SlideShare ist ein Scribd-Unternehmen logo
1 von 25
Downloaden Sie, um offline zu lesen
Лекции 13-14. Водородная 
энергетика
2 
1973 год: нефтяное эмбарго
3 
1974 год: экономический кризис, прогнозы 
истощения запасов нефти и создание Мировой 
водородной ассоциации 
Темпы добычи 
традиционных видов топлива 
Водородная энергетика 
- система 
энергообеспечения, 
которая основана на 
применении водорода в 
качестве вторичного 
энергоносителя
4 
Традиционная энергетика и экология 
Распределение валового выброса 
по отраслям промышленности (Воронеж) 
Теплоэнергетика 
Пищевая 
2,8% 
Строительных 
материалов 
3,1% 
Машиностроение 65,5% 
Изменение средней температуры на Земле 
9,6% 
Химическая 
8,3% 
Транспортная 
2,6% 
Другие отрасли 
8,1% 
Выхлоп водородного автобуса в Лондоне – 
это водяной пар
Современное производство Н2 
 Сейчас в мире производится 400 миллиардов 
кубических метров водорода 
– Это соответствует 10 процентам производства 
нефти 
– В основном этот водород идет в химическую и 
пищевую промышленность 
 По прогнозам, к 2050 году треть 
производимой энергии должна быть 
покрыта водородом как источником топлива. 
5
Задачи водородной энергетики 
1. Производство водорода 
– традиционное направление — получение водорода 
с помощью обычных процессов реформинга натурального 
газа или реформинга угля с последующим транспортом 
водорода и использование его в разной форме 
– второе направление — получение водорода из воды 
с помощью электролиза 
 Ветер, солнце, геотермальное тепло могут обеспечить 
электроэнергией производство необходимого количества 
водорода в мире с помощью обычного электролиза. При таких 
методах получения водорода минимизируется использование 
углеродосодержащего сырья (видео – Исландия) 
6
7 
Способы получения водорода
Задачи водородной энергетики 
2. Хранение водорода 
А) Сжижение 
Плюсы данного метода: он позволяет накапливать водород с 
наименьшим балластом (отношение массы ёмкости к массе 
запасённого водорода), не используется высокое давление. Есть 
возможность дозаправки 
Минусы: сверхнизкая температура хранения, постоянная утечка 
водорода, необходимость использования специальных 
материалов. Кроме того, водород тяжело сжижается, так что 
процесс в целом получается очень затратным. 
8
Задачи водородной энергетики 
2. Хранение водорода 
Б) Баллоны 
Плюсы: высокая надёжность метода. Долговечность хранения. 
Возможность дозаправки. 
Минусы: большая балластная масса, высокое рабочее давление 
– Балластная масса составляет порядка 100 г на каждый грамм водорода 
– Диффузия водорода и утечки через дефекты уплотнений 
9
Задачи водородной энергетики 
2. Хранение водорода 
В) Гидриды d-элементов 
Одним из первых гидридов, использованных для хранения 
водорода, был FeTiH2. Это компактный материал, обратимо 
связывающий водород. При хранении этого гидрида не 
развивается высокого давления, и он способен храниться очень 
длительное время. 
Плюсы: высокая надёжность метода. Долговечность хранения. 
Низкое рабочее давление 
Минусы: большая балластная масса. 
– балластная масса, которая составляет 52 грамма на грамм водорода 
10
Задачи водородной энергетики 
2. Хранение водорода 
Г) Активные металлы 
Для получения водорода можно использовать порошки 
активных металлов и воду. 
Плюсы: низкое рабочее давление, малая балластная масса, 
возможность длительного хранения, высокая надёжность метода. 
Минусы: - невозможность перезаправки данного элемента, 
высокая цена используемых металлов. 
11
Задачи водородной энергетики 
2. Хранение водорода 
Д) Гидриды активных металлов 
Гидриды щелочных и щелочноземельных металлов активно 
реагируют с водой, выделяя водород. При этом водорода 
выделяется в два раза больше, чем просто из металла. 
Рекордсмен литий — для него балластная масса составит только 
3,5 грамма. 
Плюсы: низкое рабочее давление, малая балластная масса, 
возможность длительного хранения, высокая надёжность метода. 
Минусы: невозможность перезаправки данного элемента, 
высокая цена используемых материалов. 
12
Задачи водородной энергетики 
2. Хранение водорода 
Е) Органические накопители 
Многие органические вещества способны вступать в реакцию 
дегидрирования, то есть реакцию с выделением водорода. 
Простой пример — дегидрирование циклогексана с образованием 
бензола. Реакция обратима, а это значит, что подобные вещества 
потенциально являются накопителями водорода 
Плюсы: возможность длительного хранения, возможность 
перезаправки данного элемента, низкое рабочее давление, малая 
балластная масса. 
Минусы: возможно, высокая цена используемых катализаторов. 
13
Заправимся бензином? 
 рассчитаем массу ёмкостей или материалов, длительно запасающих 2 кг 
водорода. Это: 
 200 кг стальных баллонов 
 80 кг пластиковых баллонов сверхвысокого давления 
 106 кг смешанного гидрида титана 
 54 кг алюминия и воды 
 21 кг гидрида кальция (и 18 кг воды для реакции (!)) 
 8 кг гидрида лития (и 18 кг воды для реакции) 
 порядка 40 кг органических накопителей. 
 самым экономичным из вариантов является гидрид лития, но он необратимо 
реагирует с водой и дорог. Второе место делят система из гидрида кальция с 
водой и органические накопители водорода. Из всех вышеописанных систем 
только органические накопители можно использовать повторно, то есть 
«перезаряжать» их водородом. 
 Итак, заправим водородный 14 автомобиль бензином?!
Задачи водородной энергетики 
3. Использование водорода в качестве 
топлива 
– Традиционное направление 
15
16 
1941 год, СССР: зарождение 
водородной энергетики (видео) 
 масштабное практическое 
применение водорода в 
качестве моторного топлива 
началось в Великую 
Отечественную войну 
 в блокадном Ленинграде 
техник-лейтенант Шелищ 
Борис Исаакович (1908-1980) 
предложил использовать 
водород, "отработавший" в 
аэростатах, как топливо для 
работы нескольких сотен 
автомобилей ГАЗ-АА
Задачи водородной энергетики 
3. Использование водорода в качестве 
топлива 
– Электрохимическое направление 
В будущем основным устройством для использования 
водорода станут топливные элементы 
17
Водород или бензин? 
18
19 
Очень дорого 
 Автомобиль 
– Мощность 50 кВт 
– Стоимость топливного 
элемента 
250 тыс.долл. 
 Автобус 
– Мощность 200 кВт 
– Стоимость топливного 
элемента 
1 млн.долл.
20 
Современные проблемы водородных 
автомобилей на топливных элементах 
 проблемы коммерциализации 
– высокая стоимость 
– недостаточный срок службы 
 проблемы получения и хранения Н2 на 
борту автомобиля 
 отсутствие инфраструктуры
21 
2009 год: Америка признала водород 
нерентабельным автомобильным топливом 
 Президент США Барак Обама 
ликвидировал “Фонд развития 
автомобилей с водородными 
двигателями” 
 Министр энергетики США 
Стивен Чу считает, что 
автомобили на 
водородных топливных 
элементах появятся на 
дорогах в большом 
количестве лет через 15-20, в 
отличие от гибридных 
автомобилей
22 
Водородный автомобиль на 
топливных элементах 
 водород окисляется в 
топливном элементе (fuel 
cell, FC): его химическая 
энергия напрямую 
преобразуется в 
электрическую энергию 
 вместо бензинового 
двигателя внутреннего 
сгорания (д.в.с.) для 
приведения автомобиля в 
движение используется 
электродвигатель
23 
Гибридный автомобиль 
 используются два 
двигателя: бензиновый 
д.в.с. и электродвигатель 
 д.в.с. приводит в движение 
электрогенератор, 
вырабатывающий 
электроэнергию для 
заряда аккумуляторов 
 аккумуляторы, 
разряжаясь, передают 
энергию на 
электродвигатели, 
приводящие автомобиль в 
движение
Водород + бензин 
 BMW и Mazda: нужно 
сохранить в водородном 
автомобиле возможность 
ездить на бензине 
– активно 
разрабатываются 
системы хранения Н2, 
наиболее близкие к 
серийному производству: 
 баллоны с газообразным 
водородом, 
находящимся под 
высоким давлением 
(Mazda) 
 топливные баки с 
жидким водородом, 
находящимся при низкой 
(–253 °С) температуре 
(BMW) 
24
Водород + бензин 
 Национальная ассоциация водородной 
энергетики (Россия): 
– нужно применять водород в качестве 
добавки к основному (бензиновому) 
топливу 
это способствует улучшению топливной 
экономичности д.в.с. и снижению 
выброса вредных веществ 
25

Weitere ähnliche Inhalte

Was ist angesagt?

hydrogen as a fuel , ecosystem and future initiative
hydrogen as a fuel , ecosystem and future initiativehydrogen as a fuel , ecosystem and future initiative
hydrogen as a fuel , ecosystem and future initiativeSaquib Khursheed
 
Vulgarisation de la technologie de containers Docker
Vulgarisation de la technologie de containers DockerVulgarisation de la technologie de containers Docker
Vulgarisation de la technologie de containers DockerFlorian Bobin
 
Secure container: Kata container and gVisor
Secure container: Kata container and gVisorSecure container: Kata container and gVisor
Secure container: Kata container and gVisorChing-Hsuan Yen
 
Enabling new client operating systems in Uyuni. AlmaLinux as an example.
Enabling new client operating systems in Uyuni. AlmaLinux as an example.Enabling new client operating systems in Uyuni. AlmaLinux as an example.
Enabling new client operating systems in Uyuni. AlmaLinux as an example.Uyuni Project
 
Docker Basic to Advance
Docker Basic to AdvanceDocker Basic to Advance
Docker Basic to AdvanceParas Jain
 
Understanding Java Garbage Collection
Understanding Java Garbage CollectionUnderstanding Java Garbage Collection
Understanding Java Garbage CollectionAzul Systems Inc.
 

Was ist angesagt? (6)

hydrogen as a fuel , ecosystem and future initiative
hydrogen as a fuel , ecosystem and future initiativehydrogen as a fuel , ecosystem and future initiative
hydrogen as a fuel , ecosystem and future initiative
 
Vulgarisation de la technologie de containers Docker
Vulgarisation de la technologie de containers DockerVulgarisation de la technologie de containers Docker
Vulgarisation de la technologie de containers Docker
 
Secure container: Kata container and gVisor
Secure container: Kata container and gVisorSecure container: Kata container and gVisor
Secure container: Kata container and gVisor
 
Enabling new client operating systems in Uyuni. AlmaLinux as an example.
Enabling new client operating systems in Uyuni. AlmaLinux as an example.Enabling new client operating systems in Uyuni. AlmaLinux as an example.
Enabling new client operating systems in Uyuni. AlmaLinux as an example.
 
Docker Basic to Advance
Docker Basic to AdvanceDocker Basic to Advance
Docker Basic to Advance
 
Understanding Java Garbage Collection
Understanding Java Garbage CollectionUnderstanding Java Garbage Collection
Understanding Java Garbage Collection
 

Ähnlich wie Водородная энергетика

Alternative Energy
Alternative EnergyAlternative Energy
Alternative Energyonexim
 
Реферат по физике «Альтернативные источники электроэнергетики»
Реферат по физике «Альтернативные источники электроэнергетики»Реферат по физике «Альтернативные источники электроэнергетики»
Реферат по физике «Альтернативные источники электроэнергетики»Kirrrr123
 
Vetrovodorodnye energeticheskie sistemy
Vetrovodorodnye energeticheskie sistemyVetrovodorodnye energeticheskie sistemy
Vetrovodorodnye energeticheskie sistemyMaksKashparov
 
Ю.В. Синяк - Новые явления в мировой энергетике и их влияние на ТЭК России
Ю.В. Синяк - Новые явления в мировой энергетике и их влияние на ТЭК РоссииЮ.В. Синяк - Новые явления в мировой энергетике и их влияние на ТЭК России
Ю.В. Синяк - Новые явления в мировой энергетике и их влияние на ТЭК РоссииMoscow School of Economics (MSE MSU)
 
Всё о нефти
Всё о нефтиВсё о нефти
Всё о нефтиEduson.tv
 
варфоломеев биотопливо
варфоломеев биотопливоварфоломеев биотопливо
варфоломеев биотопливоEcolife Journal
 
Топливные элементы
Топливные элементыТопливные элементы
Топливные элементыolegkozaderov
 
Развитие бизнеса в условиях новых реалий международной политики в области изм...
Развитие бизнеса в условиях новых реалий международной политики в области изм...Развитие бизнеса в условиях новых реалий международной политики в области изм...
Развитие бизнеса в условиях новых реалий международной политики в области изм...Энергия будущего
 
346.каковы рыночные возможности диоксида углерода
346.каковы рыночные возможности диоксида углерода346.каковы рыночные возможности диоксида углерода
346.каковы рыночные возможности диоксида углеродаivanov1566359955
 
Необходимые сокращения выбросов для удержания 1.5 и 2С потепления
Необходимые сокращения выбросов для удержания 1.5 и 2С потепленияНеобходимые сокращения выбросов для удержания 1.5 и 2С потепления
Необходимые сокращения выбросов для удержания 1.5 и 2С потепленияkolomytsev
 
Минин А. А. "Генерация «зеленой» энергетики через систему управления отхода...
Минин А. А.   "Генерация «зеленой» энергетики через систему управления отхода...Минин А. А.   "Генерация «зеленой» энергетики через систему управления отхода...
Минин А. А. "Генерация «зеленой» энергетики через систему управления отхода...Galina Panteleeva
 
СПГ - сжиженный природный газ
СПГ - сжиженный природный газСПГ - сжиженный природный газ
СПГ - сжиженный природный газRgk Palur
 
Литий-ионные аккумуляторы 04 09 2012 9 final
Литий-ионные аккумуляторы  04 09 2012 9 finalЛитий-ионные аккумуляторы  04 09 2012 9 final
Литий-ионные аккумуляторы 04 09 2012 9 finalAlexey Streletskiy
 
«Импортозамещающие абсорбционные тепловые насосы и холодильные машины»
«Импортозамещающие абсорбционные тепловые насосы и холодильные машины» «Импортозамещающие абсорбционные тепловые насосы и холодильные машины»
«Импортозамещающие абсорбционные тепловые насосы и холодильные машины» BDA
 
perspectivesPonomarevSt2008
perspectivesPonomarevSt2008perspectivesPonomarevSt2008
perspectivesPonomarevSt2008myatom
 
Gas Hydrates - Big Potential with Uncertain Future
Gas Hydrates - Big Potential with Uncertain FutureGas Hydrates - Big Potential with Uncertain Future
Gas Hydrates - Big Potential with Uncertain Futureml285
 
Разработка твердооксидного генератора водорода с исполь-зованием природного г...
Разработка твердооксидного генератора водорода с исполь-зованием природного г...Разработка твердооксидного генератора водорода с исполь-зованием природного г...
Разработка твердооксидного генератора водорода с исполь-зованием природного г...startuptour
 

Ähnlich wie Водородная энергетика (20)

Alternative Energy
Alternative EnergyAlternative Energy
Alternative Energy
 
Реферат по физике «Альтернативные источники электроэнергетики»
Реферат по физике «Альтернативные источники электроэнергетики»Реферат по физике «Альтернативные источники электроэнергетики»
Реферат по физике «Альтернативные источники электроэнергетики»
 
Vetrovodorodnye energeticheskie sistemy
Vetrovodorodnye energeticheskie sistemyVetrovodorodnye energeticheskie sistemy
Vetrovodorodnye energeticheskie sistemy
 
Ю.В. Синяк - Новые явления в мировой энергетике и их влияние на ТЭК России
Ю.В. Синяк - Новые явления в мировой энергетике и их влияние на ТЭК РоссииЮ.В. Синяк - Новые явления в мировой энергетике и их влияние на ТЭК России
Ю.В. Синяк - Новые явления в мировой энергетике и их влияние на ТЭК России
 
6
66
6
 
Всё о нефти
Всё о нефтиВсё о нефти
Всё о нефти
 
варфоломеев биотопливо
варфоломеев биотопливоварфоломеев биотопливо
варфоломеев биотопливо
 
Топливные элементы
Топливные элементыТопливные элементы
Топливные элементы
 
Развитие бизнеса в условиях новых реалий международной политики в области изм...
Развитие бизнеса в условиях новых реалий международной политики в области изм...Развитие бизнеса в условиях новых реалий международной политики в области изм...
Развитие бизнеса в условиях новых реалий международной политики в области изм...
 
346.каковы рыночные возможности диоксида углерода
346.каковы рыночные возможности диоксида углерода346.каковы рыночные возможности диоксида углерода
346.каковы рыночные возможности диоксида углерода
 
Необходимые сокращения выбросов для удержания 1.5 и 2С потепления
Необходимые сокращения выбросов для удержания 1.5 и 2С потепленияНеобходимые сокращения выбросов для удержания 1.5 и 2С потепления
Необходимые сокращения выбросов для удержания 1.5 и 2С потепления
 
Энергетика будущего
Энергетика будущегоЭнергетика будущего
Энергетика будущего
 
Минин А. А. "Генерация «зеленой» энергетики через систему управления отхода...
Минин А. А.   "Генерация «зеленой» энергетики через систему управления отхода...Минин А. А.   "Генерация «зеленой» энергетики через систему управления отхода...
Минин А. А. "Генерация «зеленой» энергетики через систему управления отхода...
 
СПГ - сжиженный природный газ
СПГ - сжиженный природный газСПГ - сжиженный природный газ
СПГ - сжиженный природный газ
 
Литий-ионные аккумуляторы 04 09 2012 9 final
Литий-ионные аккумуляторы  04 09 2012 9 finalЛитий-ионные аккумуляторы  04 09 2012 9 final
Литий-ионные аккумуляторы 04 09 2012 9 final
 
двс
двсдвс
двс
 
«Импортозамещающие абсорбционные тепловые насосы и холодильные машины»
«Импортозамещающие абсорбционные тепловые насосы и холодильные машины» «Импортозамещающие абсорбционные тепловые насосы и холодильные машины»
«Импортозамещающие абсорбционные тепловые насосы и холодильные машины»
 
perspectivesPonomarevSt2008
perspectivesPonomarevSt2008perspectivesPonomarevSt2008
perspectivesPonomarevSt2008
 
Gas Hydrates - Big Potential with Uncertain Future
Gas Hydrates - Big Potential with Uncertain FutureGas Hydrates - Big Potential with Uncertain Future
Gas Hydrates - Big Potential with Uncertain Future
 
Разработка твердооксидного генератора водорода с исполь-зованием природного г...
Разработка твердооксидного генератора водорода с исполь-зованием природного г...Разработка твердооксидного генератора водорода с исполь-зованием природного г...
Разработка твердооксидного генератора водорода с исполь-зованием природного г...
 

Mehr von olegkozaderov

лекция 8. электрохимические технологии
лекция 8. электрохимические технологиилекция 8. электрохимические технологии
лекция 8. электрохимические технологииolegkozaderov
 
лекция 9. классические и нестандартные топливные элементы
лекция 9. классические и нестандартные топливные элементылекция 9. классические и нестандартные топливные элементы
лекция 9. классические и нестандартные топливные элементыolegkozaderov
 
лекция 8. расплавные карбонатные топливные элементы
лекция 8. расплавные карбонатные топливные элементылекция 8. расплавные карбонатные топливные элементы
лекция 8. расплавные карбонатные топливные элементыolegkozaderov
 
лекция 6. твердополимерные топливные элементы
лекция 6. твердополимерные топливные элементылекция 6. твердополимерные топливные элементы
лекция 6. твердополимерные топливные элементыolegkozaderov
 
лекция 2. химические источники тока в энергетике
лекция 2. химические источники тока в энергетикелекция 2. химические источники тока в энергетике
лекция 2. химические источники тока в энергетикеolegkozaderov
 
лекция 5. термодинамика и кинетика топливных элементов
лекция 5. термодинамика и кинетика топливных элементовлекция 5. термодинамика и кинетика топливных элементов
лекция 5. термодинамика и кинетика топливных элементовolegkozaderov
 
лекция 1. теоретические основы электрохимической энергоконверсии
лекция 1. теоретические основы электрохимической энергоконверсиилекция 1. теоретические основы электрохимической энергоконверсии
лекция 1. теоретические основы электрохимической энергоконверсииolegkozaderov
 
лекция 7. твердооксидные топливные элементы
лекция 7. твердооксидные топливные элементылекция 7. твердооксидные топливные элементы
лекция 7. твердооксидные топливные элементыolegkozaderov
 
лекция 9. высокотемпературные топливные элементы
лекция 9. высокотемпературные топливные элементылекция 9. высокотемпературные топливные элементы
лекция 9. высокотемпературные топливные элементыolegkozaderov
 
лекция 8. низкотемпературные топливные элементы
лекция 8. низкотемпературные топливные элементылекция 8. низкотемпературные топливные элементы
лекция 8. низкотемпературные топливные элементыolegkozaderov
 
лекция 7. аккумуляторы для крупномасштабного хранения энергии
лекция 7. аккумуляторы для крупномасштабного хранения энергиилекция 7. аккумуляторы для крупномасштабного хранения энергии
лекция 7. аккумуляторы для крупномасштабного хранения энергииolegkozaderov
 
лекция 6. литий ионные аккумуляторы
лекция 6. литий ионные аккумуляторылекция 6. литий ионные аккумуляторы
лекция 6. литий ионные аккумуляторыolegkozaderov
 
лекция 4. свинцово кислотные аккумуляторы
лекция 4. свинцово кислотные аккумуляторылекция 4. свинцово кислотные аккумуляторы
лекция 4. свинцово кислотные аккумуляторыolegkozaderov
 
лекция 3. металл воздушные электрохимические технологии
лекция 3. металл воздушные электрохимические технологиилекция 3. металл воздушные электрохимические технологии
лекция 3. металл воздушные электрохимические технологииolegkozaderov
 
лекция 2. первичные химические источники тока
лекция 2. первичные химические источники токалекция 2. первичные химические источники тока
лекция 2. первичные химические источники токаolegkozaderov
 
лекция 1. теоретические основы электрохимической энергоконверсии
лекция 1. теоретические основы электрохимической энергоконверсиилекция 1. теоретические основы электрохимической энергоконверсии
лекция 1. теоретические основы электрохимической энергоконверсииolegkozaderov
 
лекция 9. высокотемпературные топливные элементы
лекция 9. высокотемпературные топливные элементылекция 9. высокотемпературные топливные элементы
лекция 9. высокотемпературные топливные элементыolegkozaderov
 
лекции 8. низкотемпературные топливные элементы
лекции 8. низкотемпературные топливные элементылекции 8. низкотемпературные топливные элементы
лекции 8. низкотемпературные топливные элементыolegkozaderov
 
лекция 7. термодинамика и кинетика топливных элементов
лекция 7. термодинамика и кинетика топливных элементовлекция 7. термодинамика и кинетика топливных элементов
лекция 7. термодинамика и кинетика топливных элементовolegkozaderov
 
лекция 4. никель металлгидридные и литий-ионные аккумуляторы
лекция 4. никель металлгидридные и литий-ионные аккумуляторылекция 4. никель металлгидридные и литий-ионные аккумуляторы
лекция 4. никель металлгидридные и литий-ионные аккумуляторыolegkozaderov
 

Mehr von olegkozaderov (20)

лекция 8. электрохимические технологии
лекция 8. электрохимические технологиилекция 8. электрохимические технологии
лекция 8. электрохимические технологии
 
лекция 9. классические и нестандартные топливные элементы
лекция 9. классические и нестандартные топливные элементылекция 9. классические и нестандартные топливные элементы
лекция 9. классические и нестандартные топливные элементы
 
лекция 8. расплавные карбонатные топливные элементы
лекция 8. расплавные карбонатные топливные элементылекция 8. расплавные карбонатные топливные элементы
лекция 8. расплавные карбонатные топливные элементы
 
лекция 6. твердополимерные топливные элементы
лекция 6. твердополимерные топливные элементылекция 6. твердополимерные топливные элементы
лекция 6. твердополимерные топливные элементы
 
лекция 2. химические источники тока в энергетике
лекция 2. химические источники тока в энергетикелекция 2. химические источники тока в энергетике
лекция 2. химические источники тока в энергетике
 
лекция 5. термодинамика и кинетика топливных элементов
лекция 5. термодинамика и кинетика топливных элементовлекция 5. термодинамика и кинетика топливных элементов
лекция 5. термодинамика и кинетика топливных элементов
 
лекция 1. теоретические основы электрохимической энергоконверсии
лекция 1. теоретические основы электрохимической энергоконверсиилекция 1. теоретические основы электрохимической энергоконверсии
лекция 1. теоретические основы электрохимической энергоконверсии
 
лекция 7. твердооксидные топливные элементы
лекция 7. твердооксидные топливные элементылекция 7. твердооксидные топливные элементы
лекция 7. твердооксидные топливные элементы
 
лекция 9. высокотемпературные топливные элементы
лекция 9. высокотемпературные топливные элементылекция 9. высокотемпературные топливные элементы
лекция 9. высокотемпературные топливные элементы
 
лекция 8. низкотемпературные топливные элементы
лекция 8. низкотемпературные топливные элементылекция 8. низкотемпературные топливные элементы
лекция 8. низкотемпературные топливные элементы
 
лекция 7. аккумуляторы для крупномасштабного хранения энергии
лекция 7. аккумуляторы для крупномасштабного хранения энергиилекция 7. аккумуляторы для крупномасштабного хранения энергии
лекция 7. аккумуляторы для крупномасштабного хранения энергии
 
лекция 6. литий ионные аккумуляторы
лекция 6. литий ионные аккумуляторылекция 6. литий ионные аккумуляторы
лекция 6. литий ионные аккумуляторы
 
лекция 4. свинцово кислотные аккумуляторы
лекция 4. свинцово кислотные аккумуляторылекция 4. свинцово кислотные аккумуляторы
лекция 4. свинцово кислотные аккумуляторы
 
лекция 3. металл воздушные электрохимические технологии
лекция 3. металл воздушные электрохимические технологиилекция 3. металл воздушные электрохимические технологии
лекция 3. металл воздушные электрохимические технологии
 
лекция 2. первичные химические источники тока
лекция 2. первичные химические источники токалекция 2. первичные химические источники тока
лекция 2. первичные химические источники тока
 
лекция 1. теоретические основы электрохимической энергоконверсии
лекция 1. теоретические основы электрохимической энергоконверсиилекция 1. теоретические основы электрохимической энергоконверсии
лекция 1. теоретические основы электрохимической энергоконверсии
 
лекция 9. высокотемпературные топливные элементы
лекция 9. высокотемпературные топливные элементылекция 9. высокотемпературные топливные элементы
лекция 9. высокотемпературные топливные элементы
 
лекции 8. низкотемпературные топливные элементы
лекции 8. низкотемпературные топливные элементылекции 8. низкотемпературные топливные элементы
лекции 8. низкотемпературные топливные элементы
 
лекция 7. термодинамика и кинетика топливных элементов
лекция 7. термодинамика и кинетика топливных элементовлекция 7. термодинамика и кинетика топливных элементов
лекция 7. термодинамика и кинетика топливных элементов
 
лекция 4. никель металлгидридные и литий-ионные аккумуляторы
лекция 4. никель металлгидридные и литий-ионные аккумуляторылекция 4. никель металлгидридные и литий-ионные аккумуляторы
лекция 4. никель металлгидридные и литий-ионные аккумуляторы
 

Водородная энергетика

  • 2. 2 1973 год: нефтяное эмбарго
  • 3. 3 1974 год: экономический кризис, прогнозы истощения запасов нефти и создание Мировой водородной ассоциации Темпы добычи традиционных видов топлива Водородная энергетика - система энергообеспечения, которая основана на применении водорода в качестве вторичного энергоносителя
  • 4. 4 Традиционная энергетика и экология Распределение валового выброса по отраслям промышленности (Воронеж) Теплоэнергетика Пищевая 2,8% Строительных материалов 3,1% Машиностроение 65,5% Изменение средней температуры на Земле 9,6% Химическая 8,3% Транспортная 2,6% Другие отрасли 8,1% Выхлоп водородного автобуса в Лондоне – это водяной пар
  • 5. Современное производство Н2  Сейчас в мире производится 400 миллиардов кубических метров водорода – Это соответствует 10 процентам производства нефти – В основном этот водород идет в химическую и пищевую промышленность  По прогнозам, к 2050 году треть производимой энергии должна быть покрыта водородом как источником топлива. 5
  • 6. Задачи водородной энергетики 1. Производство водорода – традиционное направление — получение водорода с помощью обычных процессов реформинга натурального газа или реформинга угля с последующим транспортом водорода и использование его в разной форме – второе направление — получение водорода из воды с помощью электролиза  Ветер, солнце, геотермальное тепло могут обеспечить электроэнергией производство необходимого количества водорода в мире с помощью обычного электролиза. При таких методах получения водорода минимизируется использование углеродосодержащего сырья (видео – Исландия) 6
  • 8. Задачи водородной энергетики 2. Хранение водорода А) Сжижение Плюсы данного метода: он позволяет накапливать водород с наименьшим балластом (отношение массы ёмкости к массе запасённого водорода), не используется высокое давление. Есть возможность дозаправки Минусы: сверхнизкая температура хранения, постоянная утечка водорода, необходимость использования специальных материалов. Кроме того, водород тяжело сжижается, так что процесс в целом получается очень затратным. 8
  • 9. Задачи водородной энергетики 2. Хранение водорода Б) Баллоны Плюсы: высокая надёжность метода. Долговечность хранения. Возможность дозаправки. Минусы: большая балластная масса, высокое рабочее давление – Балластная масса составляет порядка 100 г на каждый грамм водорода – Диффузия водорода и утечки через дефекты уплотнений 9
  • 10. Задачи водородной энергетики 2. Хранение водорода В) Гидриды d-элементов Одним из первых гидридов, использованных для хранения водорода, был FeTiH2. Это компактный материал, обратимо связывающий водород. При хранении этого гидрида не развивается высокого давления, и он способен храниться очень длительное время. Плюсы: высокая надёжность метода. Долговечность хранения. Низкое рабочее давление Минусы: большая балластная масса. – балластная масса, которая составляет 52 грамма на грамм водорода 10
  • 11. Задачи водородной энергетики 2. Хранение водорода Г) Активные металлы Для получения водорода можно использовать порошки активных металлов и воду. Плюсы: низкое рабочее давление, малая балластная масса, возможность длительного хранения, высокая надёжность метода. Минусы: - невозможность перезаправки данного элемента, высокая цена используемых металлов. 11
  • 12. Задачи водородной энергетики 2. Хранение водорода Д) Гидриды активных металлов Гидриды щелочных и щелочноземельных металлов активно реагируют с водой, выделяя водород. При этом водорода выделяется в два раза больше, чем просто из металла. Рекордсмен литий — для него балластная масса составит только 3,5 грамма. Плюсы: низкое рабочее давление, малая балластная масса, возможность длительного хранения, высокая надёжность метода. Минусы: невозможность перезаправки данного элемента, высокая цена используемых материалов. 12
  • 13. Задачи водородной энергетики 2. Хранение водорода Е) Органические накопители Многие органические вещества способны вступать в реакцию дегидрирования, то есть реакцию с выделением водорода. Простой пример — дегидрирование циклогексана с образованием бензола. Реакция обратима, а это значит, что подобные вещества потенциально являются накопителями водорода Плюсы: возможность длительного хранения, возможность перезаправки данного элемента, низкое рабочее давление, малая балластная масса. Минусы: возможно, высокая цена используемых катализаторов. 13
  • 14. Заправимся бензином?  рассчитаем массу ёмкостей или материалов, длительно запасающих 2 кг водорода. Это:  200 кг стальных баллонов  80 кг пластиковых баллонов сверхвысокого давления  106 кг смешанного гидрида титана  54 кг алюминия и воды  21 кг гидрида кальция (и 18 кг воды для реакции (!))  8 кг гидрида лития (и 18 кг воды для реакции)  порядка 40 кг органических накопителей.  самым экономичным из вариантов является гидрид лития, но он необратимо реагирует с водой и дорог. Второе место делят система из гидрида кальция с водой и органические накопители водорода. Из всех вышеописанных систем только органические накопители можно использовать повторно, то есть «перезаряжать» их водородом.  Итак, заправим водородный 14 автомобиль бензином?!
  • 15. Задачи водородной энергетики 3. Использование водорода в качестве топлива – Традиционное направление 15
  • 16. 16 1941 год, СССР: зарождение водородной энергетики (видео)  масштабное практическое применение водорода в качестве моторного топлива началось в Великую Отечественную войну  в блокадном Ленинграде техник-лейтенант Шелищ Борис Исаакович (1908-1980) предложил использовать водород, "отработавший" в аэростатах, как топливо для работы нескольких сотен автомобилей ГАЗ-АА
  • 17. Задачи водородной энергетики 3. Использование водорода в качестве топлива – Электрохимическое направление В будущем основным устройством для использования водорода станут топливные элементы 17
  • 19. 19 Очень дорого  Автомобиль – Мощность 50 кВт – Стоимость топливного элемента 250 тыс.долл.  Автобус – Мощность 200 кВт – Стоимость топливного элемента 1 млн.долл.
  • 20. 20 Современные проблемы водородных автомобилей на топливных элементах  проблемы коммерциализации – высокая стоимость – недостаточный срок службы  проблемы получения и хранения Н2 на борту автомобиля  отсутствие инфраструктуры
  • 21. 21 2009 год: Америка признала водород нерентабельным автомобильным топливом  Президент США Барак Обама ликвидировал “Фонд развития автомобилей с водородными двигателями”  Министр энергетики США Стивен Чу считает, что автомобили на водородных топливных элементах появятся на дорогах в большом количестве лет через 15-20, в отличие от гибридных автомобилей
  • 22. 22 Водородный автомобиль на топливных элементах  водород окисляется в топливном элементе (fuel cell, FC): его химическая энергия напрямую преобразуется в электрическую энергию  вместо бензинового двигателя внутреннего сгорания (д.в.с.) для приведения автомобиля в движение используется электродвигатель
  • 23. 23 Гибридный автомобиль  используются два двигателя: бензиновый д.в.с. и электродвигатель  д.в.с. приводит в движение электрогенератор, вырабатывающий электроэнергию для заряда аккумуляторов  аккумуляторы, разряжаясь, передают энергию на электродвигатели, приводящие автомобиль в движение
  • 24. Водород + бензин  BMW и Mazda: нужно сохранить в водородном автомобиле возможность ездить на бензине – активно разрабатываются системы хранения Н2, наиболее близкие к серийному производству:  баллоны с газообразным водородом, находящимся под высоким давлением (Mazda)  топливные баки с жидким водородом, находящимся при низкой (–253 °С) температуре (BMW) 24
  • 25. Водород + бензин  Национальная ассоциация водородной энергетики (Россия): – нужно применять водород в качестве добавки к основному (бензиновому) топливу это способствует улучшению топливной экономичности д.в.с. и снижению выброса вредных веществ 25