Тео́рия ха́оса — математический аппарат, описывающий поведение некоторых нелинейных динамических систем, подверженных, при определённых условиях, явлению, известному как хаос, которое характеризуется сильной чувствительностью поведения системы к начальным условиям; поведение такой системы кажется случайным, даже если модель, описывающая систему, является детерминированной.
В последнее время участились новости о скором внедрении водородных технологий в энергетику, транспорт и металлургию. Серьёзными организациями строятся планы, публикуются стратегии и т.д. и т.п.
Что же такое водород? Какая от него польза и в чём его преимущества/недостатки?
Водород — это самый легкий химический элемент, состоящий всего из одного протона и одного электрона. При нормальных условиях он присутствует в газообразном состоянии. Его молекула (H2) образована 2 атомами этого химического элемента. Водород является 3-м по распространенности элементом на нашей планете, и 1-м во Вселенной (около 90 % всей материи). Водородный газ (H2) не имеет запаха, вкуса и цвета.
На 2019 год в мире производится 75 млн тонн водорода, в основном в нефтепереработке и производстве аммиака.
Конверсией метана с водяным паром при 1000 ° производится 3/4 объёма.
Пропускание паров воды над раскалённым коксом (это уголь такой если что 
) при температуре около 1000 °С – остальной промышленный объём.
Электролиз водных растворов солей и гидроксидов активных металлов, преимущественно калия. Электролизом производится, незначительное количество около 100 тысяч тн.
Все способы требуют значительного расхода энергии, а также природного газа или угля на техпроцесс, а значит использование данных методов энергетически бессмысленно для производства водорода в качестве топлива – проще сжигать в печах сразу уголь и газ и не терять КПД на промежуточные процессы. Электролизный способ, кроме предыдущего недостатка, имеет свои дополнительные ресурсные ограничения. Например, требуется подбор правильного сочетания электролизного сырья и электродов, иначе возникают побочные продукты реакции, например соединения хлора, которые ухудшают качество получаемого водородного газа.
Все способы также имеют сопутствующий выход побочных газов (например СО, Хлор), что вызывает необходимость сепарации полезного продукта и утилизации «отходов».
Хранение и переработка тоже имеют серьёзные недостатки. Так в силу маленького размера молекул водорода, в нормальных условиях, он проникает в стенки сосудов, сквозь кристаллическую решётку металлов.
Для воспламенения водорода, в нормальных условиях, требуется всего 0,02 мДж теплоты. Это очень маленькое значение энергии, для сравнения скажем, что аналогичное значение для бензиновой смеси составляет 0,24 мДж, а для метановой — 0,29 мДж.
Пределы существования горючей смеси являются достаточно широкими. Для воздуха процентное содержание водорода может составлять от 4,1 % до 74,8 %. Концентрация газа в смеси в процессе горения, определяет скорость реакции. Быстрая реакция превращается во взрыв. Водород в широком интервале концентраций способен к взрывному горению. В литературе приводятся следующие цифры: 18,5-59 % водорода в воздушной смеси. Причем на краях этого предела в результате детонации выделяется наибольшее количество энергии на единицу объема. Таким образом, к высокой проницаемости газа. Добавляется крайняя взрывоопасность при нарушении условий хранения.
Удельная теплота сгорания водорода находится в пределах 120-140 мДж/кг, что больше чем у природного газа или бензина, 50-55 и 40 Мдж/кг соответственно, кроме того при сжигании водорода можно получить чистую воду, без углекислого выхлопа.
Кажется, что руководители крупных компаний и политики государств коллективно сошли с ума, на экологической почве и собираются переводить уйму ресурсов на бессмыслицу: тратить уйму энергии, топливного газа и воды, чтобы получить водород, который надо как-то хранить, перемещать и сжигать, чтобы получить … энергию, топливный газ и воду, уменьшая при этом только выбросы углекислого газа. При этом возникает масса сопутствующих проблем: высокая проницаемость водорода создаёт проблему хранения и перевозки; высокая температура сгорания формирует побочный выход оксидов азота, не полезных для здоровья и экологии и т.д и т.п. Бред? Бред. Можно даже сказать бред-рафинад!
Или нет?..
Существует технология при которой из солёной воды с концентрацией соли от 1 до 30% (солёность воды в мировом океане составляет в среднем 3,5%), помещённой между излучателем и приёмником, начинается эмиссия водорода, при облучении частотой 13,56 МГц (длина волны примерно 22 метра, т.е. это ВЧ диапазон, декаметровые волны).
В 2002 году житель острова Санибель (Sanibel), штат Флорида, Джон Канзиус (John Kanzius), бывший инженер телекоммуникационных сетей из города Эри (Erie), штат Пенсильвания, узнал, что он болен лейкемией. Пройдя несколько курсов химиотерапии, пенсионер решил найти иной способ лечения рака, чтобы в будущем избавить и других, и себя от подобных страданий.
В 2003 году Канзиусу пришла в голову мысль бороться с болезнью при помощи радиоволн. По замыслу изобретателя, в опухоль вводятся наночастицы металла (например, золота), затем пациента облучают радиоволнами, которые нагревают металл. От высокой температуры раковые клетки погибают. Канзиус подал заявку, и даже не одну, на патент. В связи с чудо-аппаратом имя Канзиуса появилось в прессе уже зимой 2007 года.
Когда изобретатель демонстрировал свой аппарат медикам в одном из исследовательских центров США, кто-то заметил на дне пробирки осадок и предложил Канзиусу попробовать использовать радиоволны для опреснения воды. Канзиус последовал совету, и от случайной искры вода, находящаяся под воздействием радиоволн, вспыхнула. Очень скоро инженер научился достигать температуры, достаточной, чтобы расплавить пробирку
За лето Канзиус продемонстрировал свой аппарат СМИ, энергетическим компаниям, ученым и прочим любопытствующим. Наконец, осенью последовало авторитетное подтверждение: профессор Растум Рой (Rustum Roy), специалист по науке о материалах, сотрудник ряда университетов, воспроизвел эксперимент в университете штата Пенсильвания и заявил, что все правда: вода горит, точнее горит водород, который выделяется из воды под действием радиоволн.
10 сентября 2007 г. Растум Рой должен был встретиться с представителями министерств обороны и энергетики США, чтобы обсудить перспективы аппарата Канзиуса. После этой даты информации об изобретателях нет. Известно лишь, что зимой 2008 Канзиус всё же умер, говорят от лейкемии.
Выдержки из некоторых проверочных опытов опубликованных в патентной заявке:
Первый образец объемом 100 мл, содержащий соленую воду, был помещен в пробирку, а затем пробирка была присоединена к кронштейну и расположена между передающей головкой и приемной головкой РЧ устройства (описано выше). Температура соленой воды была измерена с помощью волоконно-оптического термометра. Затем в течение примерно 30 секунд применялось воздействие РЧ сигнала на 13,56 МГц с мощностью приблизительно 300 Вт, после чего температура снова была измерена с помощью волоконно-оптического термометра. Начальная температура=24,0°C; Конечная температура=25,9 °C.
Второй образец объемом 100 мл соленой воды был помещен в пробирку, а затем пробирка была присоединена к кронштейну и расположена между передающей головкой и приемной головкой РЧ устройства (описано выше). Температура соленой воды была измерена с помощью волоконно-оптического термометра. Применялось воздействие РЧ сигнала на 13,56 МГц с мощностью приблизительно 600 Вт 13.56 МГц и, как только началось применение РЧ сигнала, сжигание соленой воды было инициировано кратковременным касанием обыкновенной стальной отвертки до края пробирки. Отвертка была убрана, а РЧ сигнал был оставлен включенным приблизительно на 30 секунд, в течение которых продолжалось сжигание соленой воды. Приблизительно через 30 секунд РЧ сигнал был выключен, и сжигание соленой воды прекратилось. Затем образца соленой воды была измерена температура с помощью волоконно-оптического термометра и в верхней части пробирки и на дне пробирки. Начальная температура=20,5°C; Конечная температура (наверху)=66,0°C; Конечная температура (на дне)=28,0°C.
Третий образец объемом 100 мл соленой воды был помещен в пробирку, а затем пробирка была присоединена к кронштейну и расположена между передающей головкой и приемной головкой РЧ устройства (описано выше). Однако соленая вода, используемая в данном случае, содержала 1 мл готовой соленой воды, разбавленной до 100 мл дистиллированной водой, чтобы получить 0,0035%-й раствор соленой воды. Затем в течение примерно 30 секунд применялось воздействие РЧ сигнала на 13,56 МГц с мощностью приблизительно 600 Вт, после чего температура снова была измерена с помощью волоконно-оптического термометра. В отличие от второго образца соленой воды, сжигание этого третьего образца соленой воды не могло быть инициировано касанием обыкновенной стальной отвертки до края пробирки. Начальная температура=26,6°C; Конечная температура=75,5°C.
Таким образом, имея некоторое количество свободной электрической энергии, которым можно запитать передатчик и источник солёной воды в пределах от 1% до 30% солёности, можно добывать чистый водород, без затрат газа, угля и прочих электролизных сложностей.
Что дальше? Как хранить и передавать? Существующие расчёты показывают, что имеющаяся газопроводная инфраструктура без существенных переделок и модернизации способна принять и обработать газовую смесь из природного газа и 20% водородной примеси.
Изучая диффузию водорода, учёные вывели ряд закономерностей. Так, например в этой работе:
ПРОНИЦАЕМОСТЬ ВОДОРОДА ЧЕРЕЗ МЕТАЛЛЫ
А. А. Писарев, И. В. Цветков, Е. Д. Маренков, С. С. Ярко
Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ, Москва, РФ
можно найти, что для снижения диффузии требуется понизить давление газа и внутреннюю шероховатость трубы/ёмкости, в которой он транспортируется или хранится.
Кому интересно подробнее
Таким образом, в совокупности имеем ресурсную задачу для добычи и транспортировки водорода в газотранспортные магистрали (см. схему):
Морская платформа/завод для добычи водорода, из которой выходит водопровод пониженного давления (вакуумный), разрежение в котором создаётся компрессорно-смесительной станцией/интерконнектором с магистральным газопроводом. Платформа прогоняет через свои резервуары морскую воду, производит требуемый техпроцесс и выдаёт газ в вакуумный трубопровод. Станция создаёт разрежение в вакуумном трубопроводе и нагнетает полученный газ в магистраль. Далее движется поток смеси 80%ПГ + 20% водород. Вся эта система располагается недалеко от источников электрической энергии и магистральных газопроводов в море либо у терминалов регазификации СПГ, чтобы сократить пробег чистого водорода.
И вот тут приходят мысли о том...
Учитывая, что речь у нас идёт большей частью про Европу, то стоит внимательно рассмотреть её водородную стратегию, особенно первый этап до 2030 года. Далее пока неинтересно, потому как никто пока не знает чем закончится первый этап, какие будут материалы и технологии через 10 лет и прочее. Всё это наверняка потребует корректировок стратегии как в частности, так и возможно в целом.
Для начала интересно, что источником электроэнергии планируется назначить ВИЭ: ветер и солнце.
Оранжевый это крупнейшие работающие ветропарки. Красным обозначены проектируемые либо в стадии строительства (Борсель).
Из интересного тут то, что
В сентябре 2019 года власти Великобритании объявили, что Equinor (ранее известная как Statoil) и SSE получили контракты на разработку трех крупномасштабных морских ветроэнергетических проектов на отмели Доггер-банк в Северном море: Creyke Beck A, Creyke Beck B и Teesside A совокупной установленной мощностью 3,6 ГВт. Ожидается, что проекты Dogger Bank потребуют капиталовложения в размере около 9 млрд британских фунтов в период с 2020 по 2026 год.
Партнеры планируют принять окончательное инвестиционное решение по первому проекту в течение 2020 года, а первое производство электроэнергии запланировано на 2023 год. После этого будут разработаны дальнейшие фазы проекта Dogger Bank.
Кто такие «Equinor (ранее известная как Statoil)» и какой у них основной бизнес, предлагаю изучить самостоятельно.
Desertec это сильно в планах, отложенных из-за начала «политической нестабильности в странах Северной Африки» , но если и запускать проект, то именно в Алжире, т.к. он более стабилен чем соседи, имеет хорошие связи с Францией а также имеет ресурсные условия.
Далее рассмотрим следующий слайд – схема входящих магистральных газопроводов в Европу и терминалов регазификации СПГ и ещё один - модернизация ГТС под «водород» до 2030 года.
Синим обозначены модернизируемые под водород газопроводы (по факту думаю под смесь, с перспективами на более дальние дали). Оранжевым новые газопроводы.
Как видно из двух схем, все планы до 2030 года опираются на входящие из вне МГП, а также на терминалы регазификации СПГ. Причём в этих планах восточные газопроводы не просматриваются.
По данным Газпрома объём газового рынка Европы составляет 550-580 млрд. куб.м. природного газа в год ( Данные по 2017 и 2018 года, но не сильно они меняются год от года, особенно по валовому потреблению.), в т.ч. собственная добыча 250-260 млрд. куб.м., около 200 млрд. куб.м. поставки Газпрома, Алжир – 45-50 и прочие.
Физическое замещение 20% этого объёма, даёт экономию порядка 100-120 млрд. куб.м. Если же учесть разницу в теплотворной способности:
80% х 50 МДж/кг + 20% х 120 МДж/кг / 50 МДж/кг = 64 МДж/кг, что по отношению к теплотворной способности смеси ПГ в 50 МДж/кг даёт экономию ещё порядка 20-25% за счёт большей энергетической мощности или в совокупности порядка 200-250 млрд. куб.м. природного газа, что почти равно объёму Газпрома или с запасом перекрывает выпадающий Гронингем с прочими поставщиками (не Газпромом).
Интересные совпадения, правда?
Можно конечно посмеяться. Например Газпром уже начал, присоединяйтесь:
"Газпром" просит кабмин о финансовой поддержке программы газификации регионов
…
Затраты на газификацию Газпром оценивает в 2 триллиона рублей до 2030 года
…
«Газпром» и «Росатом» начнут производить «чистый» водород в 2024 году
Минэнерго разработало и направило в правительство «дорожную карту» «Развитие водородной энергетики в России» на 2020–2024 годы,…
Уже со следующего года правительство намерено формировать репутацию России как поставщика водорода...
Тут тоже по вероятно без госучастия не обойдётся, хотя инициатива вроде и частная.
Комментарии
Марцинкевич в видео ответил на эти вопросы, где на 1:00:00
В первую очередь вопрос в ресурсных ограничениях. Например какие металлы можно использовать массово? Литий? А как быть с неводородными направлениями его использования? Тема широкая сходу не ответишь.
Насколько понимаю, то ядерные отходы лучше перерабатывать, а не хранить. Хотя даже при МОКС производстве вроде технологически передержка требуется. Если только использовать утилизацию тепла на производство пара, но тогда только вариант с реформингом метана напрашивается. Не сильно выгодный энергетически процесс. "Дармовое" только тепло.
del.
Ага, вижу, что вникли с суть написанного и поняли, что претензия не по адресу. Это радует
Какие претензии? Я указал ссылку на видео Марцинкевича, а позднее нашёл, что эта ссылка уже ранее указана.
Водород нужно в жидком вакууме растворять. Это давно всем известно.
А на дальние дистанции необходимо в качестве транспортааиспользовать сверхтекучий жидкий гелий. При мнимальных затратах, максимальная производительность. И утечек водорода не будет.
А ещё лучше, на месте делать металловодородные пеллеты, и возить уже их.
Страницы