Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Химия arrow Метанол и энергетика будущего. Когда закончатся нефть и газ

Водород: централизованная или децентрализованная доставка потребителю?

В случае получения водорода непосредственно в риформере транспортного средства из бензина или дизельных топлив соответствующее топливо можно поставлять через существующую распределительную сеть, не внося в нее особых особых изменений. Однако даже если технология риформинга станет экономически жизнеспособной, она не решит проблемы нашей зависимости от уменьшающихся запасов нефти, а объем выбросов СО? будет непрерывно возрастать. В конечном счете остается обратиться к риформерам, работающим на метаноле.

Если в будущем источником энергии станет газообразный водород, он должен быть в любом месте легкодоступным и недорогим, а его передвижение от производителя должно быть таким же безопасным и удобным для использования, как это наблюдается в наши дни с углеводородными топливами. Это предполагает создание совершенно новой инфраструктуры, специально разработанной для транспортировки, хранения и распределения водорода. Водород можно также получать непосредственно на местных автозаправочных станциях путем конверсии природного газа или с помощью электролиза воды под действием электричества. При децентрализованном получении водорода не понадобилась бы общенациональная система снабжения, для которой необходимы грузовики или трубопроводы, но такое рассредоточенное производство было бы дорогостоящим и энергоемким. В настоящее время во всем мире действуют всего около 60 станций, на которых производят водород и заправляют горючим небольшое число автомобилей и автобусов в Германии, США, Японии и других странах. В Калифорнии принята программа «Водород для автострады» (Hydrogen Highway program), планируется построить 200 таких топливных станций в течение десятилетия. Рассредоточенное производство водорода может быть лучше централизованного до тех пор, пока число транспортных средств, работающих на водороде, и спрос на водород остаются низкими. Однако даже в этом случае возникают проблемы: водород, производимый в ограниченных количествах, очень дорог, а если получение водорода на месте сбыта происходит путем конверсии природного газа, оно к тому же сопровождается выбросами С02. В масштабах рассредоточенного производства невозможно организовать экономически оправданное улавливание диоксида углерода с помощью современной технологии. Электролиз происходит без эмиссии только в том случае, если используемая электроэнергия вырабатывается из источников возобновляемой или атомной энергии. Исландия, например, которая производит электроэнергию почти исключительно за счет богатых геотермических и водных ресурсов, намерена стать первой в мире страной, экономика которой основана на использовании водорода. В большинстве остальных стран электроэнергия поступает из существующих сетей высокого напряжения, причем основной объем энергии вырабатывается на электростанциях, работающих на сжигании ископаемого топлива. В таких условиях каких-либо выгод от использования водорода ждать не приходится. В населенных областях организация мелкомасштабного производства водорода, который легко утекает и взрывается, также столкнулась бы с серьезными проблемами безопасности.

Другой вариант предполагает, что водород в больших количествах производится на централизованных заводах и затем транспортируется на местные станции автомашинами, по железной дороге или по трубопроводам. На таких предприятиях издержки производства были бы ниже, КПД выше и гораздо легче можно наладить улавливание и связывание или повторное использование С02. Кроме того, получение водорода можно осуществлять не только превращением метана или электролизом воды, но и с помощью других технологий, например газификацией угля, биомассы или путем термического разложения воды в высокотемпературных ядерных реакторах. Однако такие методы получения водорода невозможны без организации обширной системы хранения и поставки, направленной на обслуживание потребителей. В настоящее время для поставок водорода по суше используются трейлеры, содержащие водород в жидкой форме или в сжатом виде, а также трубопроводы для газообразного водорода.

Транспортировка грузовым транспортом жидкого криогенного водорода сегодня обычно используется для снабжения водородом тех отраслей промышленности, которые потребляют ограниченное количество водорода, и производство на месте было бы экономически не оправдано. Именно таким способом водород, необходимый, например, как топливо для запусков «Шаттла», транспортируется из Луизианы к стартовым площадкам НАСА во Флориде. Хотя плотность жидкого водорода примерно на порядок ниже плотности бензина или дизельного топлива, он все- таки более плотный, чем сжатый водород. Имеющиеся в продаже грузовые трейлеры могут перевозить приблизительно 3500 кг жидкого водорода, что энергетически эквивалентно примерно 13 000 л бензина [97]. Чтобы предотвратить чрезмерный выпуск паров водорода, используемые сегодня криогенные трейлеры должны быть двухкорпусными с вакуумной изоляцией, поэтому они дороги. Считается, что транспортировка жидкого водорода от централизованных производств до местных распределительных станций могла бы играть важную роль на начальной стадии перехода к созданию водородной инфраструктуры. Но для крупнотоннажных перевозок такой подход вряд ли оправдан. Как мы уже отмечали, приблизительно 40% энергии, содержащейся в перевозимом по морю жидком водороде, расходуется на ожижение газообразного Н2, что делает этот процесс слишком дорогим как с энергетической, так и с экономической точек зрения. При сжатии водорода расходуется меньше энергии, чем при сжижении. Стальные цилиндры и другое бортовое оборудование, необходимое для безопасного обращения с водородом, находящимся под большим давлением, тяжелы и дороги. Кроме того, масса груза, перевозимого автотранспортом, ограничен, а если учесть очень низкую плотность водорода и то, что сегодняшние автоцистерны обычно перевозят водород под высоким давлением (200 атм), то каждый трейлер может доставить лишь 300 кг водорода. Какого бы технического прогресса мы ни ожидали в будущем, грузовик, способный перевозить груз массой 40 000 кг, смог бы доставить всего 400 кг водорода, что составляет всего около 1% его грузоподъемности [96]. Для сравнения, подобный грузовик мог бы перевести около 26 т бензина, которые по содержанию энергии более чем в 20 раз превосходят грузовик со сжатым водородом. Таким образом, чтобы поставить энергию, эквивалентную бензиновому топливу, необходимо вместо одного водителя и грузовика нанять более 20 водителей и грузовиков, что в свою очередь удорожило бы перевозку и увеличило бы пробки на дорогах. Внедрение легких материалов для хранения водорода под давлением, например таких, какие сейчас разрабатываются для использования в легковых автомобилях, могло бы в принципе найти применение, но вместимость транспортных средств от этого выиграла бы мало. Помимо экономических и энергетических соображений существенное увеличение интенсивности перевозки автотранспортом огнеопасного и взрывчатого водорода в жидкой форме или в сжатом состоянии усугубило бы проблемы безопасности и увеличило бы риск дорожных происшествий.

При транспортировке больших объемов водорода для химической и нефтехимической промышленности обычно используется система трубопроводов. Во всем мире их общая длина в настоящее время не превышает примерно 2500 км, из которых 1500 км расположены в Европе, а 900 км - в США [98]. Транспортировка трубопроводами позволяет поддерживать прямую связь между основными производителями и потребителями водорода. Для водородных трубопроводов необходимы специальные сорта сталей или металлов, уплотнители и насосы, изготовление, обслуживание и эксплуатация которых очень дороги. В то же время мы располагаем сетью уже существующих трубопроводов протяженностью в сотни тысяч километров, проложенных по всему миру для транспортировки природного газа, нефти и других углеводородных продуктов, но не соответствующих требованиям транспортировки водорода. Когда на металлы, из которых изготовлено большинство трубопроводов, попадает водород, молекулы Н2 диффундируют через эти материалы и спустя определенное время делают их ломкими. Из-за небольшого размера молекулы Н2 может произойти утечка водорода, особенно когда водород перевозят на большие расстояния, и такие утечки надо тщательно контролировать, чтобы свести к минимуму потери и опасность взрыва. Стоимость транспортировки водорода также не менее чем на 50% выше перевозки того же самого объема природного газа [99], хотя теплоемкость водорода в три раза меньше чем у природного газа. Считается, что доставка трубопроводным транспортом и перекачка водорода потребителям с использованием существующих технологий обходятся приблизительно в 1 долл, за 1кг (с учетом возможных усовершенствований стоимость может снизиться до 0,7 долл, за 1кг). Это конечно, намного дороже, чем 0,19 долл, за галлон, а именно такова сегодняшняя стоимость транспортировки и распределения бензина [91]. Тем не менее использование трубопроводов в настоящее время представляется наиболее удачным способом транспортировки водорода, хотя создание инфраструктуры водородных трубопроводов требует крупных капиталовложений. Действительно, такой способ станет рентабельным лишь через много лет, когда число автомобилей и других транспортных средств, работающих на топливных водородных элементах, значительно увеличится.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >
 

Популярные страницы