Водород можно производить двумя способами. Первый, более технологически продвинутый, — это производство электроэнергии в топливном элементе посредством реакции окисления этого элемента. Второй — это прямое сжигание элемента в моторном отсеке или в печи. В обоих случаях конечным продуктом реакции является только вода.
Хотя прямое сжигание может приводить к образованию следовых количеств нежелательных соединений в воздухе, таких как оксиды азота, их можно эффективно уменьшить. Однако проблема выбросов углекислого газа исчезает — и это является фундаментальным преимуществом перед ископаемым топливом в мире, стремящемся к климатической нейтральности.
Водород считается опасным: факт или миф
Тема безопасности вызывает сильные эмоции и часто обременена стереотипами. В общественных местах водород часто изображают как взрывоопасное вещество, однако – при правильном использовании – он не представляет существенной опасности. Просто требуются другие меры безопасности.
В чистом виде он не взрывается, хотя при смешивании с воздухом легко детонирует в относительно широком диапазоне концентраций (от 4 до 75%). Этот широкий диапазон является преимуществом для двигателей, где сгорание должно быть эффективным. Температура самовоспламенения составляет 585°C — почти в три раза выше, чем у бензина, — что делает его еще безопаснее в этом отношении.
Его пламя практически невидимо, что затрудняет его обнаружение, но оно излучает очень мало теплового излучения, снижая риск ожогов и вторичных пожаров. Водород, будучи самым легким химическим элементом, быстро поднимается и рассеивается, что значительно снижает риск взрыва на открытых пространствах по сравнению с обычным топливом. Наибольшая опасность возникает в замкнутых пространствах, где газ не может быстро рассеиваться.
Итак, как выглядит безопасность водородных установок
Промышленные установки оснащаются газовыми датчиками, системами вентиляции и системами регулирования давления. Предохранительные клапаны также используются в транспортных средствах и на заправочных станциях. В случае пожара они позволяют контролируемо выпускать газ, предотвращая взрыв.
Стоит помнить, что водородная промышленность существует уже несколько десятилетий – водород используется на нефтеперерабатывающих заводах, химических предприятиях и в производстве удобрений. Эффективные процедуры обеспечения безопасности в этой области разработаны давно, и эти процедуры могут быть перенесены на новые области применения.
Чем водород отличается от других источников энергии
Для хранения и транспортировки используются специальные металлические сплавы или композиты, часто многослойные. Химическая совместимость материала имеет важное значение, поскольку водород может проникать в его структуру и вызывать микротрещины, которые со временем ослабляют его прочность — явление, известное как водородное охрупчивание.
В отличие от ископаемого топлива, водород нетоксичен и не загрязняет окружающую среду. Разлив бензина или дизельного топлива может загрязнить почву и воду, а водород просто улетучивается в атмосферу. Он также не является парниковым газом, хотя может незначительно продлить время жизни метана в атмосфере.
Кроме того, водород выгодно отличается от литий-ионных батарей. Батареи могут перегреваться, самовозгораться и выделять токсичные пары при пожаре. В отличие от литий-ионных батарей, водород также позволяет хранить энергию в течение длительного времени, что делает его одним из самых универсальных энергоносителей будущего.
Когда водородные технологии можно будет всерьез внедрять
Инфраструктура является основой любой экономики, включая водородную экономику. Она включает в себя сети передачи электроэнергии, хранилища и заправочные станции.
В Европе реализуется проект «Европейская водородная магистраль» (EHB) – сеть трубопроводов, соединяющая регионы производства и потребления водорода. К 2030 году ее протяженность, как ожидается, достигнет примерно 30 000 км, а к 2040 году – более 50 000 км.
Этот план включает в себя не только строительство магистральных трубопроводов, но и адаптацию существующей газовой инфраструктуры – до 60% существующих газопроводов могут быть переоборудованы для транспортировки водорода.
Второй важный аспект — хранение водорода, которое поможет сбалансировать энергетическую систему. Наибольший потенциал имеют геологические хранилища, использующие соляные пещеры или пустоты в соляных породах. Третий элемент — заправочные станции.
Почему сегодня хранилище данных является узким местом этой технологии
В настоящее время водород чаще всего хранится в виде сжатого газа при давлении в несколько сотен раз выше атмосферного или в жидком состоянии в криогенных условиях — при температурах ниже -250 ° C. Эти решения дорогостоящие, энергоемкие и требуют очень строгих мер безопасности. Поэтому ученые по всему миру ищут новые, более эффективные методы хранения этого топлива.
Твердотельное хранение водорода, то есть его связывание в пористых или слоистых материалах, является многообещающей альтернативой традиционным методам. Оно работает примерно как губка: материал поглощает водород, связанные молекулы хранятся под низким давлением при комнатной температуре, и при необходимости их можно высвободить, приложив небольшое количество энергии.
Особенно перспективны двумерные (2D) материалы, характеризующиеся большим отношением площади поверхности к объему, что позволяет им вмещать большое количество атомов водорода.
Читайте на тему: Водородные фургоны: Stellantis налаживает массовое производство
