Германия сутегі энергиясын талап етеді

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-16 16:10

2020 жылдың шілде айының басында Еуропаның энергетика жөніндегі комиссары Кадри Симсон қысқа, бірақ қысқаша мәлімдеме жасады: «ЕО мақсаты - 2050 жылға қарай климаттық бейтарап болу. Бұл сол уақытқа дейін біз барлық қазба отындарын біртіндеп алып тастайтынымызды білдіреді және ЕО-ның барлық жеткізушілері мұны есте ұстауы керек ». Сутегі көмірге, мұнай мен мұнай өнімдеріне, табиғи газға бірден-бір және бірегей балама болып табылады.

Сонымен қатар, бұл бастаманың жеке Симсон ханымнан келмейтіні анық - ол Германияның ең көп талап еткенін айтты, оның үкіметі сутегі энергетикасының өршіл ұлттық бағдарламасын жариялады, оған сәйкес, мысалы, 2030 жылға дейін., елде 20 ГВт қосымша электр станцияларын салу керек, олардың мақсаты біреу ғана – «жасыл» сутегін өндіру. Бұл тақырыпты көптеген жаңалықтар, тіпті аналитикалық агенттіктер белсенді түрде көтеріп, қайталады, олардың бағалау ауқымы келесіден басталады, кім білсін, «Ресейдің өлімі» біздің еліміз бола алады деген оптимизмге дейін. осы жаңа нарықтың әлемдік көшбасшысы. Ақпарат өте көп, оны жүйеленген деп айту мүмкін емес, сондықтан оны ретке келтіруге тырысқан жөн.

Егер сутегі барлық энергетикалық ресурстарды бірден алмастырамын десе, онда ол бүгінгі күні кез келген қазбалы отынды пайдалану алгоритміне қатысты барлық нәрсені «басып алуға» мәжбүр болады. Көмірді, газды, мұнайды қандай да бір жолмен пайдалану үшін ең алдымен оларды өндіру керек, ал сутегі жағдайында бірінші мәселе - оны өндіру технологиясы. Шығарғаннан кейін қазба отын алдын ала тазартуға жатады - сутегі өндірісінде бірдей процедура қажет болады, оны зиянды қоспалардан мүмкіндігінше тазарту керек. Әрі қарай, отын оны пайдалану немесе одан әрі өңдеу орнына тасымалдануы керек - бұл сутегіге толығымен қатысты. Ал, тізбектегі соңғы нүкте - отынды мақсатты түрде пайдалану, бір немесе басқа технологияны қолдана отырып жану. Шындығында, дәл осы себепті бәрімізге ынта мен рухани ынта-жігерді сезіну бұйырылған - өйткені отын жағылғанда, көмірқышқыл газы түзілмейді, оның жануының бірден-бір өнімі - сәбидің таза суы. жырту. Біз жаһандық жылынудан оңай және табиғи түрде аулақ боламыз, қала көшелері түтіннен тазартылады, бақытты Грета Тунберг алаңдаушылық пен уайымнан арылады, қайтадан мектепке барады, гүлдер гүлдейді, оларда көбелектер ұшады, Арктикадағы айсбергтер мен мұз айдындары қайтадан мұхит өсе бастайды, Финляндия шығанағы арқылы қыста тағы шаңғы тебуге болады, біз балалар сияқты ән айтып, күлетін боламыз.

Біз сутегі энергиясы туралы дәстүрлі әңгімеден алыстап, соңынан бастағанымыз үшін кешірім сұраймыз. Бірақ біздің заманымыздың көрнекті банкирі қоғамға ең алдымен жоғары сапалы тұтынушылар қажет деп сендіреді, сондықтан біз біраз уақыт осылай «қаламыз». Сапалы тұтынушыдан электр энергиясы қайдан келеді деп сұрағанда, ол сенімді түрде мінсіз дәл жауап береді: «Резеткадан!». Біз сутегін пайдаланудың алғашқы үш кезеңінің - өндіру, тазарту, тасымалдау туралы барлық мәліметтерді жоққа шығарамыз, біз өз қиялымызда ғажайып бақыттың суреттерін саламыз. Сутегі көп, ол бар, оған барлық көліктер мінеді, әр электр станциясының жанында жылы және таза суы бар бассейндер каскадтары салынған, соның арқасында Воркутада банан гүлдейді, ананастың екі егіні жиналды. Магадан, ал қоршауларда торғайлардың орнына күркетауықтар отыр. Басқа қалай? Міне, сутегіні жағудың құрметті формуласы:

2Н2 + О2 --а 2Н2О

Және бұл тамаша химиялық реакция көп жылудың бөлінуімен бірге жүреді. Сонымен, бір минутқа біз сутегінің әрбір бағдарламасы жүзеге асырылған әлемде өмір сүріп жатқанымызды елестетіп көрейік - неміс, американдық, ЕО бағдарламасы және басқалары, қазір олардың көпшілігі бар. Барлығы сәтті болды және қолдарынан келді, олар қалпақтарын аспанға лақтырды - енді мұнай да, газ да, ураны бар көмір де жоқ, барлық жерде және барлық жерде тек сутегі: электр станцияларында, автокөлік цистерналарында және тіпті пештерде. біздің асүйлерде. Сутегі дәл қалай өндірілетін болады, сутегі «жасыл», «көк» және тіпті «қоңыр» арасындағы айырмашылықтардың барлық нюанстарын келесі жолы қарастырамыз.

Зельдович механизмі және азот оксидтері

«Негізгі сутегі формуласы» толығымен дәл, бірақ сіз біздің күнәкар Жерге түсуден бастауыңыз керек, оның атмосферасы таза оттегіден тұрмайды - оның құрамында азотқа қарағанда әлдеқайда аз. Оттегі атмосферасында сутегінің жану температурасы 2800 градустан асуы мүмкін, яғни табиғи газдың негізгі құрамдас бөлігі метанның жану температурасынан мың градусқа жоғары. Бірінші сұрақ піскен - және сутегі электр станцияларының пештері қандай металдардан жасалған? Осы қорытпалардың қайсысы, айталық, 2500 градуста өзін жақсы ұстайды? Бұл температура ұшақтар мен зымыран қозғалтқыштарына тән, олар үшін материалдардың құрамы, әрине, белгілі, бірақ мұндай ләззаттың бағасы да белгілі. Жарайды, мына тітіркендіргіш ұсақ-түйекті бір жаққа тастап көрейік - бізде ақша көп, жер бетінде ыстыққа төзімді металдар бар - біз үйренеміз бе деп сұраймыз, ақшасыз шыдаймыз. Бірақ сіз атмосфералық ауада сутегінің жану химиясымен күресе алмайсыз - бұл айсбергтердегі көбелектер туралы емес, бұл әлдеқайда ауыр ғылым. Және, басқа да көптеген ғылыми білім салаларындағы сияқты, бұл жерде даусыз билік бар, олар оларды сөгістегілердің бәрі жасағаннан кейін және ештеңенің нәтиже бермейтініне сенімді болғаннан кейін даусыз болды - жетекші қайраткерлердің дәлелдері жартас сияқты.. Азот оксидтерінің пайда болуы туралы білуге болатын барлық нәрсені өткен ғасырдың 40-жылдарында Яков Борисович Зельдович айтқан - оның химияны оқуға әлі де бос уақыты болды, Атом энергиясы бойынша арнайы комитет құрылғаннан кейін ол шегіне дейін бос болды. ол атомдық және ядролық оқтұмсықтардың теориясын жасағанға дейін. Жоғары температура кезінде азот пен оттегі арасында сөзсіз болатын химиялық реакциялар:

N2 + O à NO + N және N + O2 à No + O

Азот оксидтерінің түзілу механизмі Зельдович механизмі деп аталады. Біраз уақыттан кейін Фенимор механизмі де ашылды, оны ашқан ғалымның атымен аталды, бірақ бұл жолы бізге қосымша нәзіктіктер қажет емес, біз қазірдің өзінде жақсымыз.

Көмірқышқыл газының зияндылығы туралы шексіз әңгімелер пайдалы, бірақ олар сіз бен біз айналамыздағы ауада азот оксидінің болуымен қамтамасыз етілген «қуаныш пен бақыт» сипаттамасын астына көміп тастады. «NO иіссіз, бірақ деммен жұтқанда қандағы гемоглобинмен байланысып, оны оттегін тасымалдай алмайтын түрге айналдырады. Жоғары концентрациядағы азот оксиді өкпені тітіркендіреді және денсаулыққа ауыр әсер етеді. Ол сумен оңай қосылып, майда ериді және өкпенің капиллярларына еніп, қабыну мен астматикалық процестерді тудырады. Азот оксидтерінің жоғары концентрациясы алдымен жағымсыз сезімдер мен жану сезімін береді, одан әрі жоғарылауы өлімге әкеледі. Төмен концентрациялар бас ауруы, ас қорыту проблемалары, жөтел және өкпе проблемаларын тудыруы мүмкін. Науқас жөтелмен, лакримациямен және жалпы әлсіздікпен көрінетін шырышты қабықтың тітіркенуіне байланысты конъюнктивит, ринит және фарингитпен мазасыздануы мүмкін. Уланудың келесі сатысында шырышты немесе қанды қақырықты, ентігу, цианоз, тахикардия және фебрильді безгегі бар дымқыл жөтел пайда болады. Қорқыныш сезімі, психомоторлы қозу және құрысулар пайда болады. Білікті медициналық көмек болмаған жағдайда бұл өлімге әкеледі ».

Жеткілікті? Жоқ. Қышқыл жаңбырдың себебі ауада жоғары концентрациядағы азот оксидтерінің болуы, ол туралы біз де айтқымыз келеді. Азот оксидтері адамдар үшін көмірқышқыл газына қарағанда бірнеше есе қауіпті және сутегінің жану температурасының жоғары болуы олардың неғұрлым қарқынды қалыптасуына сөзсіз әкеледі. Сәлем, керемет сутегі әлемі!

Іс жүзінде бұл сутегінің жануын пайдаланатын барлық электр станцияларында атмосфералық ауадан таза оттегін алу үшін қосымша жабдық қажет болады дегенді білдіреді. Пеш жабдығының материалдарына байланысты көзді қуантып тұрған электр станцияларының құрылысының сметасына тағы N инвестиция қосылады және бұл жеке терминге айналатынын жоққа шығаруға болмайды - « N-инвестициялар». Кейбір шиеленіс жағдайында мұндай жабдықты ауыр жүк көліктеріне, теміржол локомотивтеріне, тіпті теңіз және өзен кемелеріне орнатуға болады, бірақ онымен вагондарды жабдықтау жұмыс істемейді - содан кейін автомобильдер автоматты түрде жүк көліктеріне айнала бастайды. Мұнда технологияларды қажетті дамытудың тағы бір, қосымша бағыты - атмосфералық ауаны бөлуге арналған жабдықты миниатюризациялау. Біз, білікті тұтынушылар, қала ауасындағы азот оксидтері көбейіп, қышқыл жаңбыр жиі жауатынын күтуге немесе келісуге келісеміз. Әрине, температура шекті мәннен төмен болуы үшін жану камерасына сутегі беру жылдамдығымен тәжірибе жасауға болады, содан кейін Зелдович механизмі автоматты түрде іске қосылады. Алайда, содан кейін отын ретінде сутекті пайдаланудың мағынасы азырақ түсінікті болады - қозғалтқыштың тиімділігі бензин немесе дизельді пайдаланатын кәдімгі іштен жану қозғалтқышының тиімділігімен салыстырылатын болады. Тұтынушылар ретінде тұтынушыларға – қазір бір келі сутегінің орташа бағасы шамамен 8 долларды құрайды, бұл, жұмсақ тілмен айтқанда, дәстүрлі отынның құнынан айтарлықтай асып түседі.

Жапониядан алынған тәжірибелік деректер

Егер біз еуропалық шенеуніктердің қиял әлемінде емес, нақты әлемде өмір сүріп, жұмыс істейтін энергетикалық компаниялар туралы айтатын болсақ, олардың арасында электр станцияларының жабдықтарын тарихтың қоқыс жәшігіне тастап, жаңаларын орнатқысы келетіндер жоқ. вольфрам, молибден, титан бар қымбат қорытпалардың. Қалай болғанда да, кез келген компанияның мақсаты біреудің арманы, тіпті қымбат емес, өз акционерлері үшін пайда табу екенін еске сала кетейік. Mitsubishi Hitachi Power Systems (MHPS) бірнеше жыл бұрын өзінің электр станцияларының бірінде жану камерасына 30% сутегі бар табиғи газды беру арқылы жоғары қуатты газ турбинасын сәтті сынақтан өткізді. Шығу орнындағы газдардың температурасы 1600 градус, жабдық қиындықтарсыз болмаса да, мұндай жүктемеге төтеп берді. Тиімділік шамалы болды, бірақ өсті, бірақ түзілетін көмірқышқыл газының мөлшері бірден 10% төмен болды, ал жапондық компания азот оксидтері туралы ақпаратты толығымен ашпады, «қолайлы деңгейде қалды» деген сөзбен шектелді. деңгейі». MHPS ұсынысы - 80% табиғи газ және 20% сутегі бар отын қоспасын пайдалану экономикалық тұрғыдан негізделген және экологиялық тұрғыдан тиімді. Сондай-ақ Жапонияда 2018 жылы Kawasaki Heavy Industries және Obayashi жану камерасына 100% сутегі жеткізілетін турбинаның қысқа мерзімді сынақтарын өткізді. Эксперименттің экономикасы туралы есеп болған жоқ, бірақ осы компаниялардың консорциумына тиесілі Кобедегі ЖЭО 20%-дан 80%-ға дейін сутегі мен табиғи газ қоспасымен жұмыс істейтінін білу жеткілікті, яғни, MHPS берген ұсыныстарға сәйкес. Газбен жұмыс істейтін ЖЭО қондырғыларына арналған отын қоспасына сутегін қосу бойынша тәжірибелер, әрине, Жапонияда ғана емес, сонымен бірге біз ең оптимистік нәтижелер туралы айттық, бұл жабдық пен материалдардың ұлттық техникалық стандарттарына байланысты. өндіріледі.

Бұл, стандарттарға сәйкес, бүгінгі күні табиғи газдағы сутегінің рұқсат етілген үлесі: Бельгия, Жаңа Зеландия, АҚШ, Ұлыбритания - 0,1%; Германия 10%, Нидерланды 12%. Бүгінгі таңда сутегінің дәстүрлі отынды пайдаланудан толығымен бас тарту туралы армандары қатал шындыққа жоғалып кетті - ғылыми-зерттеу және тәжірибелік-конструкторлық жұмыстардың тұтас сериясы қажет, ұлттық техникалық стандарттарға өзгерістер қажет, тәжірибелік өнеркәсіптік жабдықта алынған нәтижелерді тексеру және т.б. қосулы. Алдыңғы сөйлемде қолданылған әрбір терминнің артында көзге көрінбейтін түрде қаржыландыру туралы, білікті кадрлар туралы, қажетті уақыт туралы сұрақтар жатыр - бұл барлық эксперименттер мен сынақтардың сәтті болатынына ешкім кепілдік бере алмайтынын ескерсек.

Егер Германия мен Еуропалық Одақ шынымен де өздерінің «сутегі бағдарламаларын» жүзеге асырғысы келсе, онда бұл бағдарламалар, біздің ойымызша, ҒЗТКЖ және кейінгі сынақтар кестелерін қамтуы керек, тиісті инвестицияларды қарастыру керек, бірақ қатаң мерзімдер болмауы керек - бұл жағдайда, егер бағдарламалық жасақтаманы әзірлеу топтарын Мишель Ностардамустың тікелей ұрпақтары басқармаса, әрине. Ал біз қандай да бір дерексіз «жалпы қаржыландыру» туралы емес, нақты ғылыми-зерттеу институттары, ғылыми топтар және олардың бірлестіктері туралы айтып отырмыз. Дегенмен, бұл бізді алаңдатпайды - ЕО бюджеттерінде және жекелеген мемлекеттердің бюджеттерінде ақша қоры болса, олар өз қалауынша жұмсасын. Бұл арада, егер «сутегі отты құстары» болмаса, онда сіз ХЭА, Халықаралық энергетика агенттігінің есептеулеріне сене аласыз: газ-сутегі қоспасын пайдаланатын кең ауқымды еуропалық электр станциялар желісін құру. 80/20 пропорциялары көмірқышқыл газының шығарындыларын 7%-ға немесе 60 млн тоннаға азайтады. Өзінің есептеулерінде ХЭА Жапонияда алынған деректерге сүйенді - қарапайым себеппен бұл деректер кез келген жаңа технология үшін қалыпты режимде «өндірілген». Ал еуропалық шенеуніктің 100% сутегі туралы, көмірқышқыл газының толық болмауы және азот оксидтеріне қатысты толық склероз туралы мәтіні қарапайым және қарапайым сипатталады - популизм.

Килограмм және текше метр - айырмашылықты сезініңіз

Иә, жоғарыдағы мәтінде «килограмм» сөзі кездейсоқ басылып кеткендіктен, бұған білікті тұтынушылардың да назарын аудару қажет. Бұл сөз сутегі энергиясының біліктілігі жоқ әуесқойларының тағы бір «арбауын» көрсету үшін қолданылады: «1 килограмм метанның меншікті жану жылуы шамамен 50 МДж (мегаджоуль), ал 1 килограмм газдың меншікті жану жылуы. сутегі шамамен 130 МДж. Көрдіңіз бе, сутегі қаншалықты пайдалы? »

Біз, әрине, көреміз - біз килограмм бірлік ретінде қолданылатынын көреміз. Төлем картаңызға қараңызшы, құрметті оқырмандар – ол жерде «бір келі газдың бағасы» деген жол бар ма? Мұндай ештеңе жоқ - текше метр, және бұл. Метанның текше метрін өлшеуге болады, ешқандай проблема жоқ - қалыпты атмосфералық қысымда және 20 градус Цельсий кезінде өлшеу құралы 657 граммды көрсетеді. Бірақ дәлірек құрылғы қажет болмаса, сутегінің текше метрін де өлшеуге болады, өйткені бұл газдың текше метрінің салмағы 89,9 грамм. Дәл солай, бірақ басқаша айтқанда - сутегі метаннан 7, 3 есе жеңіл. Егер сіз газ плитасы бар үйде тұрсаңыз, онда 130 МДж жылу алу үшін сізге 3, 96 текше метр табиғи газ жағуға тура келеді, ал егер сіз қандай да бір ғажайыппен сіз өзіңізді осы үйден салынған үйде тапсаңыз. 2050 жылы еуропалық бюрократ болса, сол 130 МДж алу үшін 11, 11 текше метр сутегі қажет болады. Білікті тұтынушы ретінде біз оны ақшамен санай аламыз - бұл белгісіз тіршілік иесінің басты міндеті. Әртүрлі аймақтардағы газдың бөлшек саудадағы бағасы әртүрлі, Мәскеу облысын алайық – бір текше метр үшін 6, 56 рубль. Бұл 130 МДж жылу 6, 56 * 4, 0 = 26, 24 рубльді құрайды дегенді білдіреді. Еуропалық Одақ үшін ACIL ALLEN Consulting зерттеу орталығының мәліметтері бойынша 2025 жылға қарай Еуропадағы сутегінің қол жетімді бағасы - килограммына $ 5,43. Долларды рубльге дейін өз қалауыңыз бойынша есептеңіз - бұл мақала сіздің көзіңізге түскен күні оның қандай болатынын білмейміз. Мысалы, 70 рубль үшін «ортаңғы төбедегі» 1 доллардың қандай да бір түрін алайық, бірақ біз көбейтпейміз - бұл жалқау, шынын айтсам, сол 130 МДж жылу үшін сіз әлі де 350-ден 400 рубльге дейін бірдеңе аласыз.

Сонымен бірге, біздің төлем жүйелерімізде - соңғы тұтынушы ретінде сіз бен мен үшін бөлшек сауда бағалары, ал ACIL ALLEN-де сутегі өндірушілері үшін есептелген бағалар, шын мәнінде онсыз да ақылсыз баға айырмашылығы одан да жоғары болады. Көлік қызметтері, коммерциялық маржа – мұның барлығын түпкілікті тұтынушы төлейтін болады, бұл жағдайда – анық шектеулі рет. Бұл туралы түсініктеме ретінде тек мынаны айтуға болады: «Сәлеметсіз бе, керемет сутегі әлемі!» Иә, біз ұмытып кете жаздадық: егер таза сутегі 2050 жылы еуропалық газ плитасынан шықса, онда бұл пеш пен оның оттықтары қандай металдан жасалатыны туралы біз білмейміз, өйткені жалын температурасы кемінде 2000 градус болады. Өзіңіз ойлаңыз, бірақ сіз ойланып жатқанда, барлық кәстрөлдеріңізбен қош айтыңыз, өйткені олардың балқытылған металы еуро пластинасына тамшылатып, оны тазарту үшін азапталады. Егер ЕО өз халқын газдандырудан бас тартса, бүкіл тұрғын үй қорын тек электр энергиясына көшірсе, кәстрөлдер, әрине, аман қалады, бірақ сутегі энергиясының түпкілікті жеңісінің тамаша жоспарларында электр энергиясының бағасы қандай болады., жоспарлардың авторлары қарапайым үнсіз. Естеріңізге сала кетейік, жылу электр станцияларындағы электр энергиясының құны 90% шикізат бағасына байланысты - сіз өз қорытындыңызды жасай аласыз және сонымен бірге қарапайым тұрғындардың өмір сүру перспективаларына объективті баға аласыз. 2050 жылдан кейін «сутегі» Еуропадағы адамдар.

Сутегінің тығыздығы оның химиялық және физикалық қасиеттерімен бірге сутегі энергетикасының дамуы алдында тұрған мәселелердің келесі блогы болып табылады. Оның үстіне, блок күшті - 1974 жылы Еуропада алғаш рет күшейген бұл тақырыпқа қызығушылықтың жартылай академиялық деңгейден шықпауына көп жағынан себеп болған ол. Бұл дәл 1974 жылы, яғни дәл сол әлемдік мұнай дағдарысы кезінде болды, бұл дағдарыстан бүгінгі күнге дейін аман қалғандардың шашын тіккен. Еске салайық, 2020 жылғы ағымдағы дағдарыс сұраныстың төмендеуінен және соның салдарынан бағаның екі есе төмендеуінен туындады, ал қазір белгілі болғандай, құлдырау 3-4 айдың ішінде соншалықты маңызды болып шықты. Ал 1974 жылы Еуропада мұнай бағасы 3-4 есе өсті, бірақ ол ешқашан төмендеген жоқ, сондықтан Еуропада мұнай импортына тәуелділіктен құтылу үшін ғана олар қалаған технологияға дайын болды. Басқа нұсқалардың арасында сутегі энергиясы да қарастырылды, бірақ содан кейін қарастырудан басқа ешқандай салдар болмады. Сутегі, өздеріңіз білетіндей, Әлемдегі ең кең таралған химиялық элемент, оның затының 92% одан тұрады, бірақ Жер планетасында оның таза түрінде ол жай ғана жоқ - ол химиялық белсенді болғандықтан, ол өзара әрекеттеседі. кез келген басқа химиялық затпен керемет жеңіл және жылдам. Сондықтан бұл газды сақтау шарттары өте жоғары - сутегі оны сақтауға арналған контейнерлер жасалған барлық материалдармен өзара әрекеттесуге ұмтылады. Жағдай, әрине, Еуропаның газ тасымалдау және газ тарату жүйелерін құрайтын кез келген құбырлармен де ұқсас. Бұрыннан бар құбырларды сутегін тасымалдау және тарату үшін пайдалануға болады деген армандардың ғылыми-техникалық негіздемесі жоқ - ағып кетуден болатын шығындар мұндай жобаны экономикалық тұрғыдан алып тастайды, құбырлардың ішкі беті сөзсіз тозып, сутегіні тасымалдау және тарату үшін қажет. қызметтен толық шығу. Айтпақшы, «Газпром» тиісті зерттеулерді жүргізіп үлгерді, нәтижесі құпия емес: Солтүстік және Түрік ағындарын қоспағанда, табиғи газға сутегі 30%-дан аспайтын болса, барлық басқа құбырлар дұрыс жұмыс істейді. «теңіз» құбырлары 70% дейін шыдайды. Олардың газ құбырларына мұндай тексерулер Еуропада жүргізілді ме, жоқ па, бұл туралы ақпарат жоқ, Газпром нәтижеге әбден қанағаттанған, өйткені компания мамандары Жапониядан алынған мәліметтерге сүйенеді. Газ электр станцияларының отын қоспасындағы 20% сутегі мөлшері барлық жабдықты қайта жарақтандыруға триллиондаған инвестицияны қажет етпейтін деңгей және көмірқышқыл газының шығарындыларын азайтуға айтарлықтай нәтиже беретін деңгей болып табылады. азот оксидтерінің шығарындылары».

Бензин немесе сутегі?

Сутегін сақтаудың жаңа технологиялары туралы әңгімеге көшпес бұрын, біз, білікті тұтынушылар, қазірдің өзінде пайда болған, саны біртіндеп өсіп келе жатқан сутекті көліктерге тоқталмас бұрын. Бастау үшін, стандартты 50 литрлік газ цистернасын «сығып кептіру» арқылы жеңіл автокөлік иесі қанша жылу алатынын есептейік. Бір килограмм бензиннің меншікті жану жылуы 43,6 МДж, дизельдік отынның бір килограммының меншікті жану жылуы 42,7 МДж, сондықтан біз орташа есеппен 43,0 МДж дейін оңай аламыз. Бензиннің тығыздығы литріне 710 грамм, дизельдік отынның тығыздығы (жазғы) литріне 850 грамм, орта есеппен 780 грамм, яғни жеңіл автокөліктердің 50 литрлік цистерналарында орташа есеппен 1677 МДж «жасырын. «, бұл бізге қалалық жағдайда 500-600 км жүгіруді қамтамасыз етеді. Ал, қалыпты атмосфералық қысымда 50 литр сутегі, кешіріңіз, 5 грамм және тиісінше 0,65 МДж, бұл дәстүрлі отынмен резервуардағыдан 2500 (екі мың бес жүз, қатесі жоқ) есе аз. Бұл жағдайда жүгіріс немесе дәлірек айтқанда, «жорғап шыққан» қандай болады - біз оны өзіңіз есептеуді ұсынамыз, бірақ 200-ден астам метр жұмыс істемейді, тіпті бастапқыда отынның шамадан тыс тұтынуын есепке алмағанда. Сондықтан опциялар жоқ - резервуардағы сутегі көбірек болуы керек, және бұған қол жеткізудің ең айқын жолы - қысымды арттыру. Біз қысымды арттырамыз - мұндай резервуар жасалған материалға қойылатын талаптар да артады. Талаптар екі еселенген, өйткені қысымға төтеп беру үшін тек күш қажет емес, сонымен қатар сутегінің реактивтілігіне төтеп беру қабілеті, ағып кетуді болдырмау мүмкіндігі. Периодтық кестеде сутегінің құрметті нөмірі 1 бар, яғни ол өлшемі бойынша ең кішкентай атом, сондықтан жоғары қысымда бұл газ резервуардың ішкі бетіндегі ең кішкентай ақаулар арқылы «қашып кетуге деген ұмтылысты» арттырады.

Ресейде 200 атмосфера қысымында сутегі бар цилиндрлерді таңбалау стандарты қабылданды:

Қою жасыл, жазу қызыл түспен жазылған, бірақ 200 атмосфера тым аз, бұл қысымда 1 кг сутегін сақтау үшін 56,3 литрлік цилиндр қажет. Газ тәрізді сутегін сақтауға арналған технологияларды дамытудың келесі қадамы - титаннан жасалған цилиндрлер, олар қазірдің өзінде 400 атмосфераға төтеп берді, бірақ әзірлеушілер мұнымен тоқтап қалмады.

Жапония жеңіл сутегі көліктері бойынша әлемде көшбасшы болғандықтан, мысал ретінде Toyota сутегі резервуарын алайық:

Барлық сандар анық көрінеді - резервуар 700 атмосфераға арналған. Материал композициялық материалдар болып табылады, өйткені олар химиялық тұрғыдан өте тұрақты, олар сутегінің болуына мүлдем әсер етпейді, резервуардың беріктігі есептелген және атыс қаруының оқтарының тікелей тигеніне дейін қамтамасыз етіледі, ал егер танк жеңе алмаса. ішкі қысым, ол сутегінің бүкіл көлемін лезде босатуды қамтамасыз ететін бүкіл корпус бойымен «ашылады». Бұл оның ауадағы жоғары концентрациясын болдырмау үшін жасалады - сутегі жеңіл, қысымның күрт төмендеуімен, ол жерден және адамдардан жоғары көтеріледі. Мұның себебі бәріне белгілі болуы мүмкін - сутегінің оттегімен қоспасы тек өрт қауіпті емес, сутегі концентрациясы жоғары болса, тіпті жарылғыш. Жапондық автоөндіруші жинақтаған пайдалану тәжірибесі апаттың жиілігін анықтаған жоқ, сондықтан проблемалар, егер бар болса, таза психологиялық болып табылады - олардың жанында бір жерде қысым астында контейнер бар екенін біле отырып, көлік жүргізушісі мен жолаушылары қаншалықты жайлы сезінеді. 700 атмосфера, құрамында жарылғыш зат бар. Бірақ бұл да дәстүрлі сұйық мотор отынынан асатын көрсеткіштерді қамтамасыз етпейді: тіпті 700 атмосферада сутегінің энергетикалық тығыздығы 1 литрге 4,4 МДж, ал бензиннің литрі 1 литрге 31,6 МДж құрайды. Тағы да, баяу: 700 атмосфера, резервуардың жоғары технологиялық материалы, бірақ нәтиже ең дәстүрлі бензиннен 7, 7 есе төмен. Иә, бұл шынымен де көмірқышқыл газының түзілуін азайтады, бірақ жану температурасының жоғарылауына байланысты азот оксидтерінің түзілуі артады. Сонымен бірге, бензин мен дизель отынына экологиялық талаптар артып келе жатқанын, Еуро-5 стандарты енгізілгенін есте ұстаған жөн, бірақ химик-технологтар бұл талаптарды сәтті орындап келеді - мысалы, 2020 жылдың шілдесінде Газпром Нефть Еуро-5 шеңберінде жаңғырту «МӨЗ. Бұл, әрине, арзан рахат емес, бірақ бұл инвестиция сутегімен жүретін жолаушылар вагондарын жаппай енгізуге қажеттіден бірнеше есе аз. Жоғарыда айтылғандарға сүйене отырып, өнеркәсіптік көлемдегі таза газ тәріздес сутегінің тасымалдануы не екенін, автокөліктерге арналған сутегі толтыру станциясының жабдығына қандай ақша құйылатынын - қысым, сутегінің реактивтілігі, ағып кету кезінде өрт қаупін елестету жеткілікті. ағып кетудің бірнеше жоғары тәуекелімен.

Сутегі сұйық болуы мүмкін, бірақ оны кім оңай алады?

Және, мүмкін, сутегіге қатысты соңғы «тұтынушы», ол да жалпы алғанда, «ауада ілініп тұрады»: егер сутегін газ түрінде сақтау және тасымалдау кезінде бәрі соншалықты күрделі және қымбат болса, онда дәл осылай жасауға болады ма? Онымен де солай ма?Табиғи газ ше, егер оны құбыр арқылы тұтынушыларға тасымалдау – сұйыққа айналдыру мүмкіндігі болмаса? Сондай-ақ мұндай технология бар, тек сутегі сұйық күйге түсетін температура қалыпты қысымда «минус» 252, 76 градус Цельсий болады. Еске салайық, табиғи газ минус 161 градуста сұйық күйге айналады, бірақ бұл СТГ саласын табиғи газ өнеркәсібіне қатысты барлық нәрсенің ең жоғары технологиялық деп санау үшін жеткілікті. Сутегі жағдайында СТГ-ға қарағанда 90 градус төмен температураға жету қажет, ал төменгі сызық әсерлі емес - қалыпты қысымда сұйық сутегінің тығыздығы текше метрге 77 килограммды құрайды. Салыстыру үшін, бірдей жағдайларда СТГ тығыздығы 7, 8 есе жоғары, текше метрге шамамен 600 кг. Сонымен, СТГ өндіруге қарағанда оны өндіруге бірнеше есе жоғары шығындармен сутегінің сұйылтуы сұйық сутегі бар контейнерлерде жоғары қысымды ұстап тұру қажеттілігімен қиындайды - әйтпесе оны тасымалдау және сақтау үшін үлкен көлемдегі контейнерлер болады. талап етілетін, онда криогендік температураны сақтау қажет екенін еске түсіреміз … Сұйық сутекті сақтау үшін жоғары сапалы болат пайдаланылады, цистерналар сұйық сутегі үшін жұқа сүзгілермен және арнайы жасалған сынама алғыштармен және, әрине, жоғары тиімді жылу оқшаулау жүйесімен жабдықталған. Егер үлкен сыйымдылықты резервуарлар жағдайында, болдырмауға болмайтын булануға әлі де жол берілсе, онда автомобильдерге арналған цистерналармен кез келген булану шығындары автокөлік иесінің әмиянына тікелей әсер етеді, сондықтан мұнда талаптар одан да жоғары. Бүкіл планетаның алдында BMW компаниясы тұр, оның мамандары BMW Hydrogen 7 үшін сұйық сутегіге арналған 74 литрлік резервуар әзірледі, оның булану жоғалуы тәулігіне небәрі 1,5% құрайды. Абсолютті көрсеткіштерде – толық резервуардан тәулігіне 1,1 литр сұйық сутегі із-түзсіз жоғалады.

Қорытындылар, біздің ойымызша, өте айқын.

Электр стансаларында табиғи газ бен сутегі қоспасының орнына таза сутекті пайдалану – жұмыс істеп тұрған электр станцияларын қайта жарақтандыруға миллиардтаған инвестиция және жаңаларын салуға жоғары баға беру жолы. Көміртегіден гөрі адам денсаулығына қауіпті азот оксидтері шығарындыларының өсуіне жол бермеу үшін электр станциясының пешін таза оттегімен қамтамасыз ету үшін атмосфералық ауаны бөлу қажеттілігіне байланысты шығындар да өсуде. диоксид.

Көлік қозғалтқыштарында сутегінің жануы көмірқышқыл газының өндірісін азайтады, бірақ азот оксидтерінің өндірісін арттырады. Қолданыстағы газ құбырлары арқылы таза сутегін жеткізу мүмкін емес, олар мүлдем жаңа «сутегі тасымалдау» және «сутегі тарату» жүйелерін салуды талап етеді. Сутекті газ күйінде сақтау және пайдалану композициялық материалдардан әртүрлі сыйымдылықтағы цистерналарды өндіруді талап етеді - электр станциялары жағдайында да, автомобиль немесе кез келген басқа көліктерге арналған цилиндрлер жағдайында. Сутегін сұйық күйде сақтау және пайдалану дәл осылай қажет, бірақ криогендік температура диапазонында жұмыс істеуге жатады.

Қысқасы, әрбір сөйлемнің соңында бірде-бір логикалық жалғасы жоқ: «Бұл үлкен инвестицияны қажет етеді».

Сутекті күнделікті өмірде, ас үйде қолдану оның атмосфералық ауада жану процесінің физикалық-химиялық сипаттамаларына байланысты мүмкін емес, сондықтан табиғи газдан бас тарту барлық қолда бар электр энергиясын 100% пайдалануға көшуді талап етеді. тұрғын үй қоры.

Неліктен ЕО және оның жекелеген елдері қазба отындарын толығымен жойып, сутегі энергиясына көшуді шешті? Сұрақ соншалықты қызықты, ол бөлек мақалаға лайық.

Бірақ техникалық тұрғыдан алғанда «сутегінің ауысуы» толық утопия екенін ескерудің қажеті жоқ, өйткені ғалымдар, конструкторлар мен инженерлер бос емес, сутекті экономикалық тұрғыдан тиімді ету үшін көп күш жұмсалуда. Тас дәуірінен қола дәуіріне көшу тастардың таусылуынан, ат көлігінің ескілікке айналуынан, сұлының жоқтығынан емес, көліктерге жол беруінен болған жоқ - екеуінде де себеп. жағдайлары технологиялық серпіліс болды.

Бірақ сутегі отын ұяшығы дегеніміз не, атом қуатының сутегі энергиясына қандай қатысы болуы мүмкін бұл жолы да емес.