תחנות כוח מימן - מגמות וסיכויים

למרות שתחנות כוח גרעיניות נחשבו מזמן לבטוחות מאוד, התאונה בתחנת הכוח הגרעינית ביפן בפוקושימה ב-2011 אילצה שוב מהנדסי אנרגיה ברחבי העולם לחשוב על בעיות סביבתיות אפשריות הקשורות לסוג זה של אנרגיה.

ממשלות של מדינות רבות, כולל מספר מדינות האיחוד האירופי, הצהירו על כוונה ברורה להעביר את כלכלותיהן לאנרגיה חלופית, מבלי לחסוך בהשקעות, תוך הבטחות מיליארדי יורו לתעשייה זו במהלך 5-10 השנים הבאות. ואחד הסוגים המבטיחים והבטוחים ביותר לסביבה של חלופה כזו הוא מימן.

אם אכן נגמרים הפחם, הגז והנפט, אז פשוט יש מימן בלתי מוגבל באוקיינוסים, למרות שהוא לא מאוחסן שם בצורתו הטהורה, אלא בצורת תרכובת כימית עם חמצן - בצורת מים.

מימן הוא מקור האנרגיה הידידותי ביותר לסביבה. השגה, שינוע, אחסון ושימוש במימן דורשים הרחבת הידע שלנו על האינטראקציה שלו עם מתכות.

יש כאן הרבה בעיות.הנה רק חלק מהם שממתינים לפתרון שלהם: ייצור איזוטופי מימן טהורים ביותר באמצעות מסנני ממברנה (למשל מפלדיום), יצירת סוללות מימן טכנולוגיות מועילות, בעיית המאבק בעלות המימן של חומרים וכו'.

הבטיחות הסביבתית של מימן, בהשוואה לסוגים מסורתיים אחרים של מקורות אנרגיה, אף אחד לא מטיל ספק: התוצר של שריפת מימן הוא שוב מים בצורת קיטור, בעוד שהוא לא רעיל לחלוטין.

מימן כדלק יכול לשמש בקלות במנועי בעירה פנימית ללא שינויים מהותיים, כמו גם בטורבינות, ותתקבל יותר אנרגיה מאשר מבנזין. אם חום הבעירה הסגולי של בנזין באוויר הוא כ-44 MJ/ק"ג, אז עבור מימן נתון זה הוא כ-141 MJ/ק"ג, שהוא יותר מפי 3 גבוה יותר. מוצרי נפט הם גם רעילים.

אחסון והובלה של מימן לא יגרמו לבעיות מיוחדות, הלוגיסטיקה דומה לזו של פרופאן, אבל מימן הוא יותר נפיץ מתאן, אז יש כאן עדיין כמה ניואנסים.

פתרונות אחסון מימן הם כדלקמן. הדרך הראשונה היא הדחיסה וההנזלה המסורתית, כאשר יהיה צורך להבטיח את הטמפרטורה הנמוכה במיוחד שלו כדי לשמור על המצב הנוזלי של המימן. זה יקר.

הדרך השנייה מבטיחה יותר - היא מבוססת על היכולת של כמה ספוגי מתכת מרוכבים (סגסוגות נקבוביות מאוד של ונדיום, טיטניום וברזל) לספוג מימן באופן פעיל ובחימום נמוך לשחרר אותו.

חברות נפט וגז מובילות כמו Enel ו-BP מפתחות כיום אנרגיית מימן באופן פעיל.לפני מספר שנים הקימה Enel האיטלקית את תחנת הכוח המימן הראשונה בעולם, שאינה מזהמת את האטמוספירה ואינה פולטת גזי חממה. אבל נקודת הבעירה העיקרית בכיוון זה טמונה בשאלה הבאה: כיצד להוזיל את הייצור התעשייתי של מימן?

הבעיה היא ש אלקטרוליזה של מים דורש הרבה חשמל, ואם ייצור המימן יופעל בדיוק באמצעות אלקטרוליזה של מים, אז עבור הכלכלה במדינה אחת השיטה הזו של ייצור תעשייתי של מימן תהיה יקרה מאוד: פי שלושה, אם לא פי ארבעה. , במונחים של חום בעירה שווה ערך ממוצרי נפט. בנוסף, ניתן לקבל מקסימום 5 מ"ק גז בשעה ממ"ר אחד של אלקטרודות באלקטרוליזר תעשייתי. זה איטי ולא מעשי מבחינה כלכלית.

אחת הדרכים המבטיחות ביותר לייצר מימן בנפחים תעשייתיים היא שיטת הפלזמה-כימית. כאן, מימן מתקבל בזול יותר מאשר על ידי אלקטרוליזה של מים. בפלסמטרונים שאינם בשיווי משקל מועבר זרם חשמלי דרך גז מיונן בשדה מגנטי, ומתרחשת תגובה כימית בתהליך העברת אנרגיה מאלקטרונים "מחוממים" למולקולות הגז.

טמפרטורת הגז היא בטווח שבין +300 ל-+1000 מעלות צלזיוס, בעוד שקצב התגובה המוביל לייצור מימן גבוה יותר מאשר באלקטרוליזה. שיטה זו מאפשרת להשיג מימן, שמתברר כיקר פי שניים (לא פי שלושה) מדלק מסורתי המתקבל מפחמימנים.

התהליך הכימי בפלזמה מתרחש בשני שלבים: ראשית, פחמן דו חמצני מתפרק לחמצן ולפחמן חד חמצני, ואז פחמן חד חמצני מגיב עם אדי מים, מה שמוביל למימן ולאותו פחמן דו חמצני שהיה בהתחלה (הוא לא נצרך, אם אתה מסתכל על כל טרנספורמציה הלולאה).

בשלב הניסוי - ייצור פלזמה-כימי של מימן ממימן גופרתי, שנותר מוצר מזיק בכל מקום בפיתוח שדות גז ונפט. הפלזמה המסתובבת פשוט מוציאה את מולקולות הגופרית מאזור התגובה על ידי כוחות צנטריפוגליים, והתגובה ההפוכה של המרה למימן גופרתי אינה נכללת. טכנולוגיה זו משווה את מחיר המימן המיוצר עם סוגים מסורתיים של דלקים מאובנים, בנוסף, גופרית נכרת במקביל.

ויפן כבר נטלה את הפיתוח המעשי של אנרגיית המימן כיום. Kawasaki Heavy Industries ו-Oayashi מתכננים להתחיל להשתמש באנרגיית מימן כדי להפעיל את העיר קובה עד שנת 2018. הם יהפכו לחלוצים מבין אלה שיתחילו בפועל להשתמש במימן לייצור חשמל בקנה מידה גדול, כמעט ללא פליטות מזיקות.

תחנת כוח מימן של 1 MW תוקם ישירות בקובה, שם היא תספק חשמל למרכז כנסים בינלאומי ומשרדי עבודה עבור 10,000 תושבים מקומיים. והחום שנוצר בתחנה בתהליך הפקת חשמל ממימן יהפוך לחימום יעיל לבתים מקומיים ובנייני משרדים.

טורבינות הגז שמייצרת Kawasaki Heavy Industries לא יסופקו כמובן במימן טהור, אלא בתערובת דלק המכילה רק 20% מימן ו-80% גז טבעי.המפעל יצרוך כמות המקבילה ל-20,000 רכבי תאי דלק מימן בשנה, אך ניסיון זה יהווה התחלה של פיתוח כוח מימן גדול ביפן ומחוצה לה.

עתודות המימן יאוחסנו ישירות בשטח תחנת הכוח, וגם במקרה של רעידת אדמה או אסון טבע אחר, יהיה דלק בתחנה, התחנה לא תהיה מנותקת מתקשורת חיונית. עד שנת 2020, בנמל קובה תהיה תשתית לייבוא ​​מימן גדול, שכן Kawasaki Heavy Industries מתכננת לפתח רשת גדולה של תחנות כוח מימן ביפן.