.