http://www.eprussia.ru/epr/407-408/3264018.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 3-4 (407-408) февраль 2021 года
Декарбонизация: тем ли мы путем идем?
Наука и новые технологии
М. А. Савитенко, директор АНО «Центр исследований и научных разработок в области энергетики «Водородные технологические решения», Б. А. Рыбаков, директор по развитию ООО «СК-Инжиниринг»
498
498
Известно, что увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере Земли приводит к повышению средней температуры воздуха, то есть «глобальному потеплению».
Для стимулирования процесса декарбонизации Европейский Союз планирует принять так называемый «углеродный налог» на все импортируемые товары.
В июле прошлого года аналитики компании KPMG подсчитали вероятные потери российских экспортеров в случае введения сбора. При худшем сценарии он появится уже в 2022 году и коснется как прямых, так и косвенных выбросов. Тогда поставщики заплатят 50,6 млрд евро до 2030 года. При базовом сценарии налог введут в 2025 году и распространят только на прямые выбросы, это обойдется российским экспортерам в 33,3 млрд евро. Самый позитивный сценарий предполагает появление налога в 2028 году, в таком случае производители заплатят 6 млрд долларов.
При развитии водородной энергетики будут снижаться выбросы в атмосферу углекислого газа и увеличиваться выбросы водяного пара, поскольку в процессе реакции водорода и кислорода выделяется энергия и водяной пар.
Считается, что водяной пар безвреден для человека и окружающей среды.
Есть ли связь между водяным паром и парниковым эффектом?
Чем выше температура воздуха, тем большее количество водяного пара может содержаться в воздухе.
Влияет ли водяной пар, растворенный в воздухе, на климат и если влияет, то можно ли сравнить его влияние с влиянием углекислого газа?
Сжигание природного газа
Природный газ состоит из смеси предельных углеводородов, таких, как метан (СН4), этан (С2Н6), пропан (С3Н8), бутан (С4Н10), пентан (С5Н12) и гексан (С6Н14), а также незначительного количества инертных газов.Характеристики природного газа, такие, как плотность и теплота сгорания, с большой точностью могут быть определены с помощью характеристик первых четырех гомологов. Общая формула реакции предельных углеводородов с кислородом имеет следующий вид:
СnH(2n+2) + 0,5 (3n+1)O2 → nCO2 + (n+1) H2O,
где n — число молекул углерода и порядковый номер гомолога углеводорода.Рассмотрим уравнения реакции горения четырех первых гомологов углеводородов С1, С2, С3 и С4, которые в атмосферных условиях находятся в газообразном состоянии.
При n=1
CH4 + 2O2 → CO2 + 2 H2O
(т. е. 1 моль метана, соединяясь с 2 молями кислорода, образует 1 моль углекислого газа и 2 моля водяного пара).При сжигании одного килограмма метана (СН4) выделяется 50 МДж тепловой энергии, а также 2,75 кг углекислого газа (СО2) и 2,25 кг водяного пара (Н2О), то есть выбросы водяного пара в атмосферу немного ниже, чем выбросы углекислого газа.
При n=2
C2H6 + 3,5O2 → 2CO2 + 3 H2O.
При сжигании одного килограмма этана (С2Н6) выделяется 47,8 МДж тепловой энергии, а также 2,93 кг углекислого газа (СО2) и 1,8 кг водяного пара (Н2О), то есть массовая доля водяного пара в продуктах сгорания этана меньше, чем при сжигании метана.
При n=3
C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4 H2O.
При n=4C4H10 + 6,5O2 → 4CO2 + 5 H2O.
Из данных выражений видно, что при увеличении номера гомолога углеводорода для его полного окисления требуется больший объем кислорода, при этом выделяется больший объем углекислого газа и водяного пара, чем при сжигании метана. Объем выделяющегося при сжигании углеводородов СО2 пропорционален порядковому номеру гомолога, а водяного пара — n+1. При сжигании метана выделяется в два раза больше водяного пара, чем углекислого газа, а при увеличении доли «тяжелых» углеводородов в сжигаемом газе эта пропорция уменьшается.
Сжигание водорода и метана
Сравним количество выбросов в атмосферу парниковых газов при сжигании водорода и метана, который является основным компонентом природного газа.При соединении двух молекул водорода с одной молекулой кислорода возникают две молекулы воды. Реакция соединения водорода и кислорода сопровождается выделением энергии.
2*Н2 + О2 → 2*Н2О + энергия (1)
При сжигании одного килограмма водорода (Н2) выделяется 120 МДж тепловой энергии и 9 кг водяного пара (Н2О).
При соединении одной молекулы метана с двумя молекулами кислорода возникают две молекулы воды и одна молекула углекислого газа. Реакция соединения метана и кислорода сопровождается выделением тепловой энергии.
СН4 + 2*О2 → 2*Н2О + СО2 +
тепловая энергия (2)
При сжигании одного килограмма метана (СН4) выделяется 50 МДж тепловой энергии, а также 2,75 кг углекислого газа (СО2) и 2,25 кг водяного пара (Н2О), то есть 5 кг парниковых газов.
Для получения 120 МДж тепловой энергии потребуется сжечь 2,4 кг метана. При этом в атмосферу попадет 6,6 кг углекислого газа и 5,4 кг водяного пара, то есть 12 кг парниковых газов.
Данные приведенных выше расчетов приведены в таблице 1.
Примечание: Учитывается только низшая теплота сгорания водорода и метана.
Из данного расчета видно, что при получении одинакового количества энергии суммарные выбросы парниковых газов при сжигании метана на 30% выше, чем при сжигании водорода.
При этом выбросы водяного пара при сжигании природного газа на 40% ниже, чем при сжигании водорода.
Из публикации Lindzen (1996) видно, что влияние водяных паров на парниковый эффект в 2,3 раза выше, чем влияние углекислого газа.
Если учесть этот факт, то парниковый эффект от сжигания 1 кг водорода будет соизмерим со сжиганием 2,4 кг метана. То есть при выделении одинакового количества энергии влияние водорода и метана на парниковый эффект соизмеримо.
Вместе с тем, по публикациям зарубежных средств массовой информации (СМИ) можно сделать вывод, что на увеличение парникового эффекта оказывает влияние только углекислый газ!
В Rick Panpaleo (2014) сообщается, что исследования, проведенные учеными из University of Miami Rosenstiel School of Marine and Atmospheric Science, подтвердили, что водяные пары в тропосфере — слой атмосферы, расположенный между поверхностью Земли и простирающийся на высоту 5–20 км — будут играть возрастающую роль в изменении климата в будущем.
Исследователи из Флориды сообщили, что увеличивающееся количество водяного пара в атмосфере вызвано человеческой деятельностью.
Если это так, то наряду с уменьшением выбросов в атмосферу углекислого газа необходимо контролировать и выбросы водяного пара.
Источники выбросов водяного пара
Как уже отмечалось выше, при использовании углеводородных газов, таких, как метан, этан, пропан и бутан, наряду с выбросами углекислого газа образуются водяные пары.В тепловой и атомной энергетике рабочим телом, участвующим в выработке электрической и тепловой энергии, является водяной пар, для конденсации которого применяются различного типа градирни, а также прямоточное охлаждение водой из рек, озер и водохранилищ.
В 2008 году при проектировании и строительстве новых электростанций в России прямоточное охлаждение было запрещено.
Так называемые «мокрые» градирни являются источниками выбросов водяного пара в атмосферу.
Сократить выбросы водяного пара в энергетике позволяют «сухие» градирни, а также воздушные конденсационные установки (ВКУ).
Водород — топливо будущего
Как отмечалось выше, замещение природного газа водородом в качестве топлива не приводит к уменьшению парникового эффекта в случае, если пар, образующийся в результате сжигания водородсодержащего газа, не конденсировать.Это относится и к топливным элементам, в которых электрическая энергия вырабатывается электрохимическим способом, поскольку на выходе из топливного элемента наряду с электрической энергией образуется водяной пар.
То есть при переходе к водородной энергетике надо стимулировать не только технологии, снижающие выбросы в атмосферу углекислого газа, но и водяного пара. И нашим ответственным лицам стоит задуматься о возможности введения ответного налога на продукцию, поставляемую в РФ, которая произведена на водородном топливе с выбросами водяного пара в атмосферу.
Отправить на Email
-
14.02.2021 03:12:56 Мария ПЛЮХИНАПотухшие вулканы согреют
1051
Ученые из Новой Зеландии нашли новый альтернативный источник энергии — потухшие вулканы.
Альтернативная энергетика, Экология
14.02.2021 03:09:36 Мария ПЛЮХИНАНет солнца и ветра: Германия столкнулась с первыми испытаниями ВИЭ
1078
«Зеленое» электричество Германии под угрозой. Январь «подарил» немцам темные безветренные дни и новую порцию выбросов СО2.
Возобновляемые источники энергии (ВИЭ), Ископаемые источники энергии, Экология
14.02.2021 02:47:27 Мария ПЛЮХИНАБорьба за ископаемое топливо в США
1054
На днях Джо Байден выступил с заявлением: «Настало время масштабных перемен», отметив, что американская нация уже потратила бесценные годы, откладывая решение климатических проблем. Вот только энергетики опять «против».
Возобновляемые источники энергии (ВИЭ), Ископаемые источники энергии, Экология
14.02.2021 01:08:12 Ефим ДУБИНКИНТренды погоды
260
Скажется ли климатическая повестка на доходах России от экспорта ископаемых видов топлива?
Возобновляемые источники энергии (ВИЭ), Экология, Ископаемые источники энергии
13.02.2021 23:43:56 Елена ВОСКАНЯНВИЭ: оправданы ли мечты о зеленом будущем?
264
Зеленую генерацию очень часто называют энергетикой будущего. Действительно — в долгосрочной перспективе все более актуальным представляется постепенный переход к использованию возобновляемых и экологически чистых источников энергии, например водорода. Может ли альтернативная генерация стать единственной энергетикой будущего, выясняли участники Гайдаровского форума-2021.
Водородная энергетика, Возобновляемая энергетика, Возобновляемые источники энергии (ВИЭ)
-
13.02.2021 00:08:00 Ирина КРИВОШАПКААльтернативная котельная: тепло потребителям и прибыльно инвесторам
332
Государственная политика в сфере теплоснабжения обсуждается не первый год. С одной стороны, требуется модернизация инфраструктуры отрасли, с другой — необходимо сдерживать цены на ресурс. Совместить одно с другим призвана новая модель рынка тепла по методу альтернативной котельной — этот инструмент предполагает привлечение инвестиций и сдерживание роста тарифов.
Тепловая энергетика, Теплоснабжение, Инвестиции, Тарифы на теплоэнергию, Альтернативная котельная
12.02.2021 21:48:58 Славяна РУМЯНЦЕВАПо следам Гагарина
242
Специалисты филиала ПАО «Россети Волга» — «Саратовские распределительные сети» обеспечили электроэнергией Парк покорителей космоса, строящийся на месте приземления Юрия Гагарина (село Смеловка Энгельсского района Саратовской области). Парк станет уникальным многофункциональным мемориально-образовательным комплексом под открытым небом.
Электрические сети, Подстанции, Энергоснабжение
12.02.2021 20:54:04 Анатолий НЕСТЕРОВПотребление пошло в рост
250
Потребление электроэнергии в Единой энергосистеме России в январе 2021 года составило 103,0 млрд кВт*ч, что на 4,2% больше, чем за аналогичный период прошлого года. Потребление электроэнергии в январе 2021 ода в целом по России составило 104,7 млрд кВт*ч, что на 4,1% превышает аналогичный показатель 2020 года.
Электроэнергетика, Электростанция, Электропотребление, ЕЭС
14.02.2021 03:20:38 Мария ПЛЮХИНАЖить в энергозатратном доме неприлично
1052
С 1 января 2023 года во Франции пересмотрят понятие «неприличное» жилье. Если раньше им считались дома с протекающей крышей, без отопления и элементарных удобств, то сейчас список «неприличностей» расширился за счет энергоемкости.
Энергоэффективность, Энергосбережение
12.02.2021 23:20:50 Ефим ДУБИНКИНВложения «в трубу»
382
Почему «коммуналка», несмотря на стабильные рынки сбыта, остается малопривлекательной для инвесторов?
ЖКХ, Инвестиции
-
12.05.2018 05:55:14Цифровизация: от концепции – к практическим решениям
25860
Круглый стол «Цифровые технологии в управлении энергетическими системами», организованный «Энергетикой и промышленностью России» в рамках Российского международного энергетического форума, мы стремились сориентировать на предельно конкретные вопросы. В начале мероприятия модератор – главный редактор «ЭПР» Валерий Пресняков отметил, что участникам предоставляется возможность рассказать о своих практических решениях, так или иначе нацелен...
Инновации
12.06.2018 19:59:26 Славяна РУМЯНЦЕВАЦифровизация энергетики: от «интеллектуальных» турбин до «умных» сетей
24444
Никогда прежде мир не был так тесно связан и настолько «оцифрован», как сегодня. Дигитализация уже превратилась в неотъемлемую часть настоящего.
Цифровизация, Smart Grid, Инновации, Турбины
19.06.2018 13:52:08 Павел ШАЦКИЙ, первый заместитель генерального директора ООО «Газпром энергохолдинг»ДПМ-2: драйвер роста или обуза для потребителей?
21771
Философский вопрос о первичности «курицы или яйца» в случае с перспективами российской энергетики звучит так: стимулировать ли инвестиции в энергетику с целью технологического прорыва в целом ряде секторов экономики или сдерживать тарифы, чтобы дать фору для развития несырьевым секторам?
Электроэнергетика, Инвестиции
21.10.2018 06:54:56К обновлению с КОММодом: роли и декорации очередной модернизации
14551
ДПМ-2, ДПМ-штрих и, наконец, новое, пока неизвестное широкой отраслевой публике понятие – КОММод, обозначают одну программу, цели и суть которой заключаются в модернизации генерирующих мощностей отечественной энергетики. Все просто и сложно одновременно, поскольку профессиональное сообщество разделилось на тех, кто ждет от грядущей программы прорывных результатов, и на тех, кто осторожно заявляет о назревших рисках.
Модернизация в энергетике
28.06.2018 19:04:06 Зуев А. Г., Главный инженер по технической поддержке ИБППреимущество модульной архитектуры при выборе источника бесперебойного питания (ИБП)
12231
Одно из требований, стоящих перед современными ИБП, наряду с качеством электрических параметров оборудования – его надежность и экономические показатели. Попытаемся разобраться с особенностью применения разных типов ИБП, отличающихся архитектурой построения.
