Водород как топливо: Что такое водородное топливо для автомобиля и каковы его перспективы?

Содержание

Водородное топливо — Что такое Водородное топливо?

Lh3 является самым экологически чистым видом моторного топлива, поэтому его перспективы очевидны

Водородное топливо

В Австралии на бурых углях в штате Виктория отрабатывается технология технология газификации угля с последующим выделением водорода, вернее удаления серы, ртути и двуокиси углерода (СО2).

В Норвегии — Nel Hydrogen отрабатывает технологию использования ВИЭ для высокотемпературного электролиза для разделения воды на водород и кислород, который будет выбрасываться в атмосферу.

Kawasaki Heavy Industries разрабатывает танкер — водородовоз для транспортировки жидкого водорода ( LH2).

Реакция взаимодействия водорода с кислородом происходит с выделением тепла. Если взять 1 моль H2 (2 г) и 0,5 моль O2 (16 г) при стандартных условиях и возбудить реакцию, то согласно уравнению

Н2 + 0,5 О2= Н2О

после завершения реакции образуется 1 моль H2O (18 г) с выделением энергии 285,8 кДж/моль.

Для сравнения: теплота сгорания ацетилена — 1300 кДж/моль, пропана — 2200 кДж/моль.

1 м³ водорода весит 89,8 г (44,9 моль), поэтому для получения 1 м³ водорода будет затрачено 12832,4 кДж энергии.

1 кВт*ч = 3600 кДж, поэтому получим 3,56 кВт*ч электроэнергии. Целесообразность перехода на водородное топливо можно оценить, сравнив имеющийся тариф на 1 кВт*ч электричества и, к примеру, стоимость 1 м³ газа или стоимость другого энергоносителя.

При сжигании водорода получается чистая вода. То есть водородное топливо производится без вреда для окружающей среды, в отличие от газа или бензина.

Получение водорода

Для получения водорода используют химические методы, в тч реакции разложения воды электрическим током.
Основной промышленный способ получения водорода — реакция с водой метана, который входит в состав природного газа.

Она проводится при высокой температуре:

СН4 + 2Н20 = CO2 + 4Н2 — 165 кДж

  • 1.Электролиз водных растворов солей:
2NaCl + 2h3O → h3↑ + 2NaOH + Cl2
  • 2.Пропускание паров воды над раскаленным коксом при температуре около 1000°C:
h3O + C ⇄ h3 + CO
  • 3.Из природного газа.
Конверсия с водяным паром: CH4 + H2O ⇄ CO + 3H2 (1000 °C) Каталитическое окисление кислородом: 2CH4 + O2 ⇄ 2CO + 4H2
  • 4. Крекинг и реформинг углеводородов в процессе переработки нефти.
  • 5. Действие разбавленных кислот на металлы. Для проведения такой реакции чаще всего используют цинк и соляную кислоту:
Zn + 2HCl → ZnCl
2
+ H2
  • 6.Взаимодействие кальция с водой:
Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2
  • 7.Гидролиз гидридов:
NaH + H2O → NaOH + H2
  • 8.Действие щелочей на цинк или алюминий:
2Al + 2NaOH + 6H2O → 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑ Zn + 2KOH + 2H2O → K2[Zn(OH)4] + h3↑
  • 9 .С помощью электролиза. При электролизе водных растворов щелочей или кислот на катоде происходит выделение водорода, например:
2H3O+ + 2e → H2↑ + 2H2O
  • Биореактор для производства водорода

Физические свойства

Газообразный водород может существовать в 2х формах (модификациях) — в виде орто — и пара-водорода.

В молекуле ортоводорода (т. пл. −259,10 °C, т. кип. −252,56 °C) ядерные спины направлены одинаково (параллельны), а у параводорода (т. пл. −259,32 °C, т. кип. −252,89 °C) — противоположно друг другу (антипараллельны).
Разделить аллотропные формы водорода можно адсорбцией на активном угле при температуре жидкого азота.
При очень низких температурах равновесие между ортоводородом и параводородом почти нацело сдвинуто в сторону параводорода.
При 80 К соотношение форм приблизительно 1:1. Десорбированный параводород при нагревании превращается в ортоводород вплоть до образования равновесной при комнатной температуре смеси (орто-пара: 75:25).
Без катализатора превращение происходит медленно, что дает возможность изучить свойства отдельных аллотропных форм.
Молекула водорода двухатомна — Н
. При обычных условиях — это газ без цвета, запаха и вкуса.
Водород — самый легкий газ, его плотность во много раз меньше плотности воздуха. Очевидно, что чем меньше масса молекул, тем выше их скорость при одной и той же температуре.
Как самые легкие, молекулы водорода движутся быстрее молекул любого другого газа и тем самым быстрее могут передавать теплоту от одного тела к другому.
Отсюда следует, что водород обладает самой высокой теплопроводностью среди газообразных веществ. Его теплопроводность примерно в 7 раз выше теплопроводности воздуха.

Химические свойства

Молекулы водорода Н довольно прочны, и для того, чтобы водород мог вступить в реакцию, должна быть затрачена большая энергия:

Н2=2Н — 432 кДж

Поэтому при обычных температурах водород реагирует только с очень активными металлами, например с кальцием, образуя гидрид кальция:

Ca + Н2 = СаН2 и с единственным неметаллом — фтором, образуя фтороводород:

F2+H2=2HF

С большинством же металлов и неметаллов водород реагирует при повышенной температуре или при другом воздействии, например при освещении.

Он может «отнимать» кислород от некоторых оксидов, например:

CuO + Н2 = Cu + Н20

Записанное уравнение отражает реакцию восстановления — процесс, в результате которого от соединения отнимается кислород; вещества, отнимающие кислород, называются восстановителями (при этом они сами окисляются).

Реакция восстановления противоположна реакции окисления.

Обе эти реакции всегда протекают одновременно как 1 процесс: при окислении (восстановлении) одного вещества обязательно одновременно происходит восстановление (окисление) другого.

N2 + 3H2 → 2 NH3

С галогенами образует галогеноводороды:

F2 + H2 → 2 HF, реакция протекает со взрывом в темноте и при любой температуре, Cl2 + H2 → 2 HCl, реакция протекает со взрывом, только на свету.

С сажей взаимодействует при сильном нагревании:

C + 2H2 → CH4

Оксиды восстанавливаются до металлов:

CuO + H2 → Cu + H2O Fe2O3 + 3H2 → 2 Fe + 3H2O WO3 + 3H2 → W + 3H2O

Геохимия водорода

Водород — самый распространенный элемент, и все элементы образуются из него в результате термоядерных и ядерных реакций.

На Земле содержание водорода понижено по сравнению с Солнцем.
Свободный водород H2 относительно редко встречается в земных газах, но в виде воды он принимает исключительно важное участие в геохимических процессах.
В состав минералов водород может входить в виде иона аммония, гидроксил-иона и кристаллической воды.
В атмосфере водород непрерывно образуется в результате разложения воды солнечным излучением.
Он мигрирует в верхние слои атмосферы и улетучивается в космос.

Применение кроме энергетики:

  •  для атомно-водородной сварки,
  •  в пищевой промышленности, как пищевая добавка E949- упаковочный газ, для производства маргарина из жидких растительных масел,
  •  химической промышленности — при производстве аммиака, мыла и пластмасс,
  •  в качестве ракетного топлива,

Пожароопасность и взрывоопасность

Водород при смеси с воздухом образует взрывоопасную смесь — гремучий газ. 
Наибольшую взрывоопасность — при объемном отношении водорода и кислорода 2:1, или водорода и воздуха приближенно 2:5, так как в воздухе кислорода содержится примерно 21%.
Водород пожароопасен.

Водород как топливо будущего и альтернативный источник настоящего

В среднесрочной перспективе (~2030 г.) все факторы, предшествующие ближайшей краткосрочной перспективе, начинают указывать в направлении низкоуглеродистого будущего: водород как топливо.
Применение водорода как топливо способствуют вероятные ограничения на ресурсы ископаемых видов, сильные опасения по поводу выбросов парниковых газов, ожидания все более конкурентоспособных возобновляемых источников энергии и повышение осведомленности потребителей.

Все крупные энергетические и автомобильные компании согласны с тем, что низкоуглеродистый источник, в основном означает водород, и что однажды он станет топливом выбора.

водород как топливо

Будущая чистая энергия

Ожидается, что водород как топливо будет сочетаться с электричеством, чтобы сформировать два компонента будущей экономики чистой энергии. Водород извлекается из сырья, поэтому не может удовлетворить все потребности и желания существующих потребителей. Однако, в сочетании с электричеством он может быть наиболее востребованным источником энергии.

Водород действует как средство накопления энергии в топливных элементах с помощью которых вырабатывается электричество.

В период 2025-2030 годам сочетание требований к экологически чистому транспорту – как с точки зрения регулируемых выбросов, так и выбросов парниковых газов – приведет к переходу на водород как топливо, в то время как другие требования, такие как требования к снижению шума, переместят источник питания в сторону электрического первичного двигателя.

Установленная мощность американского автопарка эквивалентна пятикратной установленной мощности всех электростанций, поэтому, если бы транспортные средства (которые обычно работают менее 5% своего срока службы в качестве двигателей) могли тратить оставшееся время на выработку электроэнергии. Конечно, единственной проблемой было бы управление потоками и обеспечение топливом.

Кроме того, некоторые компании намерены использовать возобновляемые источники энергии для электролиза воды и производства водорода, необходимого как топливо на автозаправочных станциях и в домах. Водородные серийные автомобили Тойота «Мирай» уже колесят дороги.водород мирай

Технологии требуют энергии

К 2050 году значительная часть энергии будет поступать из возобновляемых источников.

  • Энергия ветра будет дешевле, чем обычное ископаемое топливо, которое будет ценным сырьем и будет использоваться только в качестве топлива, когда это абсолютно необходимо.
  • Фотовольтаика (солнечное электричество) будет стандартной частью строительных тканей, генерируя энергию с эффективностью 25-30% и обеспечивая значительную долю непромышленного спроса. Даже некоторый промышленный спрос будет питаться от интегрированных в здания фотоэлектрических систем, эффективно обращая вспять традиционно принятые солнечные потоки.
  • Относительно далекое будущее (~2050- 2070 годы) технологии, о которых сегодня не мечтали, станут обычным явлением. Машины будут само строящимися используя искусственный интеллект путем модификации органической жизни.
  • Бактерии расщепляют отходы для производства заменителей масла, механизмы из отдельных атомов постоянно работают для обеспечения тепла, света.
  • Связь осуществляется телепатически с помощью компьютерных чипов, встроенных в мозг человека.

Все это требует энергии, а мир работает на электричестве и водороде – по крайней мере, мир, который может себе это позволить.

Применение в качестве топлива водорода

В среднесрочной перспективе водород как топливо будет являться не только нормальной, но и единственной формой генерации, разрешенной в большинстве районов. Экологическая политика станет настолько строгой, что не только должны быть скрыты видимые признаки загрязнения и потрясений; должна быть произведена точная замена любых неизбежных нарушений. В результате обычная “крупномасштабная” генерация в десятки мегаватт разместится внутри зданий, которые этого требуют.

Проблемы эффективности и загрязнения старых устройств сгорания рассматриваются не более, чем паровозы в начале 2000-х годов. Все горение является электрохимическим или биологическим; биомиметика (искусственные наноматериалы) изменит лицо энергетики. Такие процессы, как фотосинтез, осмотический перенос и высокоскоростные каталитические реакции, определяют энергетические процессы с побочными продуктами, которые не только безвредны, но и более полезны.

Типичный дом имеет строительную ткань и идеальный климат-контроль, управляемый биологическим чипом для обеспечения воздушного потока и изоляции. Имеется встроенные элементы управляющие солнечным потоком, ветрогенераторы и системы преобразования биомассы которые позволяют передавать тепло, холод и электричество в места, где они необходимы. Хранение водорода как топлива будет в углеродных нановолокнах в некоторых структурных секциях здания.

Все личные устройства питаются от микроскопических систем топливных элементов, кинетической энергии и энергии, вырабатываемой самим телом. Коммуникационные, хронометрические и локаторные устройства требуют небольшого количества электроэнергии от топливных элементов, в то время как акклиматизационные костюмы используют более крупные устройства и хранят энергию в своей ткани – углеродные нановолоконные костюмы изолируют, а также хранят водород как топливо.

Передача энергии будет осуществляться на максимально короткие расстояния – километровые пробеги становятся все менее распространенными, за исключением пустынных районов, где высоковольтные сверхпроводящие линии передачи постоянного тока удерживаются в трубах с жидким водородом почти без потерь.

Подавляющее большинство новых технологий производства электроэнергии опирается на возобновляемые ресурсы всех мыслимых типов и распространяется по-настоящему децентрализованным образом вокруг наиболее практичных, продуктивных и приемлемых областей. Только последние остатки ископаемой энергии начала двадцать первого века все еще производят энергию, и только в строго ограниченных зонах.

То, что было названо развивающимся миром, не только самодостаточно по мощности, но и обеспечивает ее избыток для “ранних истощенных” стран через жидкие водородные каналы связи.

Новые технологии добычи энергии

топливо водород Наноразмерные технологии стимулируют новые разработки. Эти интеллектуальные машины способны создавать оборудование для преобразования энергии, которое максимизирует все параметры энергоэффективности и энергосбережения. Микроканалы в структурах топливных элементов переносят топливо и окислитель точно туда, где они должны быть, при этом не только размещение, но и структура частиц катализатора индивидуально определяется для идеальной производительности. Органические материалы управляют потоками жидкости, гарантируя, что только необходимые пропорции реагентов, продуктов, тепла и энергии подаются в машину и из нее.
Деньги зарабатываются не энергетическими компаниями, обеспечивающими управляемые потоки энергии, а энергетическими и технологическими компаниями, обеспечивающими оборудование и средства контроля для естественного управления потоками энергии. Некоторая передача энергии происходит, но подавляющее большинство генерации и использования настолько локализовано – настолько совершенно децентрализовано – что управляется только пользователями и интеллектуальными агентами.

Вывод очевиден, что далекое будущее невозможно понять, но можно спрогнозировать.

Однако обсуждаемые факторы, в целом в отношении тенденций в области технологии, личных ожиданий, ресурсов и политических рамок, свидетельствуют о том, что тенденции в электроэнергетике очень четко указывают на переход к низкоуглеродистым источникам, который уже начался.

Ближайшие десять лет подтвердят или опровергнут это предположение, осветив при этом дальнейшие возможности в развитии производства, поставки и использования водорода как топлива в качестве основного.


 

начало большого пути / Блог компании Toshiba / Хабр

Ранее мы рассказывали про то, каким экологичным видом транспорта являются электробусы. Однако не упомянули один важный момент: c ростом числа электротранспорта городам потребуется больше электричества, которое зачастую получают экологически небезопасными способами. К счастью, сегодня мир научился получать энергию при помощи ветра, солнца и даже водорода. Новый материал мы решили посвятить последнему из источников и рассказать об особенностях водородной энергетики.

На первый взгляд, водород — идеальное топливо. Во-первых, он является самым распространенным элементом во Вселенной, во-вторых, при его сгорании высвобождается большое количество энергии и образуется вода без выделения каких-либо вредных газов. Преимущества водородной энергетики человечество осознало уже давно, однако применять ее в больших промышленных масштабах пока не спешит.

Водородные топливные элементы


Первый водородный топливный элемент был сконструирован английским ученым Уильямом Гроувом в 30-х годах XIX века. Гроув пытался осадить медь из водного раствора сульфата меди на железную поверхность и заметил, что под действием электрического тока вода распадается на водород и кислород. После этого открытия Гроув и работавший параллельно с ним Кристиан Шенбейн продемонстрировали возможность производства энергии в водородно-кислородном топливном элементе с использованием кислотного электролита.

Позже, в 1959 году, Фрэнсис Т. Бэкон из Кембриджа добавил в водородный топливный элемент ионообменную мембрану для облегчения транспорта гидроксид-ионов. Изобретением Бэкона сразу заинтересовалось правительство США и NASA, обновленный топливный элемент стал использоваться на космических аппаратах «Аполлон» в качестве главного источника энергии во время их полетов.


Водородный топливный элемент из сервисного модуля «Аполлонов», вырабатывающий электричество, тепло и воду для астронавтов. Источник: James Humphreys / Wikimedia Commons

Сейчас топливный элемент на водороде напоминает традиционный гальванический элемент с одной лишь разницей: вещество для реакции не хранится в элементе, а постоянно поставляется извне. Просачиваясь через пористый анод, водород теряет электроны, которые уходят в электрическую цепь, а сквозь мембрану проходят катионы водорода. Далее на катоде кислород ловит протон и внешний электрон, в результате чего образуется вода.


Принцип работы водородного топливного элемента. Источник: Geek.com

С одной топливной ячейки снимается напряжение порядка 0,7 В, поэтому ячейки объединяют в массивные топливные элементы с приемлемым выходным напряжением и током. Теоретическое напряжение с водородного элемента может достигать 1,23 В, но часть энергии уходит в тепло.

С точки зрения «зеленой» энергетики у водородных топливных элементов крайне высокий КПД — 60%. Для сравнения: КПД лучших двигателей внутреннего сгорания составляет 35-40%. Для солнечных электростанций коэффициент составляет всего 15-20%, но сильно зависит от погодных условий. КПД лучших крыльчатых ветряных электростанций доходит до 40%, что сравнимо с парогенераторами, но ветряки также требуют подходящих погодных условий и дорогого обслуживания.

Как мы видим, по этому параметру водородная энергетика является наиболее привлекательным источником энергии, но все же существует ряд проблем, мешающих ее массовому применению. Самая главная из них — процесс добычи водорода.

Проблемы добычи


Водородная энергетика экологична, но не автономна. Для работы топливному элементу нужен водород, который не встречается на Земле в чистом виде. Водород нужно получать, но все существующие сейчас способы либо очень затратны, либо малоэффективны.

Самым эффективным с точки зрения объёма полученного водорода на единицу затраченной энергии считается метод паровой конверсии природного газа. Метан соединяют с водяным паром при давлении 2 МПа (около 19 атмосфер, т. е. давление на глубине около 190 м) и температуре около 800 градусов, в результате чего получается конвертированный газ с содержанием водорода 55-75%. Для паровой конверсии необходимы огромные установки, которые могут быть применимы лишь на производстве.


Трубчатая печь для паровой конверсии метана — не самый эргономичный способ добычи водорода. Источник: ЦТК-Евро

Более удобный и простой метод — электролиз воды. При прохождении электрического тока через обрабатываемую воду происходит серия электрохимических реакций, в результате которых образуется водород. Существенный недостаток этого способа — большие энергозатраты, необходимые для проведения реакции. То есть получается несколько странная ситуация: для получения водородной энергии нужна… энергия. Во избежание возникновения при электролизе ненужных затрат и сохранения ценных ресурсов некоторые компании стремятся разработать системы полного цикла «электричество — водород— электричество», в которых получение энергии становится возможным без внешней подпитки. Примером такой системы является разработка Toshiba h3One.   

Мобильная электростанция Toshiba h3One


Мы разработали мобильную мини-электростанцию h3One, преобразующую воду в водород, а водород в энергию. Для поддержания электролиза в ней используются солнечные батареи, а излишки энергии накапливаются в аккумуляторах и обеспечивают работу системы в отсутствие солнечного света. Полученный водород либо напрямую подается на топливные ячейки, либо отправляется на хранение во встроенный бак. За час электролизер h3One генерирует до 2 м3 водорода, а на выходе обеспечивает мощность до 55 кВт. Для производства 1 м3 водорода станции требуется до 2,5 м3 воды.

Пока станция h3One не способна обеспечить электричеством крупное предприятие или целый город, но для функционирования небольших районов или организаций ее энергии будет вполне достаточно. Благодаря своей мобильности она может использоваться также как и временное решение в условиях стихийных бедствий или экстренного отключения электричества. К тому же, в отличие от дизельного генератора, которому для нормального функционирования необходимо топливо, водородной электростанции достаточно лишь воды.   

Сейчас Toshiba h3One используется лишь в нескольких городах в Японии — к примеру, она снабжает электричеством и горячей водой железнодорожную станцию в городе Кавасаки.


Монтаж системы h3One в городе Кавасаки

Водородное будущее


Сейчас водородные топливные элементы обеспечивают энергией и портативные пауэр-банки, и городские автобусы с автомобилями, и железнодорожный транспорт (более подробно об использовании водорода в автоиндустрии мы расскажем в нашем следующем посте). Водородные топливные элементы неожиданно оказались отличным решением для квадрокоптеров — при аналогичной с аккумулятором массе запас водорода обеспечивает до пяти раз большее время полета. При этом мороз никак не влияет на эффективность. Экспериментальные дроны на топливных элементах производства российской компании AT Energy применялись для съемок на Олимпиаде в Сочи.

Стало известно, что на грядущих Олимпийских играх в Токио водород будет использоваться в автомобилях, при производстве электричества и тепла, а также станет главным источником энергии для олимпийской деревни. Для этого по заказу Toshiba Energy Systems & Solutions Corp. в японском городе Намиэ строится одна из крупнейших в мире станций по производству водорода. Станция будет потреблять до 10 МВт энергии, полученной из «зеленых» источников, генерируя электролизом до 900 тонн водорода в год.

Водородная энергетика — это наш «запас на будущее», когда от ископаемого топлива придется окончательно отказаться, а возобновляемые источники энергии не смогут покрывать нужды человечества. Согласно прогнозу Markets&Markets объем мирового производства водорода, который сейчас составляет $115 млрд, к 2022 году вырастет до $154 млрд. Но в ближайшем будущем массовое внедрение технологии вряд ли произойдет, необходимо еще решить ряд проблем, связанных с производством и эксплуатацией специальных энергоустановок, снизить их стоимость. Когда технологические барьеры будут преодолены, водородная энергетика выйдет на новый уровень и, возможно, будет так же распространена, как сегодня традиционная или гидроэнергетика.

принцип работы машин на водородном топливе, плюсы и минусы

Закрыть
  • Главная
  • Тест ПДД
  • Оборудование
  • Обслуживание автомобиля
  • Работа в Самаре
  • Главная
  • Тест ПДД
  • Оборудование
  • Обслуживание автомобиля
  • Работа в Самаре
  • Главная
  • Тест ПДД
  • Оборудование
  • Обслуживание автомобиля
  • Работа в Самаре
Главная Устройство автомобиля Двигатель и его компоненты

Центр данных по альтернативным видам топлива: основы водорода

Водород (H 2 ) — альтернативное топливо, которое можно производить из различных внутренних источников. Хотя рынок водорода в качестве транспортного топлива находится в зачаточном состоянии, правительство и промышленность работают в направлении чистого, экономичного и безопасного производства и распределения водорода для широкого использования в электромобилях на топливных элементах (FCEV). Легкие автомобили FCEV теперь доступны в ограниченных количествах для потребительского рынка в локализованных регионах внутри страны и по всему миру.Рынок также развивается для автобусов, погрузочно-разгрузочного оборудования (такого как вилочные погрузчики), наземного вспомогательного оборудования, грузовиков средней и большой грузоподъемности, морских судов и стационарного оборудования. Для получения дополнительной информации см. Свойства топлива и Центр ресурсов по анализу водорода.

В нашей окружающей среде много водорода. Он хранится в воде (H 2 O), углеводородах (таких как метан, CH 4 ) и других органических веществах. Одна из проблем использования водорода в качестве топлива заключается в возможности его эффективного извлечения из этих соединений.

В настоящее время паровой риформинг, сочетающий высокотемпературный пар с природным газом для извлечения водорода, составляет большую часть водорода, производимого в Соединенных Штатах. Водород также можно получить из воды путем электролиза. Это более энергоемко, но может быть выполнено с использованием возобновляемых источников энергии, таких как ветер или солнце, и избегая вредных выбросов, связанных с другими видами производства энергии.

Почти весь водород, производимый в США каждый год, используется для очистки нефти, обработки металлов, производства удобрений и обработки пищевых продуктов.

Хотя производство водорода может приводить к выбросам, влияющим на качество воздуха, в зависимости от источника, FCEV, работающий на водороде, выделяет только водяной пар и теплый воздух в качестве выхлопных газов и считается автомобилем с нулевым уровнем выбросов. Основные усилия в области исследований и разработок направлены на то, чтобы сделать эти автомобили и их инфраструктуру практичными для широкого использования. Это привело к первоначальному выпуску легких серийных автомобилей для розничных потребителей в северной и южной Калифорнии и доступности автопарка в северо-восточных штатах.

Узнайте больше о водороде и топливных элементах из отдела технологий водородных и топливных элементов.

Водород как альтернативное топливо

Водород считается альтернативным топливом в соответствии с Законом об энергетической политике 1992 года. Интерес к водороду в качестве альтернативного транспортного топлива обусловлен его способностью приводить в действие топливные элементы в FCEV с нулевым уровнем выбросов, его потенциалом для внутреннего производства, быстрым временем заполнения и высокая эффективность топливного элемента. Фактически топливный элемент, соединенный с электродвигателем, в два-три раза более эффективен, чем двигатель внутреннего сгорания, работающий на бензине.Водород также может служить топливом для двигателей внутреннего сгорания. Однако, в отличие от FCEV, они производят выбросы из выхлопной трубы и менее эффективны. Узнайте больше о топливных элементах.

Энергия 2,2 фунта (1 кг) газообразного водорода примерно такая же, как энергия 1 галлона (6,2 фунта, 2,8 кг) бензина. Поскольку водород имеет низкую объемную плотность энергии, он хранится на борту транспортного средства в виде сжатого газа для достижения дальности движения обычных транспортных средств. В большинстве современных приложений используются резервуары высокого давления, способные хранить водород с плотностью 5 000 или 10 000 фунтов на квадратный дюйм (psi).Например, FCEV, производимые производителями автомобилей и доступные в дилерских центрах, имеют резервуары на 10 000 фунтов на квадратный дюйм. Розничные диспенсеры, которые в основном расположены рядом с заправочными станциями, могут заполнить эти резервуары примерно за 5 минут. Другие технологии хранения находятся в стадии разработки, включая химическое связывание водорода с таким материалом, как гидрид металла или низкотемпературные сорбирующие материалы. Узнайте больше о хранении водорода.

Данные с розничных заправок водородом, собранные и проанализированные Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии, показывают, что среднее время, затрачиваемое на заправку топливом FCEV, составляет менее 4 минут.

Калифорния является лидером в строительстве водородных заправочных станций для автомобилей FCEV. По состоянию на середину 2020 года в Калифорнии для посетителей были открыты 43 розничные водородные станции, а еще 19 находились на различных стадиях строительства или планирования. Эти станции обслуживают более 8000 автомобилей FCEV. Калифорния продолжает предоставлять финансирование для строительства водородной инфраструктуры в рамках своей Программы чистого транспорта. Калифорнийская энергетическая комиссия имеет разрешение выделять до 20 миллионов долларов в год до 2023 года и инвестирует в первые 100 общественных станций для поддержки и поощрения этих автомобилей с нулевым уровнем выбросов.Кроме того, в северо-восточных штатах планируется построить 12 станций розничной торговли, некоторые из которых уже обслуживают клиентов автопарка.

Производители автомобилей предлагают FCEV только потребителям, живущим в регионах, где есть водородные станции. Некоммерческие станции в Калифорнии и по всей стране также продолжают обслуживать автопарк FCEV, включая автобусы. Многие распределительные центры используют водород в качестве топлива для погрузочно-разгрузочных машин в своей обычной работе. Кроме того, было сделано несколько заявлений относительно производства большегрузных автомобилей, таких как линейные грузовики, для которых потребуются заправочные станции с гораздо большей мощностью, чем существующие заправки для легких грузовых автомобилей.Найдите водородные заправочные станции в Соединенных Штатах.

.

Водородное топливо | Водород | Чистая энергия | Водородный топливный элемент


Что такое водородное топливо?

Водород — самый простой и распространенный элемент во Вселенной. Он имеет самое высокое содержание энергии на единицу веса — 52000 британских тепловых единиц (БТЕ) ​​на фунт (или 120,7 килоджоулей на грамм) любого известного топлива.Более того, при охлаждении до жидкого состояния это легкое топливо занимает 1/700 пространства, чем в газообразном состоянии. Это одна из причин, по которой водород используется в качестве топлива для двигателей ракет и космических кораблей, для чего требуется топливо с низким весом, компактностью и высоким содержанием энергии.

В свободном состоянии и при нормальных условиях водород представляет собой газ без цвета, запаха и вкуса. Основная молекула водорода (H) существует в виде двух атомов, связанных вместе электронами. Каждый атом состоит из одного протона и одного вращающегося электрона.Поскольку водород примерно на 1/14 плотнее воздуха, некоторые ученые считают, что он является источником всех других элементов в процессе ядерного синтеза. Обычно он существует в сочетании с другими элементами, такими как кислород в воде, углерод в метане и микроэлементы в виде органических соединений. Поскольку он настолько химически активен, он редко стоит отдельно как элемент.

При сжигании (или сочетании) с чистым кислородом единственными побочными продуктами являются тепло и вода. При сжигании (или сочетании) с воздухом, который составляет около 68% азота, некоторые оксиды азота (оксиды азота или NOx).Даже тогда при сжигании водорода образуется меньше загрязнителей воздуха по сравнению с ископаемым топливом.

Производство Водород, связанный в органическом веществе и в воде, составляет 70% поверхности Земли.

info @ HydrogenFuel.нетто

Подробнее о водородном топливе

Разрыв этих связей в воде позволяет нам производить водород, а затем использовать его в качестве топлива.Существует множество способов разорвать эти связи. Ниже описаны несколько методов производства водорода, которые используются в настоящее время или находятся в стадии исследований и разработок.

Большая часть водорода, производимого в настоящее время в Соединенных Штатах, производится в промышленных масштабах путем парового риформинга или как побочный продукт при переработке нефти и производстве химикатов. Паровой риформинг использует тепловую энергию для отделения водорода от углеродных компонентов в метане и метаноле и включает реакцию этих топлив с паром на каталитических поверхностях.На первом этапе реакции топливо разлагается на водород и окись углерода. Затем «реакция сдвига» превращает монооксид углерода и воду в диоксид углерода и водород. Эти реакции происходят при температурах 392 F (200 C) или выше.

Другой способ получения водорода — электролиз. Электролиз разделяет элементы водыH и кислорода (O), заряжая воду электрическим током. Добавление электролита, такого как соль, улучшает проводимость воды и увеличивает эффективность процесса.Заряд разрывает химическую связь между водородом и кислородом и расщепляет атомные компоненты, создавая заряженные частицы, называемые ионами. Ионы образуются на двух полюсах: аноде, который заряжен положительно, и катоде, который заряжен отрицательно. Водород собирается на катоде, а анод притягивает кислород. Напряжение 1,24 вольт необходимо для отделения водорода от кислорода в чистой воде при температуре 77 по Фаренгейту (F) и давлении 14,7 фунтов на квадратный дюйм [25 градусов Цельсия (C) и 1,03 килограмма (кг) на квадратный сантиметр.] Это требование к напряжению увеличивается или уменьшается с изменением температуры и давления.

Наименьшее количество электроэнергии, необходимое для электролиза одного моля воды, составляет 65,3 ватт-часов (при 77 F; 25 градусов C). Для производства одного кубического фута водорода требуется 0,14 киловатт-часа (кВтч) электроэнергии (или 4,8 кВтч на кубический метр).

Возобновляемые источники энергии позволяют производить электроэнергию для электролиза. Например, Центр энергетических исследований Шаца при Государственном университете им. Гумбольдта спроектировал и построил автономную солнечную водородную систему.В системе используется фотоэлектрическая (PV) матрица мощностью 9,2 киловатт (кВт) для обеспечения питания компрессоров, которые вентилируют аквариумы. Энергия, не используемая для работы компрессоров, работает от биполярного щелочного двигателя мощностью 7,2 кВт. электролизер. Электролизер может производить 53 стандартных кубических фута водорода в час (25 литров в минуту). Установка работает без надзора с 1993 года. Когда не хватает мощности от фотоэлектрической батареи, водород служит топливом для 1,5-киловаттного топливного элемента с протонообменной мембраной для обеспечения питания компрессоров.

Паровой электролиз — это разновидность обычного процесса электролиза. Часть энергии, необходимой для расщепления воды, добавляется в виде тепла вместо электричества, что делает процесс более эффективным, чем традиционный электролиз. При 2500 градусах Цельсия вода разлагается на водород и кислород. Это тепло могло быть обеспечено устройством концентрирования солнечной энергии. Проблема здесь в том, чтобы предотвратить рекомбинацию водорода и кислорода при высоких температурах, используемых в процессе.

При термохимическом расщеплении воды используются химические вещества, такие как бром или йод, с помощью тепла.Это заставляет молекулу воды расщепляться. Для выполнения всего этого процесса обычно требуется несколько шагов.

В фотоэлектрохимических процессах для производства водорода используются два типа электрохимических систем. В одном в качестве катализатора используются растворимые комплексы металлов, а в другом — полупроводниковые поверхности. Когда растворимый комплекс металлов растворяется, комплекс поглощает солнечную энергию и производит электрический заряд, который запускает реакцию расщепления воды. Этот процесс имитирует фотосинтез.

Другой метод использует полупроводниковые электроды в фотохимической ячейке для преобразования оптической энергии в химическую.Поверхность полупроводника выполняет две функции: поглощает солнечную энергию и действует как электрод. Световая коррозия ограничивает срок службы полупроводника.

Исследователи из Университета Теннесси и Окриджской национальной лаборатории Министерства энергетики США исследуют способы использования фотосинтеза для получения водорода из солнечного света. Исследователи извлекли из растений шпината два фотосинтетических комплекса; называется Фотосистема I и Фотосистема II. Эти двое работают вместе, чтобы производить углеводы для растения.Присоединяя атомы платины к комплексам Photosystem I, исследователи смогли получить водород из видимого света. К сожалению, для этого процесса требовалось использование добавленного химического вещества, что делало процесс в целом непрактичным, но это достижение показывает потенциал. Исследователи работают над тем, чтобы объединить Платина-Фотосистема I объединяется с комплексами Фотосистемы II, образуя молекулярную систему, которая может преобразовывать свет и воду непосредственно в водород без помощи добавленных химических веществ.

Биологические и фотобиологические процессы могут использовать водоросли и бактерии для производства водорода. В определенных условиях пигменты некоторых видов водорослей поглощают солнечную энергию. Фермент в клетке действует как катализатор расщепления молекул воды. Некоторые бактерии также способны производить водород, но, в отличие от водорослей, им требуется субстрат для роста. Организмы не только производят водород, но и очищают загрязнения.

Исследования, финансируемые Министерством энергетики США, привели к открытию механизма производства значительных количеств водорода из водорослей.Ученые десятилетиями знали, что водоросли производят следы водорода, но не нашли подходящего метода увеличения производства водорода. Ученые из Калифорнийского университета (Калифорнийский университет), Беркли и Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США нашли ключ. Позволив культуре водорослей расти в нормальных условиях, исследовательская группа лишила ее серы и кислорода, в результате чего она переключилась на альтернативный метаболизм, при котором образуется водород. После нескольких дней выработки водорода культура водорослей вернулась к нормальным условиям на несколько дней, что позволило ей накапливать больше энергии.Процесс можно было повторять много раз. Производство водорода из водорослей может в конечном итоге обеспечить рентабельный и практичный способ преобразования солнечного света в водород.

Еще одним источником водорода, получаемым в результате естественных процессов, является метан и этанол. Метан (Ch5) — компонент «биогаза», производимый анаэробными бактериями. Анаэробные бактерии широко распространены в окружающей среде. Они расщепляют или «переваривают» органический материал в отсутствие кислорода и производят биогаз в качестве побочного продукта.Источники биогаза включают свалки, отходы животноводства и городские очистные сооружения. Метан также является основным компонентом «природного газа» (основного топлива для теплоэлектростанций), производимого анаэробными бактериями много лет назад. Этанол получают путем ферментации биомассы. Большая часть топливного этанола, производимого в Соединенных Штатах, производится из кукурузы.

Инженеры-химики из Университета Висконсин-Мэдисон разработали процесс производства водорода из глюкозы, сахара, производимого на многих заводах.Этот процесс особенно перспективен, поскольку он происходит при относительно низких температурах и может производить водород, пригодный для топливных элементов, за один этап. Глюкоза производится в огромных количествах из кукурузного крахмала, но также может быть получена из сахарной свеклы или дешевых отходов, таких как шлам бумажных фабрик, сырная сыворотка, кукурузная солома или древесные отходы.

США, Япония, Канада и Франция исследовали расщепление термальной воды, радикально иной подход к созданию водорода. В этом процессе для расщепления молекул воды используется тепло до 5430F (3000C).

Возможное использование водорода

При правильном хранении водород в качестве топлива горит в газообразном или жидком состоянии. Автомобили и печи можно переоборудовать для использования водорода в качестве топлива. Фактически водород уже много лет используется в транспортном, промышленном и жилом секторах США. Многие люди в конце 19 века сжигали топливо, называемое «городским газом», которое представляло собой смесь водорода и окиси углерода. Некоторые страны, в том числе Бразилия и Германия, до сих пор распространяют это топливо.Водород использовался в первых «воздушных шарах», а затем в дирижаблях (дирижаблях) в начале 1900-х годов. Газообразный водород использовался в 1820 году в качестве топлива для одного из первых двигателей внутреннего сгорания. В 1950-х годах у ВВС США была секретная многомиллионная программа под кодовым названием Suntan по разработке водорода в качестве топлива для самолетов. В настоящее время в промышленности используется большое количество водорода для очистки нефти и производства аммиака и метанола. Спейс шаттл использует водород в качестве топлива для своих ракет.Производители автомобилей разработали автомобили на водороде.

Сжигание водорода приводит к меньшему загрязнению воздуха, чем бензин или дизельное топливо. Водород также имеет более высокую скорость пламени, более широкие пределы воспламеняемости, более высокую температуру детонации, горит сильнее и требует меньше энергии для воспламенения, чем бензин. Это означает, что водород сгорает быстрее, но несет в себе опасность преждевременного воспламенения и обратного возгорания. Хотя водород имеет свои преимущества в качестве автомобильного топлива, ему еще предстоит пройти долгий путь, прежде чем его можно будет использовать в качестве замены бензина.В основном это связано с инвестициями, необходимыми для развития инфраструктуры производства и распределения водорода.

Однако в этом плане дела только начинаются. Производители автомобилей Honda и BMW создали водородные заправочные станции в рамках своих усилий по разработке автомобилей, работающих на топливных элементах. В центре исследований и разработок Honda в Торрансе, Калифорния, фотоэлектрическая батарея электролизует водород из воды. Массив производит достаточно водорода, чтобы привести в действие одно транспортное средство на топливных элементах. Дополнительная мощность от электросети используется для увеличения мощности по производству водорода.Новая станция поддерживает программу Honda по разработке автомобилей на топливных элементах для производства, хранения и заправки водорода. Honda и разработчик топливных элементов также работают вместе над «домашней» системой заправки водородом для автомобилей на топливных элементах. BMW открыла заправочную станцию ​​водородом в центре технических испытаний и контроля выбросов в Окснарде, штат Калифорния. BMW использует другой подход, чем большинство автомобильных компаний, сжигая водород непосредственно в современных двигателях внутреннего сгорания, и тестирует эти автомобили на заводе в Окснарде.

Калифорнийское партнерство по топливным элементам (CaFCP) также создает водородную инфраструктуру. CaFCP ввела в эксплуатацию свою первую «спутниковую» систему заправки водородом в конце октября 2002 года в Ричмонде, штат Калифорния, примерно в 70 милях от штаб-квартиры CaFCP и первичной заправочной станции в Западном Сакраменто. Это расширяет диапазон, в котором могут управляться прототипы транспортных средств на топливных элементах CaFCP. Система заправки топливом использует электролиз для получения водорода из воды и включает в себя блок хранения, способный хранить 104 фунта (47 кг) водорода.Он способен заправить небольшой парк автомобилей и требует всего одну-две минуты на заправку.

В ноябре 2002 года в Лас-Вегасе, штат Невада, открылась первая в мире водородная энергетическая станция, которая может обеспечивать топливо для транспортных средств, а также производить электроэнергию. Станция расположена в городском центре технического обслуживания и эксплуатации автомобилей. Он объединяет в себе водородный генератор, компрессор, резервуары для хранения жидкого и газообразного водорода, системы распределения и стационарный топливный элемент.Он может подавать водород, природный газ, обогащенный водородом, и сжатый природный газ. Министерство энергетики также работает с городскими властями над переводом муниципальных транспортных средств на водород.

Топливные элементы — это технология, в которой водород используется для производства полезной энергии. В топливных элементах электролиз обращен путем объединения водорода и кислорода в электрохимическом процессе, в результате которого вырабатывается электричество, тепло и вода. В космической программе США топливные элементы используются для питания космических кораблей на протяжении десятилетий.Топливные элементы, которые могут использоваться в автомобилях и автобусах, разрабатывались и разрабатываются. Несколько компаний разрабатывают топливные элементы для стационарной выработки электроэнергии. Большинство крупных производителей автомобилей разрабатывают автомобили, работающие на топливных элементах.

Водород можно рассматривать как способ хранения энергии, производимой из возобновляемых ресурсов, таких как солнце, ветер, биомасса, гидро- и геотермальная энергия. Например, когда светит солнце, солнечные фотоэлектрические системы могут обеспечивать электричеством, необходимым для отделения водорода (как описано выше в отношении Исследовательского центра Государственного университета Гумбольдта).Затем водород можно было хранить и сжигать в качестве топлива или использовать топливный элемент для выработки электроэнергии ночью или в пасмурные периоды.

Хранение водорода

Чтобы использовать водород в больших масштабах, необходимо разработать безопасные и практичные системы хранения, особенно для автомобилей. Хотя водород можно хранить в жидком виде, это сложный процесс, потому что водород необходимо охлаждать до -423 по Фаренгейту (-253 по Цельсию). Для охлаждения водорода до этой температуры требуется от 25% до 30% его энергии, что требует специальных материалов и обращения.Для охлаждения одного фунта (0,45 кг) водорода требуется 5 кВтч электроэнергии.

Водород также можно хранить в виде газа, который потребляет меньше энергии, чем производство жидкого водорода. Как газ, он должен находиться под давлением, чтобы сохранить сколько-нибудь заметное количество. Для крупномасштабного использования сжатый газообразный водород можно хранить в пещерах, газовых месторождениях и шахтах. Затем водородный газ можно было бы направить в отдельные дома так же, как и природный газ. Хотя это средство хранения пригодно для обогрева, оно непрактично для транспортировки, поскольку металлические резервуары под давлением, используемые для хранения газообразного водорода для транспортировки, очень дороги.

Потенциально более эффективный способ хранения водорода — гидриды. Гидриды — это химические соединения водорода и других материалов. В настоящее время проводятся исследования гидридов магния. Некоторые металлические сплавы, такие как магний-никель, магний-медь и соединения железа-титана, поглощают водород и выделяют его при нагревании. Однако гидриды накапливают мало энергии на единицу веса. Текущие исследования нацелены на создание соединения, которое будет нести значительное количество водорода с высокой плотностью энергии, выделять водород в качестве топлива, быстро реагировать и быть рентабельным.

Компания Power Ball Technologies из Юты разработала процесс, в котором металлический натрий гранулируется и инкапсулируется полиэтиленовым пластиком. Затем гранулы можно помещать в контейнеры, транспортировать и затем открывать в запатентованном генераторе водорода для получения газообразного водорода. По данным компании, каждый галлон этих гранул способен производить 1307 галлонов газообразного водорода, что эквивалентно плотности хранения водорода более чем в 7 раз по объему, чем резервуар для сжатого водорода, хранящий водород при 3000 psi.

Стоимость водорода

В настоящее время наиболее экономичным способом производства водорода является паровой риформинг. По данным Министерства энергетики США, в 1995 году стоимость одного миллиона британских тепловых единиц составляла 7,39 доллара США (7 долларов США за миллион британских тепловых единиц). гигаджоуль) при производстве крупных растений. При этом предполагается, что стоимость природного газа составляет 2,43 доллара за миллион британских тепловых единиц (2,30 доллара за гигаджоуль). Это эквивалентно 0,93 доллара США за галлон (0,24 доллара США за литр) бензина. Производство водорода электролизом с использованием гидроэлектроэнергии по внепиковым тарифам стоит от 10 долларов.От 55 до 21,10 доллара за миллион британских тепловых единиц (от 10 до 20 долларов за гигаджоуль).

Исследования водорода в США

Признавая потенциал водородного топлива, Министерство энергетики США (DOE) и частные организации в течение нескольких лет финансировали программы исследований и разработок (НИОКР). Министерство энергетики прилагает большие усилия для разработки водорода в качестве основного топлива в течение следующих нескольких десятилетий.


Что такое «Топливо» Из воды? »

Топливо из воды — это процесс удаления 2 молекул водорода из h3O, поэтому что водород можно использовать как « водорода топливо

Сеть Нулевой энергетический рынок к 2035 году будет составлять 1,3 триллиона долларов в год

http: //www.navigantresearch.ru / newsroom / yield-from-net-zero-Energy-Building-to-to-Leach-1 — 3 триллиона к 2035 году

зданий с нулевым энергопотреблением — что насчет зданий уже Стоя?

http://www.forbes.com/sites/justingerdes/2012/02/28/net-zero-energy-buildings-are-coming-what-about-the-buildings-already-standing/

рынок распределенных PV, также известный как К 2013 году рынок «Rooftop PV»
будет стоить 60 миллиардов долларов в год!

http: // www.environmentalleader.com/2009/09/10/on-site-solar-poised-for-22-annual-growth/

Поддержка Возобновляемая энергия

и

Американский Энергетический план!

Сверло Baby Drill!

НЕТ ИНОСТРАННАЯ НЕФТЬ!

траты сотни, сотни и сотни миллиардов долларов ежегодно на нефть, большая часть из них с Ближнего Востока, это как раз самая глупая вещь, которая современное общество могло бы это сделать.Очень сложно думать о чем-либо более идиотский, чем это.
~ Р. Джеймс Вулси-младший, бывший Директор ЦРУ

По Р.Джеймс Вулси, бывший директор Центрального разведывательного управления: Основная идея заключается в осознании того, что глобальное потепление, геополитика нефти и войны в Персидском заливе — это не отдельные проблемы, а аспекты одной проблемы, зависимости Западного Востока от нефти.

.

11 больших преимуществ и недостатков водородных топливных элементов — Green Garage

Водород — это экологически чистая альтернатива ископаемому топливу, и его можно использовать для питания практически любой машины, нуждающейся в энергии. Топливный элемент, который представляет собой устройство преобразования энергии, способное улавливать и эффективно использовать энергию водорода, является ключом к тому, чтобы это произошло.

Список преимуществ водородных топливных элементов

1. Легко доступен.
Как упоминалось ранее, водород является основным элементом земли, и его очень много.Однако для отделения газообразного водорода от сопутствующих ему веществ требуется много времени. Хотя это может быть так, в результате получается мощный источник чистой энергии.

2. Не производит вредных выбросов.
При сжигании водорода он не выделяет вредных веществ. По сути, он реагирует на кислород без горения, и выделяемая им энергия может использоваться для выработки электроэнергии, используемой для привода электродвигателя. Кроме того, он не выделяет углекислый газ при горении, как и другие источники энергии.

3. Экологически чистый.
Водород — нетоксичное вещество, которое редко используется в качестве источника топлива. Другие, такие как ядерная энергия, уголь и бензин, либо токсичны, либо обнаружены в местах с опасной окружающей средой. Поскольку водород безопасен для окружающей среды, его можно использовать так, как другие виды топлива даже не могут сравниться.

4. Может использоваться как топливо в ракетах.
Водород одновременно мощный и эффективный. Этого достаточно для обеспечения питания мощных машин, например космических кораблей.Кроме того, учитывая, что это экологически чистый, это гораздо более безопасный выбор по сравнению с другими источниками топлива. Интересный факт: водород в три раза мощнее бензина и других ископаемых видов топлива. Это означает, что он может добиться большего с меньшими затратами.

5. Экономичный.
По сравнению с дизельным топливом или газом водород намного более экономичен, поскольку он может производить больше энергии на фунт топлива. Это означает, что если автомобиль работает на водороде, он может проехать дальше, чем автомобиль с таким же количеством топлива, но с использованием более традиционного источника энергии.

Топливные элементы, работающие на водороде, имеют эффективность в два или три раза выше традиционных технологий сжигания. Например, обычная электростанция, работающая на сжигании, обычно вырабатывает электричество с КПД от 33 до 35 процентов. Водородные топливные элементы способны вырабатывать электроэнергию с КПД до 65 процентов.

Кроме того, бензиновый двигатель в обычном автомобиле не так эффективен, как преобразование химической энергии в бензин в энергию, которая приводит в движение автомобили при нормальных условиях движения.Транспортные средства, которые используют водородные топливные элементы, а также электродвигатели, более эффективны, поскольку они могут использовать от 40 до 60 процентов энергии топлива. В результате расход топлива снижается более чем на 50%.

Plus, топливные элементы работают тихо, имеют меньше движущихся частей и хорошо подходят для различных областей применения.

6. Возобновляемый.
Водород можно производить снова и снова, в отличие от других невозобновляемых источников энергии. Это означает, что с водородом вы получаете ограниченный источник топлива.В принципе, водородная энергия может производиться по запросу. Кроме того, он широко доступен — все, что нужно, — это расщепить молекулы воды, чтобы она отделилась от кислорода. Без сомнения, это трудоемкий процесс, но результат отличный.

Список недостатков водородных топливных элементов

1. Дорого.
Хотя водород широко доступен, он стоит дорого. Хорошая причина для этого в том, что на отделение элемента от других требуется много времени. Если бы процесс был действительно простым, многие могли бы сделать это относительно легко, но это не так.

Хотя водородные элементы сейчас используются для питания гибридных автомобилей, они по-прежнему не являются подходящим источником топлива для всех. До тех пор, пока не будет разработана технология, которая может значительно упростить весь процесс, водородная энергия будет оставаться дорогостоящим вариантом.

2. Трудно хранить.
Водород очень трудно перемещать. Если говорить о нефти, то этот элемент можно отправлять по трубопроводам. Говоря об угле, его можно легко унести на кузове грузовика.Говоря о водороде, просто перемещение даже небольших количеств — очень дорогое дело. Уже по этой причине транспортировка и хранение такого вещества нецелесообразны.

3. Заменить существующую инфраструктуру непросто.
Бензин широко используется и по сей день. И на данный момент просто нет инфраструктуры, которая могла бы использовать водород в качестве топлива. Вот почему просто думать о замене бензина становится очень дорого. Кроме того, автомобили необходимо переоборудовать, чтобы использовать водород в качестве топлива.

4. Легко воспламеняется.
Поскольку водород является очень мощным источником топлива, он может быть очень легковоспламеняющимся. Фактически, он часто появляется в новостях из-за большого количества рисков. Газообразный водород горит в воздухе в очень больших концентрациях — от 4 до 75 процентов.

5. Для его производства часто используется ископаемое топливо.
Хотя водородная энергия является возобновляемой и оказывает минимальное воздействие на окружающую среду, для ее отделения от кислорода часто используются другие невозобновляемые источники, такие как уголь, нефть и природный газ.Хотя цель перехода на водород состоит в том, чтобы отказаться от использования ископаемого топлива, ископаемое топливо по-прежнему часто используется для производства водородного топлива. Возобновляемые источники энергии, такие как солнечная и ветровая, могут использоваться для производства водородной энергии, и это более экологичный выбор.

Возможности водородных топливных элементов

Вот обзор того, на что способны топливные элементы:

  • Стационарные топливные элементы могут использоваться в качестве резервного источника энергии, энергии для удаленных мест, распределенного производства электроэнергии и когенерации.
  • Топливные элементы могут питать любое портативное приложение, использующее батареи — от портативных устройств до портативных генераторов.
  • Топливные элементы для транспортировки энергии, такой как личные автомобили, грузовики, автобусы и морские суда; он также может обеспечивать вспомогательную энергию для традиционных транспортных технологий.

Таким образом, водород будет играть важную роль в будущем в качестве замены импортной нефти, используемой в настоящее время в легковых и грузовых автомобилях. Фактически, несколько производителей автомобилей разработали автомобили, которые работают на водородном топливе, а не на бензине или дизельном топливе.

Водород — основной элемент земли. Атом состоит из одного протона и одного электрона. Его тоже очень много, но он не может существовать как отдельная форма материи. Скорее, он сочетается с другими элементами.

Об авторе
Брэндон Миллер имеет степень бакалавра искусств. из Техасского университета в Остине. Он опытный писатель, написавший более ста статей, которые прочитали более 500 000 человек. Если у вас есть какие-либо комментарии или сомнения по поводу этого сообщения в блоге, свяжитесь с командой Green Garage здесь..

топливных элементов | Гидрогеника

Водород + кислород = Электричество + Водяной пар

Fuel Cell
Катод: O 2 + 4H + + 4e → 2H 2 O
Анод: 2H 2 4H + + 4e 9 —

2 Всего: 2H 2 + O 2 2H 2 O

Топливный элемент — это устройство, преобразующее химическую потенциальную энергию (энергию, хранящуюся в молекулярных связях) в электрическую энергию.Элемент PEM (протонообменная мембрана) использует газообразный водород (H 2 ) и газообразный кислород (O 2 ) в качестве топлива. Продуктами реакции в клетке являются вода, электричество и тепло. Это большое улучшение по сравнению с двигателями внутреннего сгорания, угольными электростанциями и атомными электростанциями, которые производят вредные побочные продукты.

Поскольку O 2 легко доступен в атмосфере, нам нужно только снабдить топливный элемент H 2 , который может поступать в процессе электролиза (см. Щелочной электролиз или электролиз PEM).

Топливный элемент PEM состоит из четырех основных элементов:

Анод, отрицательный столб топливного элемента, выполняет несколько функций. Он проводит электроны, освобожденные от молекул водорода, чтобы их можно было использовать во внешней цепи. В нем есть протравленные каналы, которые равномерно распределяют газообразный водород по поверхности катализатора.

Катод, положительный полюс топливного элемента, имеет протравленные в нем каналы, которые распределяют кислород к поверхности катализатора.Он также проводит электроны обратно от внешней цепи к катализатору, где они могут рекомбинировать с ионами водорода и кислородом с образованием воды.

Электролит — протонообменная мембрана. Этот специально обработанный материал, напоминающий обычную кухонную полиэтиленовую пленку, проводит только положительно заряженные ионы. Мембрана блокирует электроны. Для PEMFC мембрана должна быть гидратирована, чтобы функционировать и оставаться стабильной.

Катализатор — это особый материал, облегчающий реакцию кислорода и водорода.Обычно он состоит из наночастиц платины, очень тонко нанесенных на копировальную бумагу или ткань. Катализатор является шероховатым и пористым, поэтому максимальная площадь поверхности платины может подвергаться воздействию водорода или кислорода. Покрытая платиной сторона катализатора обращена к ПЭМ.

Fuel Cells

Как следует из названия, сердцем клетки является протонообменная мембрана. Он позволяет протонам проходить через него практически беспрепятственно, а электроны блокируются. Таким образом, когда H 2 ударяется о катализатор и разделяется на протоны и электроны (помните, что протон такой же, как и ион H +), протоны проходят прямо на катодную сторону, в то время как электроны вынуждены проходить через внешние цепь.По пути они выполняют полезную работу, например, зажигают лампочку или приводят в движение двигатель, прежде чем объединиться с протонами и O 2 с другой стороны для производства воды.

Как это работает? Сжатый газообразный водород (H 2 ), поступающий в топливный элемент со стороны анода. Этот газ проходит через катализатор под давлением. Когда молекула H 2 вступает в контакт с платиной на катализаторе, она расщепляется на два иона H + и два электрона (e-). Электроны проходят через анод, где они проходят через внешнюю цепь (выполняя полезную работу, например, вращая двигатель), и возвращаются на катодную сторону топливного элемента.

Между тем, на катодной стороне топливного элемента газообразный кислород (O 2 ) проталкивается через катализатор, где он образует два атома кислорода. Каждый из этих атомов имеет сильный отрицательный заряд. Этот отрицательный заряд притягивает два иона H + через мембрану, где они объединяются с атомом кислорода и двумя электронами из внешнего контура, образуя молекулу воды (H 2 O).

Все эти реакции происходят в так называемом стеке ячеек. Затем опыт также включает настройку полной системы вокруг основного компонента, которым является стек ячеек.

Стек будет встроен в модуль, включающий управление топливом, водой и воздухом, аппаратное и программное обеспечение для управления охлаждающей жидкостью. Затем этот модуль будет интегрирован в полную систему для использования в различных приложениях.

Благодаря высокому энергетическому содержанию водорода и высокой эффективности топливных элементов (55%), эта отличная технология может использоваться во многих приложениях, таких как транспорт (автомобили, автобусы, вилочные погрузчики и т. Д.) И резервное питание для выработки электроэнергии во время сбоя электросеть.

Преимущества технологии:

  • Путем преобразования химической потенциальной энергии непосредственно в электрическую энергию, топливные элементы избегают «теплового узкого места» (следствие закона термодинамики 2 и ) и, таким образом, по своей сути более эффективны, чем двигатели внутреннего сгорания, которые сначала должны преобразовывать химическую потенциальную энергию в тепло, а затем в механическую работу.
  • Прямые выбросы от автомобиля на топливных элементах — это просто вода и немного тепла. Это огромное улучшение по сравнению с целым рядом парниковых газов двигателями внутреннего сгорания.
  • Топливные элементы не имеют движущихся частей. Таким образом, они намного надежнее традиционных двигателей.
  • Водород можно производить без вреда для окружающей среды, в то время как добыча и очистка нефти очень вредны.
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *