Итак, в конце нашего столетия и в последующие годы прирост энергетических ресурсов будет обеспечиваться ядерной энергетикой и добычей угля, а также развитием возобновляемых источников энергии.
Анализ использования энергии различными потребителями показывает, что ядерная энергия и уголь далеко не всегда могут быть непосредственно использованы в тех случаях, где ныне применяется органическое топливо. Прежде всего это относится к авиации, автомобильному, морскому и речному транспорту, к различным передвижным энергоустановкам и т. д.
Таким образом, возникает вопрос о посредниках-энергоносителях, которые могли бы передавать энергию от ядерного топлива и угля многочисленным потребителям в виде, удобном для использования. Как показывают исследования, эти функции могли бы взять на себя водород и искусственные топлива на его основе, получаемые из воды и угля с затратой первичных источников энергии.
Термин «водородная энергетика» появился около 10 лет назад в период так называемого энергетического кризиса. Ныне это быстро развивающаяся отрасль науки и техники, имеющая прекрасные перспективы при решении энергетических и экологических проблем. Развитие водородной энергетики в значительной степени зависит от успешного решения ряда сложных научных и технических вопросов:
- необходимо создать экономически и технически приемлемые методы получения водорода;
- важным аспектом является разработка систем хранения, транспортировки и распределения водорода, как газообразного, так и жидкого;
- предстоит провести обширные исследования по эффективному использованию водорода в различных отраслях народного хозяйства.
Понятно, что создание на базе использования водорода прогрессивных устройств и технологий требует выполнения условий техники безопасности, разработки новых материалов, измерительной техники, средств контроля и т. д.
Водородной энергетике предстоит преодолеть значительные трудности, однако уникальность свойств водорода, богатая палитра технических приложений приковывают к нему внимание многочисленных исследователей из разных стран мира.
Водородная энергетика, несмотря на свою молодость, уже достигла определенных успехов. Имеется ряд очень перспективных и вполне реальных проектов, планов по использованию водорода, получены технические решения, способные в корне изменить технологию ряда производств.
Водород — уникальный энергоноситель и идеальное топливо. Его калорийность в три раза выше, чем бензина,
и составляет 33 тыс. килокалорий на килограмм. При сгорании он практически не дает вредных выбросов.
Большим достоинством водорода является то, что его запасы на планете практически неограниченны. Его можно накапливать и удобно транспортировать (так же, как и природный газ). Водород — прекрасный восстановитель, вследствие чего он широко используется в химической технологии, нефтехимии и металлургии.
Рис. 1. Рост потребления водорода в США (обл. 1) и семи других странах, вместе взятых (обл. II).
Прежде чем подробнее остановиться на созданных и разрабатываемых методах получения, хранения, транспортировки и использования водорода, было бы интересно ознакомиться с прогнозом перспектив его производства и потребления, высказанным специалистами. Так, эксперты восьми стран — членов Международного энергетического агентства (США, Канады, Бельгии, ФРГ, Нидерландов, Швеции, Швейцарии и Японии) опубликовали исследование, в котором изложены основные направления развития рынка водорода в этих государствах. В частности, дана оценка размеров его потребления в странах-участницах до 2025 г. Рассмотрены возможности его применения в различных отраслях промышленности (энергетике, на транспорте, в быту и т. д.).
Изучались три основные сферы использования водорода:
- прямое энергетическое (на транспорте, для отопления);
- косвенное энергетическое (переработка нефти, производство синтетического топлива и т. д.);
- неэнергетическое потребление (металлургическая промышленность, синтез аммиака и др.).
Предполагается, что в 1985—2025 гг. потребление водорода в исследуемых странах увеличится в 12—17 раз (рис. 1), а среднегодовой прирост его за этот период составит 7 %. Наибольшие темпы роста потребления этого газа ожидаются в энергетическом использовании. Такой прогноз, очевидно, следует принять, если учесть, что в ФРГ и
Швеции оно уже ныне выше неэнергетического. К 2025 г. на энергетическое потребление в этих странах будет приходиться в среднем 85 % общего потребления водорода. Произойдет это из-за развития таких крупных его потребителей, как переработка нефти, производство синтетического топлива, а в дальней перспективе — электроэнергии.
Таблица 1
Прогнозные данные по использованию водорода в США по основным секторам конечного потребления, млн т
Виды потребления | Годы | |||
1978 | 1985 | 2005 | 2025 | |
Энергетическое прямое: |
|
| 6,3—10,6 | 16,9—29,6 |
для отопления | — |
| 0—3,5 | 0—2,1 |
на транспорте | — |
| 6,3—7,0 | 16,9—27,5 |
Энергетическое косвенное: | 2,6 | 3,3 | 32,4—36,5 | 102,8—140,9 |
переработка нефти производство синтетического | 2,6 | 3,3 | 4,2 | 4,9 |
топлива | — | —— | 28,1—30,9 | 94,4—130,9 |
выработка электроэнергии на базе топливных элементов |
|
| 0—1,48 | 3,5—4,9 |
Неэнергетическое | 4,8 | 5,1 | 12,7—14,1 | 21,1—28,1 |
Всего | 7,39 | 8,45 | 51,4—61,3 | 140,9—198,6 |
В табл. 1 приведены прогнозные данные по использованию водорода в США по основным секторам конечного потребления (в млн. т).
Эксперты считают, что производить водород будут из угля (путем газификации) и из воды (электро- и термохимическим разложением). Особенно подчеркивается, что в отдаленной перспективе широкое распространение найдут термохимические и другие методы с применением высоких температур и вторичного тепла атомных реакторов ввиду возможного роста нежелательных экологических последствий при интенсивном использовании для этих целей угля.
Приведенный выше прогноз еще раз подчеркивает, какое важное значение придается в ближайшей перспективе водородной энергетике, ее роли в решении энергетических и экологических проблем человечества.
