Искусственное жидкое топливо. Водород.
Так как запасы нефти ограниченны, а некоторым потребителям необходимо только жидкое топливо, получаемое в результате переработки нефти, то большое значение приобрел вопрос о получении жидкого топлива (керосина, бензина) из угля, ресурсов которого гораздо больше. Вопрос этот не новый, но интерес к нему особенно усилился за последнее десятилетие.
Во многих странах в настоящее время широко ведутся исследовательские и опытные работы, цель которых заключается в создании такой технологии получения жидкого топлива из угля (или, как его часто называют, искусственного жидкого топлива — ИЖТ), в результате применения которой себестоимость жидкого топлива была бы приемлемой. До сих пор эта задача не решена.
В настоящее время имеются 4 основных способа переработки угля в жидкое топливо: синтез, в основе которого лежит превращение под давлением угля (в качестве первой фазы процесса) в смесь горючих газов с использованием при этом водяного пара, воздуха или кислорода; экстракция, т. е. термическое растворение угля, причем в качестве растворителей используются вещества, участвующие в процессах дальнейшей переработки угля; гидрирование (или гидрогенизация) — способ, заключающийся в насыщении угля водородом*, взаимодействии угля с содержащими водород веществами при высокой температуре и давлении; пиролиз — нагрев угля в отсутствии окислителя. Ни один из названных способов не имеет явного преимущества перед другими, и каждый из них заслуживает дальнейшей разработки. Это даст нам возможность судить, какому (или каким) из них следует отдать предпочтение.
Представляет также большой интерес вопрос газификации угля, т. е. получения из угля не жидкого, а газообразного топлива. Дело заключается в том, что в некоторых технологических процессах использование угля затруднительно, в то время как использование газа весьма целесообразно. Кроме того, и это не менее важно, получение горючего газа из угля дает возможность сократить расходы на транспорт газа. Горючий газ, конечно, выгоднее всего получать вблизи месторождения угля. Но месторождения угля и газа расположены в различных, чаще всего весьма удаленных друг от друга местах. Поэтому при газификации угля отпадает необходимость подачи природного газа в районы месторождения угля.
*Следует иметь в виду, что в составе угля содержится примерно в 3 раза меньше водорода, чем в жидких углеводородах, составляющих основу жидких моторных топлив.
Последний вопрос, которого мы хотим коснуться, — использование водорода в качестве топлива. Водород — высококалорийный газ, который может найти применение в авиации и у многих других потребителей вместо жидкого топлива. Большим преимуществом водорода является то, что в результате его сжигания образуется только водяной пар и, следовательно, не происходит загрязнения атмосферы. Существенно также и то, что водорода на Земле так много, что его ресурсы можно рассматривать как неисчерпаемые.
В настоящее время большой интерес вызывает вопрос о получении водорода путем электролиза воды и использовании его вместо дефицитного жидкого топлива. На первый взгляд, высказанные соображения кажутся совершенно бесперспективными. Действительно, электрическая энергия, необходимая для электролиза воды, может быть получена из первичного источника сырья с КПД не более 35% (учитывая потери в электрических сетях и др.). КПД процесса получения водорода из воды методом электролиза составит, допустим, 80%, и, наконец, КПД водородного теплового двигателя примем 40%. Перемножив эти три значения КПД (т. е. 0,35, 0,8 и 0,4) между собой, получим 0,11 или 11%. Следовательно, общий КПД процесса получения водорода и его использования в тепловом двигателе невелик.
Однако это только одна сторона дела. Не следует забывать, что для получения жидкого топлива из угля также требуется большой расход энергии, а КПД этого процесса невелик. Существенно, что электролиз воды может проводиться в часы, когда потребление электрической энергии относительно невелико, т. е. в ночное время, в свободные от работы дни — субботу, воскресенье, праздничные дни.
Для системы снабжения народного хозяйства электрической энергией чрезвычайно невыгодны резкие суточные и недельные периодические сокращения в потреблении электроэнергии. Дело заключается в том, что большинство ТЭС и особенно АЭС не приспособлены к частому и значительному снижению нагрузки. Это влечет за собой быстрый износ оборудования и, следовательно, большие экономические потери. Поэтому проведение электролиза воды и получение водорода, хотя и сопровождается большим расходом электроэнергии, экономически может оказаться приемлемым.
Получать водород можно, кроме того, с помощью химических процессов с участием реагентов, содержащих водород, а также катализаторов. Использование водорода в энергетике — вопрос перспективный, он заслуживает большого внимания.
Итак, рассказ об энергетике, о перспективах ее дальнейшего развития закончен. Хотелось бы надеяться, что знакомство с этой областью науки и техники, столь важной для жизни современного общества, будет полезным.
Энергетика сегодня и завтра
Кириллин Владимир Алексеевич
Ланге В, Ланге Т. Об удельной мощности человека и Солнца. — Квант, 1981, № 4, с. 9.
Одна четверть получается потому, что отношение площади поперечного сечения Земли πR2 к площади ее сферы 4πR2 равняется 0,25.
Температура поверхности Солнца гораздо ниже температуры его глубинных слоев, достигающей 10—15 млн. градусов К.
Канал на рисунке изображен схематично. Не показаны создающая магнитное поле магнитная система, токоотводящая система, охлаждение стенок канала.
Столь широкий интервал значения КПД МГД-электростанции объясняется главным образом возможностью использования различных технических решений и достигнутой температурой подогрева окислителя (от 1500 до 2000°С).
Описываемое явление наблюдается и у жидкостей.
