Ūdens un elektrība tiek ražoti kā blakusprodukti ķīmiskajā mijiedarbībā starp ūdeņraža gāzi un skābekli kurināmā elementā, kas darbina ūdeņraža kurināmā elementus.
Lai gan daudzi 1990. gs. deviņdesmitajos gados un 2000. gs. sākumā uzskatīja, ka ūdeņraža enerģija aizsāks tīras enerģijas revolūciju , jaunā ūdeņraža enerģijas pasaule nekad netika realizēta. Infrastruktūra ir būtisks šķērslis lielākajai daļai jauno enerģijas avotu.
Augstās ražošanas izmaksas, zemā ražošanas un ražošanas efektivitāte, kā arī sarežģītās uzglabāšanas un transportēšanas vajadzības ir kavējušas ūdeņraža degvielas elementu plašu izmantošanu patēriņa automašīnās.
Tiem, kuri var atļauties nepieciešamo infrastruktūru, lai to atbalstītu, ūdeņraža kurināmā elementam ir lielāka nozīme rūpnieciskiem lietojumiem. Ūdeņraža kurināmā elementu izmantošanas priekšrocības un trūkumi materiālu apstrādes iekārtu darbināšanai tiks apspriesti šajā rakstā.
Ūdeņraža degvielas priekšrocības un trūkumi
| S / Nr. | Ūdeņraža degvielas priekšrocības | Ūdeņraža degvielas trūkumi |
| 1. | Lietošanas daudzpusība Attīstoties tehnoloģijām, ūdeņraža kurināmā elementi varēs piegādāt enerģiju dažādām stacionārām un mobilām lietojumprogrammām. Ar ūdeņradi darbināmi transportlīdzekļi ir tikai viens piemērs; ūdeņradi varētu izmantot arī mazākos produktos, piemēram, mājsaimniecības preces un lielāka mēroga apkures sistēmās. Atšķirībā no akumulatoru enerģijas, kas mērogojas lineāri ar masu, enerģijas uzglabāšanas jauda (ti, degvielas tvertne) un dzinēja izmērs ir atdalīti ICE spēkstacijās, piedāvājot ievērojamu dizaina brīvību. | Ūdeņraža ekstrakcija Visbagātākais elements Visumā, ūdeņradis, ir inerta gāze, kas ir jāiegūst no oglekļa bāzes. fosilo kurināmo vai atgūst no ūdens ar elektrolīzi. Šo divu darbību veikšanai nepieciešams ievērojams enerģijas daudzums. Papildus tam, ka šī enerģija ir dārga, tā var būt lielāka nekā enerģija, kas iegūta no paša ūdeņraža. Turklāt šai ieguvei parasti ir jāizmanto fosilais kurināmais, kas apdraud ūdeņraža ietekmi uz vidi, ja nav CCS. |
| 2. | Ilgi lietošanas laiki Lielāku lietošanas laika efektivitāti nodrošina ūdeņraža degvielas šūnas. Ūdeņraža transportlīdzeklis var nobraukt 300 jūdzes, kas ir tāds pats attālums kā fosilā kurināmā transportlīdzeklis. Tas ir labāk nekā tas, ko jau nodrošina elektriskie transportlīdzekļi (EV), kas arvien vairāk tiek izstrādāti ar degvielas elementu barošanas blokiem kā "diapazona paplašinātājiem". Turklāt temperatūra ārā maz ietekmē ūdeņraža kurināmā elementus, un aukstā klimatā tie nepasliktinās. Ieguvums tiek palielināts, ja to apvieno ar ātrajiem uzlādes periodiem. | Nepieciešams ieguldījums Ir vajadzīgas investīcijas, lai izstrādātu ūdeņraža kurināmā elementus, lai tie kļūtu par patiesi praktisku enerģijas avotu. Lai attīstītu un nobriest tehnoloģiju, ir jāizrāda arī politiskā griba veltīt nepieciešamo laiku un resursus attīstībai. Vienkārši sakot, pasaules grūtības visuresošas un ilgtspējīgas ūdeņraža enerģijas attīstībā ir izdomāt, kā visekonomiskāk izveidot “piedāvājuma un pieprasījuma” ķēdi pa gabalu. |
| 3. | Lielāka izturība un energoefektivitāte salīdzinājumā ar fosilo kurināmo Ūdeņraža degvielas šūnu tehnoloģija nodrošina ļoti blīvu un efektīvu enerģijas avotu. No visiem izplatītākajiem kurināmajiem ūdeņradim ir vislielākais enerģijas saturs. Augstspiediena gāzveida un šķidrā ūdeņraža tilpuma enerģijas blīvums ir salīdzināms ar dabasgāzi un apmēram trīs reizes pārsniedz SDG un dīzeļdegvielas gravimetrisko enerģijas blīvumu (apmēram 120 MJ/kg). | Izejvielu izmaksas Tā kā dārgmetāli, piemēram, irīdijs un platīns, bieži ir nepieciešami kā katalizatori dažu veidu ūdens elektrolizatoros un kurināmā elementos, kurināmā elementu sākotnējās izmaksas var būt augstas. Daži cilvēki ir atturējušies no ieguldījumiem ūdeņraža kurināmā elementu tehnoloģijā tās pārmērīgo izmaksu dēļ. Lai ūdeņraža kurināmā elementi kļūtu par praktisku degvielas avotu ikvienam, šie izdevumi ir jāsamazina. |
| 4. | Ļoti efektīvs, salīdzinot ar citiem enerģijas avotiem Salīdzinājumā ar daudziem citiem enerģijas avotiem, tostarp daudziem zaļās enerģijas iespējasūdeņraža degvielas šūnas ir efektīvākas. Izmantojot šo degvielas efektivitāti, uz katru izmantotās degvielas mārciņu var saražot vairāk enerģijas. Piemēram, elektroenerģijas ražošanas efektivitāte, izmantojot parastās sadedzināšanas spēkstacijas, svārstās no 33 līdz 35%, bet ūdeņraža kurināmā elementi var sasniegt līdz 65%. Tāpat ūdeņraža degvielas šūnas automašīnās samazina degvielas patēriņu par 50%, vienlaikus izmantojot 40–60% no degvielā esošās enerģijas. | Normatīvie jautājumi Šķēršļi ir arī saistīti ar juridiskiem jautājumiem par struktūru, kas nosaka komerciālās izvietošanas modeļus. Tā kā nav skaidri definētu normatīvo regulējumu, kas atvieglotu izpratni par izmaksu un ieņēmumu pamatu, komerciāliem uzņēmumiem var rasties grūtības pieņemt lēmumu par finanšu ieguldījumu (FID). |
| 5. | Ērts smagajam transportam un vilcieniem Tā kā ūdeņraža dzinējspēks joprojām ir salīdzinoši jauns, lieljaudas transports un dzelzceļi ir divas nozares, kurām var būt lietderīgi to izmantot uzreiz. Ja šajos transportlīdzekļos iekšdedzes dzinēja vietā izmantotu elektriskos akumulatorus, akumulatoriem būtu jābūt ļoti lieliem, smagiem, un to uzlādei būtu nepieciešams ļoti ilgs laiks. Un otrādi, ūdeņradis sniedz priekšrocības, ko sniedz kompaktāka piedziņas sistēma, ātra degvielas uzpilde un liels braukšanas attālums. To var uzlādēt dokos pie lielceļiem, ko smago kravas automobiļu parki izmanto visvairāk, neprasot izbūvēt kapilāro sadales tīklu, vai visās lielākajās dzelzceļa stacijās. | Kopējās izmaksas Šobrīd ūdeņraža kurināmā elementi uz jaudas vienību ir dārgāki nekā citi enerģijas avoti, piemēram, saules paneļi. Lai gan ūdeņradis ir efektīvāks, tiklīdz tas ir izveidots, izmaksas tagad ir šķērslis tā plašai izmantošanai. Tas var mainīties, attīstoties tehnoloģijai. Plaša ieviešana pašlaik ir maz ticama, jo šie izdevumi ietekmēs nākotnes izdevumus, piemēram, ar ūdeņradi darbināmu automašīnu izmaksas. Ūdeņraža kurināmā elementu izmantošana ir dārgāka nekā citu enerģijas avotu izmantošana ūdeņraža degvielas ražošanas procesa sarežģītības dēļ. Autoparku vadītājiem ir jānodrošina, ka ievērojamais darbaspēka ietaupījums, salīdzinot ar svina skābi, kompensē infrastruktūras un ūdeņraža degvielas izmaksas, pieņemot lēmumu, kuru enerģijas avotu iekļaut materiālu apstrādes iekārtās. |
| 6. | Izmanto kosmosa kuģu darbināšanai Ūdeņraža enerģijas jauda un efektivitāte padara to par ideālu degvielu kosmosa kuģiem. Tā milzīgās jaudas dēļ kosmosa kuģus var ātri palaist izpētes misijās. Tas ir arī drošākais enerģijas avots, ko izmantot uzdevumam, kas prasa daudz enerģijas. Faktiski ūdeņraža enerģija ir trīs reizes jaudīgāka par degvielu, kas iegūta no fosilā kurināmā, piemēram, benzīna. Ideālā gadījumā tas nozīmē izmantot mazāk ūdeņraža, lai pabeigtu milzīgu uzdevumu. Turklāt tas nodrošina dzinējspēku transportlīdzekļiem, laivām, automašīnām un kurināmā elementiem, kas ir stacionāri vai pārnēsājami. Fakts, ka ūdeņraža uzglabāšana kriogēnās vai augstspiediena tvertnēs būtībā nav iespējama, ir trūkums ūdeņraža izmantošanai automašīnās. | Ūdeņraža uzglabāšana Ūdeņradim ir nepieciešama sarežģītāka uzglabāšana un transportēšana nekā fosilā kurināmā. Tas liecina, ka ūdeņraža kurināmā elementu izmantošana kā enerģijas avots var radīt papildu izdevumus. Lai gan ūdeņradi var uzglabāt šķidrā veidā kriogēnās temperatūrās vai kā gāzi augstspiediena tvertnēs, to var uzglabāt tikai gāzes veidā, lai to izmantotu iekrāvēju degvielas šūnās. Enerģija tiek zaudēta visā ūdeņraža uzglabāšanas procesā, izmantojot jebkuru no metodēm. Apmēram 13% no ūdeņraža kopējās enerģijas jāizmanto tā saspiešanai; un sašķidrināt to, lai zaudētu aptuveni 40% enerģijas. Metāli var izraisīt koroziju, ja ūdeņraža gāzei izdodas izkļūt no tās. Līdz ar to šie piesārņotie metāli var kļūt trausli un, visticamāk, saplīst. Uzņēmumiem, kas pašlaik izmanto ūdeņraža enerģiju, ir divas iespējas: ja tiem nepieciešams lielāks degvielas daudzums, tiem ir jābūvē iekārta vai arī tiem var tikt piegādāta ūdeņraža gāze, izmantojot cauruļu piekabes. |
| 7. | Ātri uzlādes laiki Salīdzinot ar elektriskajiem transportlīdzekļiem, kas darbināmi ar akumulatoru, ūdeņraža degvielas šūnu barošanas bloku uzlādes laiks ir ievērojami ātrāks. Tas ir salīdzināms ar tradicionālo iekšdedzes dzinēju (ICE) automašīnām. Ūdeņraža degvielas šūnas var uzlādēt mazāk nekā piecās minūtēs, bet elektriskajiem transportlīdzekļiem ir nepieciešamas daudzas stundas, lai pilnībā uzlādētu. Ātrā uzlādes laika dēļ ar ūdeņradi darbināmas automašīnas piedāvā tādu pašu brīvības līmeni kā parastie automobiļi. | Infrastruktūras Tā kā fosilais kurināmais ir izmantots daudzus gadus, infrastruktūra, kas nepieciešama šīs enerģijas piegādei, jau ir izveidota. Lai gan paredzams, ka degvielas uzpildīšana no sākuma līdz beigām tiks izmantota tālsatiksmes lietojumos, piemēram, piegādes kravas automašīnām un smagajiem kravas automobiļiem, ūdeņraža kurināmā elementu tehnoloģijas plašai ieviešanai automobiļu lietojumos būtu nepieciešama jauna degvielas uzpildes infrastruktūra, lai to atbalstītu. |
| 8. | Nav trokšņa piesārņojuma Atšķirībā no citiem atjaunojamiem enerģijas avotiem, piemēram, vēja enerģijas, ūdeņraža kurināmā elementi nerada trokšņa piesārņojumu. Tas nozīmē, ka ar ūdeņradi darbināmi transportlīdzekļi ir daudz klusāki nekā tie ar tradicionālajiem iekšdedzes dzinējiem, līdzīgi kā elektriskie automobiļi. | Viegli uzliesmojošs Ņemot vērā, ka ūdeņradis ir ļoti viegli uzliesmojoša degviela, bažas par drošību ir pamatotas. Ūdeņradi saturošas gāzes deg gaisā koncentrācijā no 4 līdz 75%. |
| 9. | Ūdeņradis ir elastīgs un tīrs enerģijas avots, kas var palīdzēt īstenot nulles oglekļa enerģijas plānus Tā kā viss, kas tiek ražots ūdeņraža kurināmā elementa darbības laikā, ir siltums un ūdens, tas ir pēc būtības tīrs enerģijas avots. Ūdeņraža ražošanai nav nepieciešams daudz zemes, atšķirībā no hidroenerģijas vai biodegvielas. NASA ir pētījusi ūdeņraža kā resursa izmantošanu un pat izmantojusi ūdeni, kas tiek radīts kā blakusprodukts, lai nodrošinātu astronautiem dzeramo ūdeni. Tas parāda, ka ūdeņraža kurināmā elementi ir lieliska alternatīva akmeņoglēm, dabasgāzei un kodolenerģijai, jo tie ir netoksiski degvielas avoti, kurus arī ir vieglāk iegūt. Līdzsvarojot to neregulāros piegādes veidus ar prasīgajām galalietotāju vajadzībām, ūdeņraža ražošanai, uzglabāšanai un lietošanai būs būtiska nozīme, veicinot atjaunojamo enerģijas avotu turpmāku attīstību un novēršot nepieciešamību pēc lieliem sākotnējiem ieguldījumiem tīkla infrastruktūras modernizācijā. | Ūdeņraža enerģija nevar uzturēt iedzīvotājus Lai gan ūdeņradis ir daudz, tā plašo izmantošanu ierobežo tā ieguves izmaksas. Jūs saprotat, ka ir grūti mainīt esošo situāciju. Planētu joprojām darbina fosilā kurināmā enerģija. Turklāt nav izstrādāta sistēma, kas nākotnē garantētu pieejamu un ilgtspējīgu ūdeņraža enerģiju tipiskiem automašīnu īpašniekiem. Pat ja ūdeņradis šobrīd kļūtu plaši pieejams, būtu vajadzīgi gadi, līdz tas aizstātu citus enerģijas avotus, jo automašīnas un degvielas uzpildes stacijas būtu jāmaina, lai tās atbilstu ūdeņraža noteikumiem. Tas izmaksātu ievērojamu naudas summu. Tā kā ūdeņraža enerģija ir plaši pieejama un tās ietekme lielākoties tiek ignorēta, ūdeņradis patiešām ir atjaunojams resurss. Tomēr, lai atdalītu ūdeņradi no skābekļa, uzņēmumiem, kas to ražo, būs nepieciešami papildu neatjaunojamie enerģijas avoti, piemēram, fosilais kurināmais, piemēram, ogles, dabasgāze un nafta. Ūdeņraža enerģijas pieņemšana varētu mums palīdzēt samazināt mūsu pārmērīgo paļaušanos uz fosilo kurināmo, taču to likvidēt no sistēmas būtu grūti. |
| 10. | Nav vizuāla piesārņojuma Savukārt daži zema oglekļa satura enerģijas avoti, tostarp vēja enerģija un biodegvielas spēkstacijas, var būt neizskatīgs, ūdeņraža kurināmā elementiem ir nepieciešams mazāks laukums, tāpēc ir arī mazāks vizuālais piesārņojums. | |
| 11. | Atjaunojams un viegli pieejams Visbagātākais elements Visumā, jo īpaši ūdeņradis bagātīgs un atjaunojams, padarot to ideāli piemērotu mūsu nākotnes bezoglekļa pieprasījumam pēc kombinētās siltuma un elektroenerģijas piegādes. pat ar grūtībām, kas saistītas ar tā ieguvi no ūdens. | |
| 12. | Ideāli piemērots izmantošanai attālos apgabalos Uz vietas ražots un uzglabāts ūdeņradis varētu izrādīties dzīvotspējīgs dīzeļdegvielas elektrības un apkures aizstājējs attālās vietās, ja to atļauj vietējie apstākļi. Tas ne tikai samazinātu vajadzību pēc degvielas pārvadāšanas, bet arī uzlabos dzīves kvalitāti attālos apgabalos dzīvojošiem cilvēkiem, nodrošinot degvielu, kas nav piesārņojoša un iegūta no viegli pieejama dabas resursa. | |
| 13. | Gandrīz nulles emisijas Tā kā ūdeņraža degvielas šūnas neizlaiž siltumnīcefekta gāzēm piesārņojums samazinās un gaisa kvalitāte uzlabojas. | |
| 14. | Barošanas apgādes demokratizācija Valsts atkarība no fosilā kurināmā var tikt samazināta, izmantojot ūdeņraža kurināmā elementus, kas veicinās enerģijas un enerģijas avotu globālo demokratizāciju. Daudzas valstis, kuras tagad ir atkarīgas no fosilā kurināmā pieejamības, iegūs no šīs uzlabotās neatkarības. Protams, kad piegādes samazināsies, tas arī novērsīs fosilā kurināmā cenu pieauguma problēmu. | |
| 15. | Samazina oglekļa pēdas Ūdeņraža kurināmā elementiem ir gandrīz nulles emisijas, kas nozīmē, ka, kad tās tiek izmantotas, tām nav oglekļa nospiedumu. |
Secinājumi
Rezumējot, ūdeņraža enerģijai ir vairākas priekšrocības un trūkumi. Ūdeņradis var būt tīrs, atjaunojams enerģijas avots, taču, pirms tas tiek plaši izmantots, jāsamazina tā ražošanas un uzglabāšanas izmaksas.
Pašreizējā formā ūdeņraža enerģija nav praktiska augsto izmaksu un infrastruktūras trūkuma dēļ.
Neskatoties uz to, joma pievērš arvien lielāku uzmanību, un tās grūtību risināšanai tiek piešķirts finansējums. Piemēram, Eiropas Savienība finansē iniciatīvas, kas ir salīdzināmas ar šīm iniciatīvām ar USD 5.2 miljardiem, un Amerikas Savienotās Valstis tikko solīja USD 52.5 miljonus ūdeņraža attīstībai.
Valdības visā pasaulē, ja tās vēlas, nākotnē varētu izmantot ūdeņradi kā ilgtspējīgu un pieejamu enerģijas avotu.