Юрий Чирков - Занимательно об энергетике

Итак, даже электричество, этот всепроникающий источник энергии, может быть потеснено водородом. При передаче электроэнергии по проводам на дальние расстояния потери составляют 20 процентов. Подсчеты показывают: транспортировка водорода по трубам при протяженности линий свыше 500—600 километров (а энерголинии из Сибири в европейскую часть СССР тянутся на многие тысячи километров!) дешевле передачи электроэнергии по проводам ЛЭП в 10 раз! Так не лучше ли использовать электроэнергию прямо на месте ее выработки на электролиз воды? А получающийся при этом водород транспортировать потребителю по трубопроводам и уже там, на месте, сжигать либо в тепловых машинах, либо, что гораздо выгоднее (вспомним про КПД!), в топливных элементах.

Так возникают контуры водородной энергетики.

Возможно, уже в недалеком будущем в обиход войдет не слишком благозвучное слово «водородопровод». По крайней мере, в ФРГ и США уже построены магистрали длиной в сотни километров.

Но электричество и водород не обязательно должны быть непримиримыми конкурентами. Они, оказывается, прекрасно дополняют друг друга.

Когда в Москве вечером разом выключаются миллионы телевизоров и заканчивают работу многие предприятия, потребление электроэнергии из городской сети сразу резко уменьшается. При чем тут водород? А при том, что электричество, поступающее непрерывно и требующее непрерывного же потребления, можно в это время заставить, скажем, в процессе того же электролиза разлагать воду на водород и кислород.

Тогда ранним утром, когда начинается рабочий день на фабриках и заводах и резко подскакивает потребность в энергии, накопленный за ночь водород можно было бы влить в общий энергетический поток.

Так, водород помог бы в борьбе с одной из тяжелых и хронических болезней крупных энергосистем — неравномерностью нагрузки.

Могут возразить: водород пока еще довольно дорог. Да, это верно. Однако тенденции тут таковы. Исчерпание нефтяных месторождений ведет к росту цен на бензин, а со временем и просто к его нехватке.

В то же время цены на водород будут неуклонно снижаться с ростом масштабов его производства и с удешевлением электроэнергии. И тот водород, который сейчас значительно дороже бензина, со временем может стать дешевле его.

Когда цены сравняются, наступит эра автомобиля, работающего на водородном топливе.

«Водородная энергетика», о ней много говорят сейчас. В марте 1976 года в Майами-Бич (США) состоялась первая Международная конференция по водородной энергетике и технологии. Она шла под девизом «Мост в водородное будущее».

Хранение с выгодой

О похвальных свойствах водорода люди догадывались давно. Еще в 1820 году в Кембриджском философском обществе обсуждался доклад «Об использовании водорода в качестве топлива для движущихся машин.

В 1927 году фирма «Цеппелин» выпустила двигатели, работавшие на водородном топливе. В 1968 году в Институте теоретической и прикладной механики Сибирского отделения Академии наук СССР проводились испытания двигателей ГАЗ-652 на водородном горючем.

В 1972 году в США происходил межуниверситетский конкурс на лучшую конструкцию городского автомобиля. Первое место занял автомобиль на водороде.

А вот и» совсем свежие (1980 г.) новости. В Харькове появилась первая «водородная колонка». Харьковчанин сел в обычное такси, проехал весь город, не догадываясь, что двигатель этой машины работает не на чистом бензине, а на его смеси с водородом. Только водород попадает не в бак, а в специальный «аккумулятор», где немедленно «связывается» металлическим порошком, который прочно удерживает газ и делает его абсолютно взрывобезопасным. Во время движения авто водород в строгой дозировке, контролируемой приборами, вместе с бензином подается в камеру сгорания двигателя. Это позволяет более чем на одну треть сократить расход бензина и резко снизить содержание вредных веществ в выхлопных газах.

Новинка разработана учеными Института проблем машиностроения Академии наук Украины и Харьковского автодорожного института.

Ну же! Казалось бы, еще один миг — и водород получит окончательную прописку в транспорте.

Что мешает тому, чтобы водород стал топливом для «безлошадных карет», заменил дорожающий бензин? Какие возражения выдвигают противники водорода?

Ну, первое: не опасно ли разъезжать на водородо-мобиле? Ведь водород взрывоопасен!

Еще со времен школьных опытов в химическом кабинете мы помним эффектные взрывы гремучего газа. Да, на всех предприятиях, где в ходу водород, обязательно встретишь надпись: «Курить воспрещается!»

Но и спички опасны, особенно при неумелом обращении. И смесь паров бензина с воздухом взрывается ничуть не хуже смеси водорода с воздухом.

А такие «взрывы» происходят в автомобиле по многу раз в секунду! Короче, признано: употребление водорода не более опасно, чем использование обычного светильного газа.

Вот более весомое возражение. Водород имеет очень низкую плотность и занимает большой объем. Для уменьшения объема его необходимо подвергнуть сжижению при очень низкой температуре (минус 252 градуса по Цельсию) и при высоком давлении. Уже одна эта операция требует большого расхода энергии. Но даже в сжиженном состоянии водород имеет плотность в три-четыре раза меньшую, чем плотность нефти. Следовательно, при их равной массе для водорода требуются куда более вместительные резервуары.

Еще одна существенная трудность: как хранить водород? Для хранения 20 килограммов жидкого водорода под давлением 200 атмосфер необходим бронированный резервуар размером с автомобиль и весящий около тонны.

Если бы водород не обладал высокой энергетической отдачей, выбор давно пал бы на синтетические виды горючего, получаемые из угля. Но, к счастью, в последние годы появились новые, очень перспективные методы хранения водорода. Так, в частности, используется размельченный, с очень высокой удельной поверхностью сплав — «металлический гидрид». Он действует как губка, поглощающая большие порции водорода. Баки, заполненные гидридом, вмещают в 40 раз больше водорода, чем баки, заполненные только газом.

Самое любопытное то, что новая технологическая схема позволяет не только хранить в твердом состоянии вещество, слишком взрывоопасное в газообразном состоянии, но и получать при переводе водорода из газообразного состояния в твердое тепловую энергию.

Принцип таков: резервуар снабжен системой трубок, внутри которых находятся очень мелкие, порядка нескольких микрон, частицы сплава титана и железа. Когда водород попадает под давлением в эти трубки, он контактирует с частицами, в результате чего происходит образование водородных соединений.