Transcript Водородът – новото гориво Александър Попов (Българска академия на науките) и Цвети Цветков (Химикотехнологичен и металургичен университет) Общ преглед:  Въведение – защо водород?  Приложение на водородната енергия • Двигатели с.

Водородът –
новото гориво
Александър Попов (Българска
академия на науките) и
Цвети Цветков
(Химикотехнологичен и металургичен
университет)
Общ преглед:

Въведение – защо водород?

Приложение на водородната енергия
• Двигатели с вътрешно горене
• Горивни елементи и видове горивни
елементи


Производство на водород
Инфраструктура на водородната
енергетика
Един от критериите за развитието
на едно общество е
количеството консумирана
енергия
Европа – 573 млрд.W,
с тенденция за повишаване с 1,8% на
година.
Ръст на потреблението на електроенергия
(в милиона барела на ден в нефтен еквивалент)
1200
1000
800
600
400
200
0
1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100
От къде идва тя?
C + О2  СО2 + Q
Парников ефект
C O2
VIS 
 Ir
VISible – видим
Infra red – инфрачервен
Тенденция на отделяне на СО2 в Европа,
в млрд. тона
4
3.6
3
2
1
0
1.5
0.9
1985
сега
(573 GW)
2025
Глобално повишаване на температурата
за последните 70 год.– около 1,8 ºС;
 Повишаване на морското равнище с 22 cm при
тези темпове на повишаване на температурата на
въздуха с 1,8 ºС;
 Глобално повишаване на температурата
на морската вода от 1995г. с 0,06 ºС;
Други емисии:
(NxOy, SO2, SO3) + H2O  киселина
CO + Hb  карбокси Hb
сажди – смог
Ръст на потреблението на горива
в последно време (млн. t)
5000
4000
3000
общо
въглища
нефт
дърва
2000
1000
0
1900
1920
1940
1960
Темпове на консумация на
природни ресурси
% от общите запаси на Земята
8 държави – 81% течните
горива
6 държави – 70% природен
газ
8 държави – 89% въглища
 АЕЦ – в далечна перспектива
суровините са проблем,
а продуктите са проблем и в
момента;
 ВЕЦ – вече няма голяма
възможност за развитие.
Възобновяеми източници
на ток

Вятър, слънце, океани (вълни, приливи/
отливи)
– Технически не достатъчно разработени;
– Непостоянни във времето.

ТЕЦ (отпадъци) – не решава проблема с
въздуха.
Новата формула на горене
Н2 + ½О2  Н2О + Q
Къде има водород?
1/
2
от масата на Слънцето
и звездите
основна съставна част на
междузвездното пространство
“радиационен слой”
2/
3
от земната повърхност
е вода
Водородната икономика

Производство

Съхранение

Доставка

Приложение
Водородна икономика - схема
Водородна икономика - инвесиции
Инвестиции в мил. евро
1500
1200
1000
340
500
8
0
1988-1992
240
130
19992002
20032007
САЩ
Япония
България



Ограничени залежи на въглеродни
горива
Задължение да затвори 3-ти и 4-ти
блок на АЕЦ “Колзодуй”
Българско Водородно Общество
Приложение - ДВГ:



Водородът – 3 пъти
по-калорично гориво
Незамърсяващ околната среда
Очаква се да достигне
ефективността на най-добрите
дизелови двигатели
ДВГ с газова уредба на водород
Приложение - ГЕ
1 mol водород + 0.5 mol кислород = 53 Ah
ГЕ - предимства

Коефициент на полезно действие:
Конвенционални:
Хим. Проц.
Топлина
(КПД = 10 – 40%)
Мех. Движ.
Електричество
Горивни елементи: (КПД > 90%)
Хим. Проц.


Електричество
Безшумни и безотпадни;
Не изразходват гориво на празен ход.
Кратка история

I во съобщение за Н2-О2 ГК батерия –
Гроув, 1842г.

I ва реализация на Н2-О2 ГК батерия –
Бейкън, 120 години по-късно.

I ви Н2-тръбопровод, пуснат в експлоатация
Европа, 1938г.

I ви малък автобус на горивни елементи –
САЩ, 1993г.
ГЕ – направление на развитие


Нови катализатори
Кислородния електрод
(катод)

Водородния електрод (анод)

Електролитна среда
ГЕ - видове


Алкални ГЕ (AFC)
ГЕ с протоннообменна мембрана
(PEMFC)

Директни метанолови ГЕ (DMFC)

Фосфорнокисели ГЕ (PAFC)

ГЕ със стопен карбонат (MCFC)

Твърдооксидни ГЕ (SOFC)
Водородно технологии - схема
ГЕ - системи

Стек от ГЕ в пакет
(батерия)



Резервоар

Помпа


Компресор


Овлажнител

Топлообменник
Алтернатор
(пост/пром. ток)
Електропроводници
Електромотор/
консуматор
Контролни
устройства и др.
ГЕ - приложение


Генератори и батерии
Аварийни ситеми и непрекъсваеми
устройства

Мобилни устройства

Автомобилостроене и транспорт
Приложения - генератори
Батерии и
генератори на
основа ГЕ
Аварийно
захранване и
непрекъсваеми
устройства
Захранване на
подемници и
електромобили
Транспортни
устройства на
ГЕ
Градско минибусче






дължина: 5m
вместимост: 22 човека
пробег: 200km
max скорост: 33 km/h
мощност: 25kW
съхранение: под
налягане
Нисан
Водород - съхранение


Под налягане (до 70MP)
Течно състояние (криогенни
резервоари)

Хидриди

Абсорбенти

Реформинг
Транспорт и
съхранение в
течно състояние
Водород - производство

Реформинг

Електролиза

Биомаса
Производство - реформинг
Производство - електролиза
H2


О2
H2О
H2О
Производство - PEM
PEM горивни елементи се
използват за евтино и
ефективно генериране на
водород (твърдофазен
електролит)
Производство – биомаса


Термохимично разлагане
Фотосинтез от
микроорганизми и ензими
Инфраструктура
Инсталации за получаване
на водород
 Съхранение
 Използване
 Разпределение и транспорт
 Консумация

Газостанци
и на
водород
Газостанции в Европа
Норвегия
програма за
прокарване на
водородни
газопроводи в
Северна Европа
Благодаря
за вниманието!