В завтрашний день могут смотреть не только лишь все. Мало кто может это делать!
Сисеро Кыянен
Прочитанная недавно статья очередного эксперта по газу и водороду привела меня в неистовую печаль.
Настолько, что захотелось выматериться поделиться своими соображениями, о блуждающих в массах заблуждениях касательно водорода.
Очень часто при обсуждении вопроса производства, хранения и использования водорода, упираются в некие ограничения, которые в реальности таковыми не являются.
Например следующее утверждение:
Водород очень подвижный газ и потребует для развития водородной энергетики новых материалов уже прямо завтра. Отдельные комментаторы в интернетах указывают, что температура горения водорода очень высока и составляет 2500-2800 градусов и что не имеется в достаточном количестве необходимых материалов для широкого использования котлов на водороде и что эти материалы слишком дороги.
Во-первых, непонятно почему рассматривается сферический конь в вакууме рассмотрение горения не на воздухе, а в чистом кислороде? В аналогичных условиях, тот же метан развивает температуру до 2100-2200 град. С, что не намного ниже водородной температуры. Но это мелочи на фоне прочего.
Во-вторых, давайте рассмотрим ближайшие перспективные планы «водородных активистов», на период до 2030-го года.
Так ЕС в своих программных заявлениях планирует следующее:
From 2025 to 2030, hydrogen needs to become an intrinsic part of our integrated energy system, with at least 40 gigawatts of renewable hydrogen electrolysers and the production of up to ten million tonnes of renewable hydrogen in the EU.
Что в переводе на русский означает производство 10 млн тонн электролизного водорода в год.
Измерение топливного газа в массовых величинах с химической точки зрения более правильно, чем в объёмных, т.к. количество извлекаемой энергии зависит напрямую от массы вещества вступающей в реакцию горения, но поскольку многим привычней объёмные «попугаи», то для упрощения понимания переведём в них.
Ранее в сериале, рассматривая вопросы стимулирования энергоперехода, было прикинуто, что 1 кг водорода потенциально содержит 120 МДж энергии, что приблизительно эквивалентно 4-4,5 куб.м. метана, или 1 тыс. куб.м. метана энергетически эквивалентна 220-250 кг водорода. Таким образом, можно приблизительно оценить что 10 млн. тонн водорода это энергетический эквивалент 42,5 млрд. куб.м. метана.
Потребление Европы по данным Газпрома, оценивается в 500-550 млрд куб.м. в год, т.е. объём предполагаемого производства водорода к 2030г. предполагается на уровне 7-8% от потребляемого газа.
Стоит вспомнить о японском эксперименте:
Mitsubishi Hitachi Power Systems (MHPS) еще несколько лет назад успешно испытала газовую турбину большой мощности на одной из своих электростанций, подав в камеру сгорания природный газ с добавкой 30% водорода. Температура газов на выходе – 1600 градусов, оборудование такую нагрузку, хоть и не без сложностей, но выдержало. КПД незначительно, но увеличился, а вот количество образовавшегося углекислого газа оказалось ниже сразу на 10%, а по поводу оксидов азота японская компания информацию раскрыла не полностью, ограничившись фразой «остались на приемлемом уровне». Рекомендация MHPS – экономически оправдано и экологически полезно использовать топливную смесь из 80% природного газа и 20% водорода.
Конечно неизвестно при каких условиях планируется рассматривать эти 10 млн, тонн, но инженерно этот газ имеет смысл приводит в то же состояние, что и метан. Плотность метана 670 гр/куб.м. плотность водорода 90 гр/куб.м. т.е. 10 млн. тонн в нормальных условиях дадут объём порядка 100 млрд. куб.м. или около 20% от объёма смеси, т.е. предполагаемый уровень использования водорода как-то случайно совпал с тем, что может «принять на хранение» природный газ и существующая инфраструктура. При этом температура горения остаётся в приемлемых рамках, не создавая видимых экспертам проблем водородного горения в кислороде.
Как видим из текущих планов на ближайшее время проблем хранения, транспортировки и сжигания нет.
А что есть? Как ранее уже обсуждалось, в настоящее время в мире производится 75 млн тонн водорода. Более ¾ производят методом реформинга природного газа и лишь около 100 тысяч тонн производится электролизом. При реализации планов увеличить за 8-9 лет производство электролизного водорода только в ЕС (не считая австралийских и американских планов) до уровня в 10 миллионов тонн означает по существу создание новой индустрии с нуля.
Вот она индустрия и «есть» к 2030-му году. Она же и будет финансировать НИОКР на повышение собственной эффективности, разрешение вопросов хранения и транспортировки чистого водорода уже в дальнейшем. Расширение масштабов производства техники снизит её стоимость, точно так же как снизилась себестоимость энергии от солнечных панелей (в 4 раза за 10 лет) и ветрогенераторов (на 20% за 10 лет).
Оксид азота (NOx)
Отдельно хочется остановиться и рассмотреть это заблуждение интернет-экспертов.
Довольно часто от некоторых комментаторов приходится слышать про то, как в процессе горения водорода будет высокая температура и начнёт резко окисляться азот из воздуха, который используется в процессе горения. Чаще всего ссылаются на механизм Зельдовича и что вот именно водородное-то горение его и запускает.
Механизм Зельдовича, описанный в 1947 году, представляет собой реакцию окисления атмосферного азота в топке, при высокой температуре. Начинается сей процесс уже при 1800-1850К, или примерно при 1550 град. С. т.е. при достижении указанной температуры (без разницы от сжигания дров, угля, метана или кизяка) начинается процесс окисления азота.
Общая схема выглядит примерно так:
N2 + O <=> NO + N (1)
N + O2 <=> NO + O (2)
N + OH <=> NO + H (3) (добавлена по расчётам Ч. Фенимора в 1957 г.)
Совокупность реакций (1-3) называется расширенным механизмом Зельдовича. В силу того что энергия тройной связи в молекуле N2 составляет около 950 кДж/моль, реакция (1) имеет большую энергию активации и может проходить с заметной скоростью только при высоких температурах.
Существует ещё и механизм образования оксидов азота им. т-ща Фенимора (Чарльза, а не Купера ), но его уже не упоминают, т.к. считают, что читателя/зрителя/слушателя уже достаточно напугали и ему и Зельдовича хватит.
Считаю неправильным останавливаться на полумерах и предлагаю всем обоср…. т.е. испугаться по взрослому и с размахом. Взять и рассмотреть ещё и механизм Фенимора в том числе.
Для этого возьмём и откроем скушную книшку, написанную двумя профессорами Штутгартского университета и ещё одним из университета Беркли:
Крайне интересного текста там немного, но а тем же, кому лень читать источник фиги или кто в принципе не хочет вникать, поясню коротко, тезисно и на пальцах:
- По причине наличия в углеводородном топливе СН- радикалов, при горении смесей в воздухе, образование оксидов азота начинается раньше, чем запускается механизм Зельдовича, уже при 750 град. С. Включается механизм быстрого образования NOx.
2. По причине 1 при сжигании углеводородного топлива (метан, этан, пропан, уголь, бензин, дрова и прочее без разницы) оксидов азота при горении выделяется больше, чем при горении водорода по механизму Зельдовича, причём больше существенно (см. рис. 17.7)
3. При горении углеводородных топлив, особенно угля, (где даже в особо чистых образцах имеется до 1% азота), содержащийся в топливе связанный азот окисляется вообще независимо от уровня температуры, тем самым увеличивая общий выхлоп оксидов азота.
4. При высокотемпературном сжигании природного газа, (что практикуется на мусоросжигательных заводах особенно, где разгоняют температуру до 2200-2300 град. С), промежуточно образуется HCN – синильная кислота. И хотя она лишь промежуточный продукт, но при высокой температуре может быть кинетически выброшена из зоны реакции и тем самым составит пусть и мизерную но часть выхлопа.
Не смотря на вышеуказанные проблемы образования оксида азота при сжигании природного газа и угля, не спешите хвататься за валидол.
Решение по уменьшению выхода оксидов азота имеются и применяются на существующих котельных и реакторных установках. Кроме указанных ранее способов регулировки температуры горения в топке, довольно широко применяется запатентованный в 1975 году компанией Exxon Research Engineering, метод селективного некаталитического восстановления водородом из аммиака, когда в выхлопную трубу в отводящие газы подаётся аммиак и в диапазоне температур от 800 до 1100 град. С и происходит восстановление азота по схеме:
4NO + 4NH3 + O2 => 4N2 + 6H2O
Поскольку водород очень хороший восстановитель, то при использовании чистого водорода, достаточно обеспечить камеру вторичного дожига, где отходящие выхлопные газы, содержащие CO и NOx будут восстанавливаться чистым водородом, без лишних танцев с бубном.
Комментарии
Калорийность - это количество тепла выделяемое при сжигании единицы объема газа при стандартных температуре и давлении. Газовый счетчик меряет м3, а оплата идет за МДж или кВтч.
Поэтому, если калорийность смеси выросла, то потребляемый объем уменьшился.
ага только вот физика чуток против:
Если всё при НУ то соответственно - если смесь по объему мы заменяем 20% метана на водород - те в пересчете мы меняем 131 грамм метана на 18 грамм водорода те мы вычитаем из удельной теплоты сгорания смеси 5,515 МДж(6,581 МДж), а прибавляем 2,176МДж...... а вот если смесь по массе тогда да....
Вот что-то оно ну никак не бьется...... ну если я спросонья ни где не напутал....
ТС пишет, что там не просто механическая смесь:
подтверждений пока не найдено что такое получается без доп. затрат Энергии....
Все верно
Энергия дополнительно затраченная при образовании смеси повышает ее калорийность поскольку потом дополнительно выделяется при сгорании.
Линк на любую рецензируемую публикацию?
О чем?
О том что если процесс идет в одну сторону с поглощением энергии, то в обратную с выделением?
о том что с метаном и водородом вобще возможно что-то Этакое - что позволит загнать туда приличный такое количество энергии....
Узбекский метод?
Начните с оригинальной японской публикации упомянутой ТС.
начал там чисто коммерческая публикация.
Во-во - расчётно по формулам должно быть меньше, но намеряли больше. Это одна из причин по которой лично я уверен, что там не всё так однозначно. Есть ещё соображения по способу получения. Сдаётся мне это будет не совсем классический электролиз и выходить будет не совсем молекула водорода. Это могут быть атомы водорода, в возбуждённом состоянии. Это существенный нюанс.
при НУ атомарный водород существует микросекунды....
... в нормальных условиях
там где он существует дольше всё остальное существует микросекунды.....
Господя, какая феерическая чушь. Вы школьный курс химии прогуляли прям весь?
Т.е. в голове от этого курса полный и абсолютный 0? Тогда зачем вы берётесь писать статьи??
1)Если "атомы водорода будут связаны с молекулами метана", то ЭТО БУДЕТ УЖЕ НЕ МЕТАН!
2)Чтобы получить из метана и водорода новое соединение, мало просто смешать газы. Нужно заставить их реагировать. Метан с кислородом в воздухе не реагирует, пока не подожжёшь.
PS Тема про смесь газов выглядит ещё большим бредом, чем первоначальная тема с чистым водородом.
Кто сказал про новое соединение, чудак?
Если бы молекулы метана могли связывать молекулы водорода, то новый газ имел бы формулу примерно СН5.
Так что ерунда это, будет именно физическая смесь двух газов.
> стала 850 мегаваттной. Где взять остальную энергию?
просто прокачивать больше газа в единицу времени ?
> есть надо построить ещё 3 таких ПХГ
это если бы все ПХГ "наливали с горкой", а там думаю резерв суммарной ёмкости есть, да и новые ведь в самом деле строят
как? ну вот увас есть предельная производительность компрессора и предельная пропускная способность трубы - сейчас мало где делается запас более 5% ибо не рентабельно строить всё с такими запасами.... так чтобы прокачать в 4-5 раз больше газа придется строить новые газопроводы и что бы добрать не достающие 150МВт придется строить новые блоки ТЭС
Как это? Водород же мелкий и летучий, просачивается почти через любую преграду.
А заодно насыщает металлы и делает их хрупкими…
Охрупчивание, ага. Последнее что видел из применимого, это наноуглеродные емкости. Дорого, очень.
Не обязательно. Есть сплавы, менее подверженные охрупчиванию. Водород ведь на тех же НПЗ замечательно транспортируется для процессов гидроочистки, или гидрокрекинга. Только сплавы это обычно низкоуглеродные хром-молибденистые, которые стоят, как чугунный мост за погонный метр.
Проблема в том, что существующих трубопроводный транспорт не подходит для транспортировки водорода. Всякие танкеры тоже изначально не предназначены для перевозки водорода.
Поэтому нужно создавать новые танкеры, новые трубопроводы с использованием материалов, стойких к воздействию водорода. А там такой ценник, что наверное дешевле производство водорода построить с нуля рядом с потребителем, чем пытаться перевозить такие объемы водорода.
Рядом с автомобилем на водородном топливе.
А, в свете данной информации, вообще нужны ли такие автомобили?
Есть. К примеру ЭП666 или ХН55МБЮ. Это разные названия одного сплава, но суть та же - 55 процентов никеля. Почем нынче акции Норникеля?
а вот так. была-была и бац- рассосалась! и водородное охрупчивание исчезло, и ваще- на горизонте безоблачно.
С нетерпением жду от автора не голословных утверждений о беспроблемном хранении водорода, дополненных защитой от негражданского применения гражданского водорода.
Вам в тексте новости об ЭКСПЕРИМЕНТЕ для чего привели?
Где в вашем тексте про эксперимент о хранении ?
А ведь есть ещё и проекты сжижения водорода и его транспортировки... Уже представляю, как на берегу, по бортам водородных хранилищ стекает жидкий кислород... Ракетчики с этой проблемой кое-как справляются. Но чего вы хотите от штатских оболтусов? ))
Безопаснее крутить на пальце кольцо с прицепленной к нему гранатой. Там хотя бы усики загнуты. )))
До этого не успеет дело дойти. Теплоёмкость жидкого водорода такова, что пока его перекачивают в танкер он успеет весь испариться.
а еще водородное охрупчивание сталей, и /или сероводородное растрескивание.
И про отсутствие проблемы азотных оксидов порадовало…
Вы вообще понимаете, что основной слой проблем связан как раз с высокой температурой горения водорода? И необходимость других горелок и турбин, и оксидов азота — из этой серии.
Не, можно вообще отказаться от текущей энергетики и перейти на топливные элементы, но вы понимаете, что это означает по затратам?
Во точно. Ну или к водородопроводам добавить кислородопроводы. И сжигать водород в кислороде, в Европе.
А водород и кислород пусть узкоглазые и негры производят в своих азиях и африках с маленькой буквы.
И почему же японцы не затвердили, что по результату своих экспериментов механизм (расширенный) Зельдовича даёт окислов азота меньше, механизм Фенимора ?
Может потому, что Ваша гипотеза не имеет оснований, и потому, что водород, как топливо при окислении в воздухе токсичен?!
Может потому что это не моя гипотеза, а гипотеза Фенимора, подтверждённая в дальнейшем другими исследователями? Как считаете они эти графики от балды рисовали?
Они графики для углеводородного топлива рисовали. И Вы это в тексте видели.
И один теплофизический бог знает, какие там были температуры локального перегрева при неравномерном образовании горючей смеси. Кроме того типе топлива тоже ничего не говориться. Так что... извините, мимо.
И? Японцы замеров по выхлопу не делали если я правильно понимаю. Точнее при объявленных ими 1600 градусах там вредный выхлоп будет такой же как при сжигании обычного метана, т.е. температурно в процессе ничего не поменялось. Есть соображения почему про оксид азота отдельно не сообщали или дурака включите, как Марцинкевич?
Всё понятно - углеводородное учение всесильно ибо потому что оно верно. Amen!
Я думаю, что по оксидам азота у них всё было печально. Было превышение. И возможно, что было совсем плохое сочетание NO и NO2. А возможно появились и другие соединения.
Тем не менее, раз не опубликовали, значит им это было невыгодно. Вот это однозначно!
Правка - По очистке выхлопа водородных двигателей. Производить азотную кислоту низких концентраций и пытаться производить из этого сырья мочевину, или что-то подобное азотным удобрениям? Возможно сработает в ОЧЕНЬ БОЛЬШОМ КОМПЛЕКСЕ технологических усилий.
Странный вывод. Но имеете право, не проблема.
А почему Вы (и ваши оппоненты) решили, что водород будут сжигать? При электролизе водорода из воды, вообще то еще и кислород образуется. Который хранить много-много-много проще водорода.
А дальше, химически чистый водород и кислород элементарно преобразуются в электричество, на топливных элементах. Которые, в случае кислородно-водородной топливной пары химической чистоты получаются относительно дешевыми и с бесконечным ресурсом.
Мое ИМХО, вся водородная энергетика будет просто гигантским аккумулятором, сглаживающим неравномерности зеленой генерации. Ветряки и СБ, которым присуща естественная неравномерность генерации, будут работать в паре с водородной энергетикой, которая сгладит провалы генерации.
ПС Соответственно, Газпрому от водородной энергетики ничего не перепадет.
Угу, а электричество для электролиза буде брать из розеток, окрашенных в голубой и зелёный цвет?
Вы хоть понимаете, что Вы просто ошибаетесь? Ведь ТЕОРЕТИЧЕСКИ-химически и электрохимически удельная теплота сгорания водорода 119 МДж/кг, а для выделения электролизом 1 кг водорода требуется 139 МДж? КПД электрохимического разложения воды на водород и кислород 85%. А потом ещё КПД сжигания и преобразования в электроэнергию 25%. А куда сорное тепло будете девать, чтобы поднять тепловой КПД до нормальных 80%, микрорайоны "хрущёвок" отапливать?
И как это делать на ветропарках в "Северном море", или полях солнечных батарей в "Сахаре", обеспечивая хранение и транспортировку топлива водород и окислителя кислород?
Причём тут розетка? Тебе говорят о том, что окислы азота необязательны.
У топливных элементов и кпд электрогенерации гораздо выше, чем при сжигании в ТЭС. Там в другом проблема - в достаточности редкозёмов. На Европу их, может быть и хватит, а на весь мир - вряд ли.
Давайте определимся.
Мы говорим о энергетике внешнего сгорания для платинового миллиона, когда есть некий Элизиум,, где всё углеродно-нейтральное, и есть где-то там, в далеке, на другом континенте, а лучше на другой планете условная "топка", где всё вредное и некашерное? И оттуда поступают топливные элементы?
Тогда вы о чём-то фантастическом, а не о водородной энергетике.
чтобы водород стал нормальным аккумулятором. надо решить вопрос хранения... а там не паханно, або не просто дорого а запредельно... проще уж соль плавить...
Ну и так напомню есть такая Toyota Mirai у которой бак с водородом. Давление в баке 70МПа (690 атмосфер). Таких бака два. У меня как то нет желания ездить на таком.
Напомню что давление в пропан-бутановом балоне 16 атм., в метановом (их используется меньше) 220 атм.
ну террористам достаточно будет открутить где надо гайку...
Вот это ближе к теме. Но это же не так "трещит", как водородная энергетика!
Страницы