Экономический эффект от использования углеводородов трудно переоценить, как и экологический ущерб, нанесенный планете. Есть ли у Человечества реально работающие альтернативы?
Углеводороды - это нефть, газ, уголь. Все они добываются из под земли в шахтах, разрезах, выкачиваются из скважин. Нефть поступает на переработку, где из неё делается моторное топливо - дизельное, бензин, керосин. Они обеспечивают функционирование транспорта. Также из нефти вырабатывается мазут, который поглощается энергетикой также как уголь и газ.
Человечество использует также другие энергоносители - ядерное топливо, солнечную энергию, кинетическую энергию воды и ветра. Все они предобразуются в электроэнергию и в этой форме поступают конечным потребителям. Однако, существует фундаментальный физический закон, который гласит, что энергия не берется ниоткуда и никуда не пропадает. Это значит, что для получения энергии нужны энергоносители.
Электричество не является энергоносителем, это лишь вид энергии удобный для передачи и потребления. Оно получается в результате преобразования из других видов энергии. Так тепловые электростанции (ТЭС) для получения электричества сжигают уголь или газ, атомные станции (АЭС) используют тепло ядерного распада урана 235, ветрогенераторы используют ветер, который крутит ротор электрогенератора и т.д.
Вот мировое потребление энергоресурсов:
Видно, что углеводороды занимают почётное первое место. Можно утверждать - человечество сидит на углеводородной "игле".
А вот потребление энергоресурсов крупнейшими секторами мировой экономики. Это прогноз на 2030 год с условием, что никаких революционных технологических сдвигов не произойдет.
Анализируя картинки, можно сделать два парадоксальных вывода:
- Энергетика и транспорт являются самыми отсталыми и неэффективными отраслями мировой экономики. Они вносят самый значительный вклад в загрязнение окружающей среды.
- Никакой электромобиль не способен изменить ситуацию. Снижение потребления нефти транспортной отраслью компенсируется увеличением потребления угля энергетикой.
Огромное потребление нефти (углеводородов) транспортной отраслью обусловлено низким КПД бензиновых и дизельных двигателей. Только их замена альтернативными технологиями способна переломить ситуацию. Необходимо оставить в стороне рассуждения о гелии-3, энергии вакуума, тории или плутонии. Всё это далёкое будущее. Чтобы всё реально заработало необходимо использовать уже существующие технологии и инфраструктуру. И такие технологии есть!
Водород
Это самый распространенный элемент во Вселенной. На Земле он входит в состав различных химических соединений, в частности - углеводородов, воды и т.д. На самом деле, именно водород является "истинным топливом" в углеводородах. Его реакция соединения с кислородом воздуха дает "силу" бензину и дизельному топливу. Всё, что осталось просто выбрасывается в атмосферу. Так почему бы не использовать чистый водород?
Водород эффективнее любого жидкого топлива и природного газа. Вот удельная теплота сгорания различных видов топлива или кол-во тепла, которое получается при сжигании 1 килограмма:
- природный газ - 44000 кДж,
- бензин - 46000 кДж,
- водород - 120000 кДж,
Водород абсолютно чистое топливо, продуктом его "сжигания" является электроэнергия и дистиллированная вода, которую можно пить.
Для превращения энергии из одного вида в другую в водородной энергетике используется топливный элемент. Он имеет достаточно высокий КПД до 80% и небольшие габариты. В отличие от ДВС в топливных элементах нет движущихся частей и механизмов. Установка топливного элемента с электромотором на автомобиль делает его транспортом будущего.
Водород можно производить из добываемых углеводородов (нефти, газа) на существующих НПЗ. Для этого потребуется осуществить так называемый реформинг. При этом, побочные продукты не обязательно бездумно выбрасывать в атмосферу. Их можно использовать в промышленности. Это самый главный довод в пользу водородной энергетики.
В экваториальных зонах Земли водород можно добывать из воды с помощью гидролиза. Это реакция расщепления молекулы вода на составные части: кислород и водород при протекании электрического тока. При этом кислород выпускается в атмосферу, а водород используется по назначению. У гидролиза есть существенный недостаток - большие затраты электроэнергии. Поэтому, лучший вариант - строить гидролизные станции там, где есть океан и электроэнергию можно генерировать от Солнца.
Получается замкнутый цикл выработки-потребления водорода:
- Условно "дармовое" электричество разлагает воду на кислород и водород,
- Кислород выпускается в атмосферу, а водород перевозится в места потребления,
- В топливном элементе водород соединяется с кислородом воздуха с образованием воды и электроэнергии, которая производит полезную работу. Например, крутит колеса автомобиля или обогревает дом.
Конечно на пути водородной энергетики стоит масса нерешенных проблем от сжижения водорода и его транспортировки, до строительства заправочных водопроводных станций. Это вопросы тербующие огромных инвестиций. Однако, пока водородная энергетика остается единственной реально возможной.
