Водородная энергетика - раздел Экология, ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ Огромный Интерес К Водороду Как К Перспективному Топливу Обусловлен Рядом Не...
Огромный интерес к водороду как к перспективному топливу обусловлен рядом неоспоримых его преимуществ, главные из которых таковы: 1) экологическая безопасность водорода в отличие от других топ-лив, так как продуктом сгорания его является водяной пар; 2) очень высокое значение теплоты сгорания (вчетверо больше, чем у каменного угля); 3) высокая теплопроводность; 4) низкая вязкость, что очень важно при необходимости его транспортировки по трубопроводам, особенно на большие расстояния; 5) практически неограниченные запасы сырья, если в качестве такового рассматривать воду; 6) возможность многостороннего применения водорода: он может быть использован как топливо во многих химических и металлургических процессах, в авиации и автотранспорте, а также в виде добавок к моторным топливам.
Вышеизложенное дало толчок к созданию т.н. водородной энергетики,в которой водород используется как носитель энергии. Водородная энергетика включает следующие стадии: получение водорода из различного сырья; хранение его в газообразном и сжиженном состояниях или в виде искусственно полученных химических соединений, например, гидридов (NaH); транспортирование водорода к потребителю.
Получение водорода.Для промышленного производства водорода используют в основном природный газ, жидкие и твердые горючие ископаемые, воду.
В настоящее время наибольшее количество водорода получают паровой конверсией природного газа. Указанный процесс включает следующие стадии:
1. Каталитическая конверсия метана с водяным паром:
СН4 + Н2О → СО + ЗН2 - 206 кДж.
Реакция осуществляется в присутствии Ni — катализатора при 750-870 °С.
2. Конверсия СО с водяным паром:
СО + Н2О → С02 + Н2 + 41 кДж.
Процесс проводят при 370—440°С в присутствии железохромоксидного катализатора (первая ступень) и при 230—260°С в присутствии цинкхром-медного катализатора (вторая ступень).
3. Выделение водорода из газовой смеси.
Процесс проводят путем последовательной очистки газовой смеси от С02 и остатков непрореагировавших СО, СН4 и Н20.
Получение водорода из твердых горючих ископаемых (например, угля) включает переработку последних с водяным паром и воздухом или кислородом (газификацию):
С + Н2О -> СО↑ + Н2↑ - 118,9 кДж
2С + О2 -> 2СОТ + 230 кДж.
При этом образуется водяной газ, который содержит до 40% СО и 50% Н2, а также СО2, СН4, N2 и примеси сернистых соединений. В дальнейшем газы очищают от нежелательных компонентов, прежде всего негорючих примесей.
Электролизом воды можно получать водород совместно с кислородом. При этом электролитом служит водный раствор КОН (350— 400 г/дм3); давление в электролизерах варьируют от атмосферного до 4 МПа (40 атм.), расход электроэнергии составляет 5,1—5,6 кВтч на 1 м3 водорода.
Описанные традиционные методы получения водорода недостаточно экономичны, если речь идет о широкомасштабном его производстве, исчисляемом сотнями млн т (ныне мировое производство водорода на уровне ста млн т). Это связано, прежде всего, с чрезмерными затратами энергии.
Возможное усовершенствование основного традиционного метода получения водорода — каталитической конверсии природного газа — заключается в том, что процесс проводят в кипящем слое катализато- * ра (газ проходит снизу вверх, взрыхляя последний), а необходимое тепло подводят с высокотемпературного ядерного реактора. При этом возможно снизить затраты на производство водорода на 20—25%.
Другой вариант получения водорода — водно-щелочной электролиз под давлением с использованием относительно дешевой разгрузочной электроэнергии, вырабатываемой в ночное время АЭС.
В последние годы интенсивно разрабатываются плазмохимичес-кие технологии получения водорода, связанные с использованием низкотемпературной (103—105 К) плазмы. Из них наиболее перспективен двухстадийный углекислотный цикл, включающий: 1) диссоциацию (2С02 —> 2СО + 02), осуществляемую в плазмотроне — устройстве для создания плазмы при помощи электрической дуги; 2) конверсию СО с водяным паром (СО + Н20 -> Н2 + С02), после чего образовавшийся диоксид углерода возвращается в плазмотрон для нового цикла.
Имеют перспективу и термохимические циклы получения водорода из воды. Известно, что степень термической диссоциации воды при 248,3°С составляет 11,1%. Указанные термохимические циклы представляют собой совокупность последовательных химических реакций, приводящих к разложению воды при более низкой температуре, чем та, которая требуется для термической диссоциации. В этих циклах все компоненты системы, кроме водородсодержащего сырья (воды), регенерируются.
Среди других исследуемых в последнее время методов получения водорода из воды следует отметить фотоэлектролиз и биофотолиз.
Фотоэлектролиз - метод получения водорода и кислорода из воды при помощи солнечной энергии. Этот процесс осуществлен с КПД пока около 3—4%; он будет представлять практический интерес, если удастся довести КПД до 10—12%.
Биофотолизводы основан на том, что определенные микроорганизмы, например, хлорелла, использующие солнечную энергию для своей жизнедеятельности, способны разлагать воду с образованием водорода. При этом КПД трансформации солнечной энергии такими микроорганизмами составляет около 8%.
Хранение и транспортирование водорода.Газообразный водород хранят в специальных емкостях — газгольдерах, а также сосудах высокого давления — баллонах. Существуют проекты подземного хранения больших количеств водорода в выработанных месторождениях нефти и газа, горных выработках, искусственных соляных кавернах. Жидкий водород хранят и транспортируют в специальных герметических резервуарах с эффективной тепловой изоляцией. При этом емкость стационарных хранилищ достигает 3000 м3 и более, железнодорожных цистерн — 100—125 м3, автомобильных — 25—75 м3. Наконец, проводятся исследования в области получения и хранения водорода в твердом и шугообразном (до 50% твердой фазы) состояниях.
Все темы данного раздела:
Предмет промышленной экологии
Наиболее массированный вред природной среде наносят промышленные предприятия, энергетика и автомобильный транспорт — неотъемлемые компоненты урбанизированных и техногенно нагруженных территорий. Э
Стратегии мирового развития с учетом экологических ограничений
Обусловленные техногенной деятельностью изменения природной среды бумерангом вернулись и к их первопричине — человеку, стали негативно сказываться на самых различных сторонах общественной жизни, вы
Ничто не даётся даром.
Очевидно, что вышеприведенные законы не охватывают все стороны взаимодействия общества и природы. Тем не менее, будучи простыми, по форме, но глубокими по содержанию, они закладывают основу нравс
Цивилизационная революция XXI века
Наиболее ощутимым в смысле воздействия на среду обитания человека и достаточно хорошо изученным можно считать загрязнение окружающей среды. Оно непосредственно связано с научно-техническим прогре
Природное топливо
Топливо — это горючее вещество, выделяющее при окислении тепловую энергию, используемую в дальнейшем непосредственно в технологических процессах или преобразуемую в другие виды энергии.
Т
Искусственное топливо.
К искусственным топливам относятся: кокс доменных печей, искусственные горючие газы, моторное топливо и др.
Кокс — твердый углеродистый остаток, образующийся п
Альтернативное углеродсодержащее топливо
В связи с постепенным истощением запасов нефти и угля, а также усилением загрязнения среды обитания вредными продуктами сгорания развернуты работы по поиску и применению альтернативного
Теплоэнергетика и ее воздействие на природную среду.
Химическое загрязнение окружающей среды. При сжигании углеродсодержащего топлива (угля, нефти, газа и др.) оно неизбежно. Рассмотрим особенности поступления вредных вещ
Гидроэнергетика и ее воздействие на природную среду
Гидроэлектростанции: достоинства и экологические проблемы. Страны СНГ обладают огромными гидроэнергоресурсами, которые оцениваются в 3,94 трлн кВтч/год, из них экономический по
Ядерная энергетика и экология
Радиационная обстановка на Земле за последние 60-70 лет подверглась существенным изменениям: к началу Второй мировой войны во всех странах мира имелось около 10-12 г полученного в чистом виде естес
Радиационный экологический контроль
Естественные и искусственные радиоактивные вещества равномерно распределены в окружающей среде (за исключением аномальных геологических и промышленных районов повышенной радиоактивности) и являются
Территории повышенной радиоактивной загрязненности среды от проведения ядерных взрывов.
В конце 1942 г. на территории Чикагского университета, в помещении зала под трибунами университетского стадиона, началась подготовка к пуску первого в мире ядерного реактора. Установка массой в нес
Особенности радиоэкологического загрязнения
В естественных природных условиях радиационное загрязнение среды, как правило, сочетается с воздействием и других техногенных факторов, прежде всего химического загрязнения. В силу этого вычленить
Альтернативные источники энергии
Помимо широкого использования невозобновляемых источников энергии (уголь, нефть, газ, ядерное топливо) активно изучается и реализуется возможность получения энергии за счет альтернативных (нетрад
Использование солнечной энергии.
Мощность солнечной энергии, поступающей на поверхность Земли, оценивается в 20 млрд кВт, что эквивалентно 1,2-1014 т условного топлива в год. Для сравнения: мировые запасы органического
Энергия океанов и морей
Экологически чистая энергия морей и океанов может быть использована в волновых электростанциях (ВолнЭС), электростанциях морских течений (ЭСМТ) и приливных электростанциях (ПЭС), где происходит
Геотермальная энергетика
Подсчитано, что на глубине до 5 км в недрах Земли количество сосредоточенной теплоты многократно превышает энергию, заключенную во всех видах ископаемых энергоресурсов. В отдельных регионах, напри
Ветроэнергетика
Энергия ветра в конечном итоге есть результат тепловых процессов, происходящих в атмосфере планеты. Причина активных процессов перемещения воздушных масс заключается в различии плотностей нагрето
Биоэнергетика
Биоэнергетикаоснована на получении биомассы, которая используется в качестве топлива непосредственно или после соответствующей переработки. При этом выделяют три направления получения теп
Использование альтернативных источников энергии в Беларуси
В настоящее время удовлетворение потребностей в топливно-энергетических ресурсах нашей страны, обеспечение рациональной структуры топливно-энергетического баланса страны, поиск дополнительных источ
Приоритеты в развитии автономной и возобновляемой энергетики.
В условиях Республики Беларусь достаточно эффективным может быть использование различных видов возобновляемых источников энергии, на базе которых могут быть созданы различные энергетические установ
Структура и виды транспорта
Транспорт, с помощью которого осуществляется перемещение грузов и пассажиров, играет уникальную роль, связывая все важнейшие сферы материального производства в единую систему хозяйственной деятель
Экологическое воздействие транспорта на природную среду и человека
Отчуждение земель. Естественно, что для размещения транспортных коммуникаций нужны земля, вода, воздух, подчас огромных площадей и объемов. Подсчитано, что в США площадь земель,
Сокращение выбросов автотранспорта, работающего на углеводородном топливе.
Автомобильными двигателями выделяются в воздух городов более 95% оксида углерода, около 65% углеводородов и 30% оксидов азота. Расплачиваться за это приходится ухудшением здоровья людей как собстве
Планировочно-градостроительные мероприятия
Они включают специальные приемы застройки и озеленение автомагистралей, размещение жилой застройки по принципу зонирования (в первом эшелоне застройки – от магистрали – размещаются здания понижен
Технологические мероприятия
Совершенствование двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с искровым зажиганием. Известно, что наибольшее влияние на токсичность отработанных газов оказывают изменения, в
Санитарно-технические мероприятия
К таковым относится прежде всего установка каталитических нейтрализаторов. Они используются для обезвреживания выхлопных газов автомобиля путем химического превращения отдельных вредных веществ, с
Ужесточение стандартов на токсичность выхлопных газов
Исходя из понимания глобальной опасности стремительно развивающегося автотранспорта, еще 20 марта 1958 г. под эгидой ООН было достигнуто международное соглашение «О принятии единообразных условий
Новые виды топлива и транспорта
К таковому обычно относят различные спирты (метанол и этанол) и водород.
Спирты.В ряде стран, особенно располагающих обширными плантациями сахарного тростника, все в
Разработка альтернативных видов автотранспорта
К таковым относятся прежде всего электромобиль, солнечный электрический автомобиль, автомобиль с инерционным двигателем, автомобиль с гибридным двигателем.
Электромобили
Природный горно-промышленный комплекс – объект изучения горной экологии
Источниками воздействия горного производства на окружающую природную среду являются открытые и подземные горные работы, обогатительные фабрики, отвалы и хвостохранилища и др. Масштабы этого воздей
Воздействие горного производства на окружающую среду
Для всех способов разработки месторождений характерно воздействие на биосферу, затрагивающее практически все ее элементы: водный и воздушный бассейны, землю, недра, растительный и животный мир.
Охрана воздушного бассейна в горнодобывающей промышленности
Горное производство вызывает два вида загрязнений атмосферного воздуха: запыленность и загазованность. Количество выбросов, их объем и вещественный состав определяются источниками загрязнения. В
Влияние горного производства на гидросферу.
Воздействие горного производства на водный бассейн проявляется в изменении водного режима, загрязнении и засорении вод.
Изменение водного режима.При строительстве и э
Охрана водного бассейна в горном производстве.
Под охраной водного бассейна (природных вод) понимается соблюдение установленного порядка пользования водами, т.е. обеспечение рационального управляемого использования, сохранения и восполнения и
Создание противофильтрационных завес.
Вотличие от традиционных методов осушения месторождений полезных ископаемых, когда срабатываются статические и динамические ресурсы подземных вод, метод создания противофильтрационных завес разли
Влияние горного производства на природный ландшафт
Специфическая особенность размещения предприятий горной промышленности заключается в том, что они могут создаваться только там, где имеются залежи полезных ископаемых. При этом горные предприятия
Безотходное горное производство
Горное производство образует твердые, жидкие и газообразные отходы (табл.6.3.)
Большое количество отходов является наиболее объективным показателем несовершенства проектируемой или приме
Источники загрязнения природной среды в промышленности
Все отрасли промышленности являются загрязнителями природной среды, отличаясь лишь ассортиментом, степенью опасности и объемом выбросов (сбросов), а также количеством твердых токсичных отходов (таб
Черная и цветная металлургия
По объему загрязнений одно из первых мест в народном хозяйстве занимает черная и цветная металлургия, металлообрабатывающая промышленность. Производство чугуна и стали сопровождается образованием б
Химическая и нефтехимическая промышленность
Химическая промышленность.
На втором месте после металлургического производства по уровню негативного воздействия на окружающую среду находятся отрасли химической промышле
Машиностроительная промышленность
Практически в любом городе, а тем более промышленном центре имеются предприятия машиностроения. В одном случае это единичные предприятия, в других — группа различных по специализации машино
Промышленность строительных материалов
Крупным источником твердых частиц, загрязняющих природную среду, являются цементные заводы, известковые печи, установки по производству магнезита, асфальта, печи обжига кирпича. Наибольшая
Проблемы природопользования в сельском хозяйстве.
Сельскохозяйственное природопользование является одним из древнейших видов природопользования, непосредственно направленным на удовлетворение потребностей человека. Качество сельхозпродукции непоср
Экологизация промышленного производства.
Для уменьшения неблагоприятного воздействия промышленности на окружающую среду необходимо предпринимать меры по оптимизации и экологизации промышленного производства.
Экологизация промышле
Основные пути и методы очистки сточных вод
Различают два основных пути очистки сточных вод: разбавление и очистка их от загрязнений. Разбавление не ликвидирует воздействия сточных вод, а лишь ослабляет его на локальном участке водоема. Осно
Экологически безопасные методы очистки промстоков
Термические методы. На химических предприятиях образуются сточные воды, содержащие различные минеральные соли (кальция, магния, натрия и др.), а также широкий спектр органических в
Очистка выбросов в атмосферу
Основным направлением охраны атмосферного воздуха от вредных выбросов должна быть разработка малоотходных и безотходных технологических процессов. Однако такую задачу следует полагать стратегическ
Основные принципы выбора метода и аппаратуры очистки газовых выбросов от твердых частиц и аэрозолей
Выбор метода и оборудования, обеспечивающих необходимую степень очистки, зависит от большого числа параметров, среди которых основным является эффективность работы системы по отношению к преоблад
Очистка выбросов от токсичных газо- и парообразных примесей
С этой целью разработаны три основные группы методов очистки: 1) промывка выбросов растворителями содержащейся в них примеси (абсорбционный метод); 2) поглощение газообразных примесей твердыми тел
Реабилитация природных ландшафтов и нарушенных земель
Под мелиорацией понимается система организационно-хозяйственных и технических мероприятий, направленных на улучшение земель в целях создания наиболее благоприятных условий для развития сельского
Виды отходов и масштабы их образования
Отходы производства и потребления - это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, иных изделий или продуктов, образовавшиеся в процессе производства и потребления, а также продукц
Обращение отходов
Обращение отходов - деятельность, в процессе которой образуются отходы, а также деятельность по сбору, использованию, обезвреживанию, транспортированию, размещению отходов.
Нормативы образования отходов и лимитов на их размещение
Суть этого вида экологического сопровождения деятельности предприятия состоит:
· в установлении норматива образования отходов для действующего предприятия, исходя из анализа технологии п
Сбор, хранение и транспортировка отходов
Надлежащая организация сбора, хранения и транспортировки отходов вносит большой вклад в оздоровление ОС. В США, где норма накопления, например, твердых бытовых отходов (ТБО) в 2-3 раза выше, чем в
Полигоны для размещения твердых бытовых отходов
Закон «Об отходах производства и потребления» установил требования к объектам размещения отходов. Создание таких объектов - специально оборудованных сооружений (полигонов, шламохранилищ, отвалов
Обращение токсичных промышленных отходов
Основными направлениями обращения твердых промышленных (ТПО) отходов являются:
· захоронение на полигонах и свалках;
· переработка конкретных твердых отходов по заводской техноло
Новости и инфо для студентов