Nhà máy điện hydro - xu hướng và triển vọng
Mặc dù các nhà máy điện hạt nhân từ lâu đã được coi là rất an toàn, nhưng vụ tai nạn tại nhà máy điện hạt nhân Fukushima của Nhật Bản vào năm 2011 một lần nữa buộc các kỹ sư năng lượng trên toàn thế giới phải suy nghĩ về các vấn đề môi trường có thể xảy ra liên quan đến loại năng lượng này.
Chính phủ nhiều nước, trong đó có một số nước EU, đã tuyên bố rõ ràng ý định chuyển nền kinh tế sang năng lượng thay thế, không tiếc tiền đầu tư, hứa hẹn hàng tỷ euro cho ngành này trong 5-10 năm tới. Và một trong những loại giải pháp thay thế hứa hẹn và an toàn với môi trường nhất là hydro.
Nếu than, khí đốt và dầu cạn kiệt, thì đơn giản là có vô số hydro trong các đại dương, mặc dù nó không được lưu trữ ở đó ở dạng nguyên chất mà ở dạng hợp chất hóa học với oxy - ở dạng nước.
Hydro là nguồn năng lượng thân thiện với môi trường nhất. Thu nhận, vận chuyển, lưu trữ và sử dụng hydro đòi hỏi chúng ta phải mở rộng kiến thức về tương tác của nó với kim loại.
Có rất nhiều vấn đề ở đây.Đây chỉ là một số trong số đó đang chờ giải pháp của họ: sản xuất các đồng vị hydro có độ tinh khiết cao bằng cách sử dụng các bộ lọc màng (ví dụ: từ palađi), tạo ra pin hydro có lợi thế về mặt công nghệ, vấn đề chống lại chi phí vật liệu hydro, v.v.
Không ai nghi ngờ gì về sự an toàn với môi trường của hydro so với các loại nguồn năng lượng truyền thống khác: sản phẩm của quá trình đốt cháy hydro lại là nước ở dạng hơi nước, trong khi nó hoàn toàn không độc hại.
Hydro làm nhiên liệu có thể dễ dàng được sử dụng trong động cơ đốt trong mà không cần thay đổi cơ bản, cũng như trong tuabin, và sẽ thu được nhiều năng lượng hơn từ xăng. Nếu nhiệt dung riêng của quá trình đốt cháy xăng trong không khí là khoảng 44 MJ / kg, thì đối với hydro, con số này là khoảng 141 MJ / kg, cao hơn gấp 3 lần. Các sản phẩm dầu mỏ cũng độc hại.
Việc lưu trữ và vận chuyển hydro sẽ không gây ra vấn đề cụ thể nào, hậu cần tương tự như propan, nhưng hydro dễ nổ hơn metan, vì vậy vẫn còn một số sắc thái ở đây.
Các giải pháp lưu trữ hydro như sau. Cách đầu tiên là nén và hóa lỏng truyền thống, khi cần đảm bảo nhiệt độ cực thấp để duy trì trạng thái lỏng của hydro. Cái này đắt quá.
Cách thứ hai hứa hẹn hơn - nó dựa trên khả năng của một số bọt biển kim loại hỗn hợp (hợp kim có độ xốp cao của vanadi, titan và sắt) để tích cực hấp thụ hydro và giải phóng nó ở nhiệt độ thấp.
Các công ty dầu khí hàng đầu như Enel và BP đang tích cực phát triển năng lượng hydro ngày nay.Vài năm trước, Enel của Ý đã khởi động nhà máy điện hydro đầu tiên trên thế giới, không gây ô nhiễm bầu khí quyển và không phát thải khí nhà kính. Nhưng điểm nóng chính theo hướng này nằm ở câu hỏi sau: làm thế nào để sản xuất hydro công nghiệp rẻ hơn?
Vấn đề là ở đó điện phân nước đòi hỏi rất nhiều điện, và nếu việc sản xuất hydro được thực hiện chính xác thông qua quá trình điện phân nước, thì đối với nền kinh tế của một quốc gia, phương pháp sản xuất hydro công nghiệp này sẽ rất tốn kém: gấp ba, nếu không muốn nói là bốn lần , xét về nhiệt lượng đốt cháy tương đương từ các sản phẩm dầu mỏ.Ngoài ra, có thể thu được tối đa 5 mét khối khí mỗi giờ từ một mét vuông điện cực trong máy điện phân công nghiệp. Điều này là chậm và không thực tế về mặt kinh tế.
Một trong những cách hứa hẹn nhất để sản xuất hydro với khối lượng công nghiệp là phương pháp hóa học plasma. Ở đây, hydro thu được rẻ hơn so với điện phân nước. Trong các plasmatron không cân bằng, một dòng điện được truyền qua một chất khí bị ion hóa trong từ trường và một phản ứng hóa học xảy ra trong quá trình truyền năng lượng từ các electron "được làm nóng" sang các phân tử khí.
Nhiệt độ của khí nằm trong khoảng từ +300 đến +1000 ° C, trong khi tốc độ phản ứng dẫn đến sản xuất hydro cao hơn so với điện phân. Phương pháp này cho phép thu được hydro, đắt hơn gấp đôi (không phải ba lần) so với nhiên liệu truyền thống thu được từ hydrocacbon.
Quá trình hóa học plasma diễn ra theo hai giai đoạn: đầu tiên, carbon dioxide phân hủy thành oxy và carbon monoxide, sau đó carbon monoxide phản ứng với hơi nước, dẫn đến hydro và carbon dioxide giống như lúc đầu (nó không được tiêu thụ, nếu bạn xem toàn bộ quá trình chuyển đổi vòng lặp).
Ở giai đoạn thử nghiệm - quá trình sản xuất hydro hóa học plasma từ hydro sunfua, vẫn là một sản phẩm có hại ở khắp mọi nơi trong quá trình phát triển các mỏ khí và dầu. Plasma quay đơn giản đẩy các phân tử lưu huỳnh ra khỏi vùng phản ứng bằng lực ly tâm và loại trừ phản ứng ngược của quá trình chuyển đổi thành hydro sunfua. Công nghệ này cân bằng giá hydro được sản xuất với các loại nhiên liệu hóa thạch truyền thống, ngoài ra, lưu huỳnh được khai thác song song.
Và Nhật Bản đã bắt đầu phát triển thực tế năng lượng hydro ngày nay. Kawasaki Heavy Industries và Obayashi có kế hoạch bắt đầu sử dụng năng lượng hydro để cung cấp năng lượng cho thành phố Kobe vào năm 2018. Họ sẽ trở thành những người tiên phong trong số những người thực sự bắt đầu sử dụng hydro để sản xuất điện quy mô lớn mà hầu như không có khí thải độc hại.
Một nhà máy điện hydro 1 MW sẽ được xây dựng trực tiếp tại Kobe, nơi nó sẽ cung cấp điện cho một trung tâm hội nghị quốc tế và văn phòng làm việc cho 10.000 cư dân địa phương. Và nhiệt tạo ra tại trạm trong quá trình tạo ra điện từ hydro sẽ trở thành hệ thống sưởi hiệu quả cho các ngôi nhà và tòa nhà văn phòng địa phương.
Tất nhiên, các tuabin khí do Công ty Công nghiệp nặng Kawasaki sản xuất sẽ không được cung cấp hydro nguyên chất mà là hỗn hợp nhiên liệu chỉ chứa 20% hydro và 80% khí tự nhiên.Nhà máy sẽ tiêu thụ lượng điện năng tương đương với 20.000 phương tiện chạy bằng pin nhiên liệu hydro mỗi năm, nhưng trải nghiệm này sẽ là bước khởi đầu cho sự phát triển năng lượng hydro lớn ở Nhật Bản và hơn thế nữa.
Dự trữ hydro sẽ được lưu trữ trực tiếp trên lãnh thổ của nhà máy điện và ngay cả trong trường hợp xảy ra động đất hoặc thảm họa thiên nhiên khác, nhiên liệu sẽ có trong trạm, trạm sẽ không bị cắt khỏi các liên lạc quan trọng. Đến năm 2020, cảng Kobe sẽ có cơ sở hạ tầng để nhập khẩu hydro lớn khi Công ty Công nghiệp nặng Kawasaki có kế hoạch phát triển một mạng lưới lớn các nhà máy điện hydro ở Nhật Bản.