luckyea77 (luckyea77) wrote,
luckyea77
luckyea77

Category:

Выбор источника: можно ли говорить о конце нефтегазовой энергетики

Владимир Туманов,
Заведующий лабораторией «Накопители электрической энергии»
кафедры физической химии НИТУ «МИСиС»


Водород в отличие от солнечного излучения и ветра действительно может стать основным источником энергии, но это дело достаточно далекого будущего.

О предстоящем завершении эпохи углеводородов в энергетике говорят почти все. Спор идет скорее о сроках. Например, на недавнем Петербургском экономическом форуме министр энергетики Александр Новак говорил, что нефть и газ останутся основными источниками энергии до 2040 года. А по мнению главы Сбербанка Германа Грефа, они перестанут быть основными источниками энергии раньше — на рубеже 2030 года.

Нефть, газ, водород

По-моему, спор о том, какой источник энергии лучше, лишен смысла: природа создала их в большом количестве, и в зависимости от потенциала добычи и разработанных человечеством технологий тот или иной источник и будет основным.

Но на разных этапах развития технологического прогресса человечество не раз сталкивалось с необходимостью выбора в пользу новых источников энергии. Вместе с промышленной революцией на смену органике (проще говоря, дровам) пришел уголь, затем появились нефть и газ, разработки в области водородной энергетики. Сегодня, когда объемы потребления растут с каждым днем, все чаще возникают вопросы о будущем углеводородной энергетики. Идут споры об атомной энергетике, ведутся работы по управляемому термоядерному синтезу.

Однако говорить о конце углеводородной эпохи в перспективе ближайших 20 лет невозможно. Более того, все ресурсы, которыми природа обеспечила человечество, будут активно потребляться, несмотря на возникновение и развитие новых альтернативных источников. Тех ископаемых, что на сегодняшний день доступны человечеству, хватит на долгое время. Разговоры о том, что через 50 лет на Земле закончится нефть, глупость: процесс ее выработки бесконечен. Запасы угля и вовсе не будут исчерпаны еще примерно 400 лет. Нефть и газ останутся основными источниками энергии к 2040 году.

А вот в дальнейшей перспективе наиболее эффективным и экологически чистым источником энергии станет не солнечное излучение или ветер, о которых сейчас так много говорят, а первый элемент в таблице Менделеева — водород. Из 40 г водорода можно получить 1 кВт·ч​ энергии. Технически кислород и водород соединяются через топливный элемент, где через мембрану происходит преобразование их химической энергии в электричество. Продукт реакции — вода!



Вопрос цены

Еще в конце XIX века возник спор, как будет дальше развиваться транспорт, на топливных элементах или на бензиновых моторах. Несмотря на то что водородная энергетика давала бóльший КПД, моторы победили из-за большей технологической готовности и наличия дешевого в сравнении с водородом моторного топлива из нефти. Вторая попытка внедрения топливных водородных элементов состоялась в конце ХХ века. Практически все ведущие мировые автогиганты разработали водородные модели экотранспорта. Однако до настоящего времени проблема получения дешевого водорода так и не решена. Резкое падение стоимости нефти также отодвигает время внедрения водородных технологий на транспорте и в стационарной энергетике.

Основным источником водорода в природе является вода. Воды в океанах огромное количество. Последние исследования показали, что объем структурных подземных вод на глубине порядка 480 км в разы больше, чем во всех океанах вместе взятых.

Получать водород обычным электролизом дорого: процесс требует большого количества энергии. Но есть Солнце — для нашей цивилизации это бесконечный источник световой энергии. Разлагать воду на водород и кислород наиболее эффективно путем фотолиза — процесс идет непосредственно в специальных ячейках под воздействии солнечного излучения.



Такие ячейки были созданы в конце прошлого века в Физико-техническом институте им. Иоффе и Институте катализа СО РАН. К сожалению, эти разработки остались на уровне лабораторных образцов и диссертаций. Были попытки возобновить работы по программе водородной энергетики «Норильский никель — РАН», но в 2008 году эта программа была закрыта.

Практическая реализация таких устройств станет возможной при обеспечении КПД фотолиза хотя бы до уровня 10–15%. Пока рекорд — 11%. Это произведет революцию в области энергетики, отодвинув на задний план ветрогенераторы, наносящие непоправимый урон биосфере, и солнечные батареи, которые очень сложно утилизировать.

Для того чтобы водород стал превалирующим источником энергии, необходимо решить проблемы его производства и хранения. По оценке американских экспертов, если стоимость производства водорода составит не более $5 за килограмм, от другого топлива можно будет отказаться.

В таком случае будет решена и проблема создания топливных элементов для автомобильной промышленности. Сейчас у электромобилей хорошие перспективы на рынке, особенно в тех странах, где государство стимулирует разработки в данном направлении. В России ситуация иная. Здесь оптимальным мог бы стать гибридный автомобиль с электрическим приводом, работающий на газовом топливе или бензине. Ведь именно в России функционирует самая развитая система газозаправки в мире: 65% потенциальных потребителей имеют доступ и к бензину, и к газу.

Экономные гибриды

Не менее важной, чем поиск новых источников энергии, является задача ее экономии. Отсюда одно из направлений работы нашего университета МИСИС — повышение энергоэффективности. Одной из таких разработок являются суперконденсаторы, для которых у нас разрабатываются перспективные электродные и электролитные материалы.

Суперконденсаторы наиболее полезны в гибридном транспорте — колесном и рельсовом. Принцип его работы заключается в накоплении энергии, выработанной при торможении, которая затем расходуется на разгоне, что дает экономию порядка 30%. КПД суперконденсаторов сопоставим с КПД электрического мотора, то есть порядка 95–98%.

В ближайшем будущем мы надеемся, что эти разработки появятся в городских экобусах, составах метрополитена и в других областях техники. Кроме того, разработанные нами элементы позволят обеспечить бесперебойное движение поездов в метро. В ситуациях, когда происходит аварийное отключение электричества, накопленная энергия позволит составу проследовать несколько километров до станции за счет накопленной энергии.

Переход на стадию производства подобных систем должен произойти в ближайшие два года.



Tags: энергетика
Subscribe

Posts from This Journal “энергетика” Tag

promo luckyea77 июнь 19, 23:05 11
Buy for 10 tokens
Часть 1 Часть 2 Часть 3 Часть 4 Часть 5 Март 2018 года Индустриализация стала основным инструментом достижения экономического богатства стран, начиная с появления прядильных машин в конце XVIII века; при смене технологических укладов менялись местами мировые промышленные лидеры. Какой…
  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 0 comments