16+
Национальный консультативный центр по вопросам водородной энергетики в Бразилии – один из крупнейших мировых исследовательских центров в данной сфере. На примере его деятельности можно рассмотреть перспективы развития этой новой энергетической отрасли.
Бразильский центр водородной энергетики – государственная структура. Расположен он в городе Кампинас, штат Сан-Паулу. Это государственная организация, учредителями центра являются министерство технологий, три университета и предприятия энергетического комплекса. Создан центр был в марте 2001 г.
Почему водород?
Цель работы центра – сбор, обработка и распространение информации об использовании водорода в энергетических целях, организация конференций, формирование энергетической политики государства.
Напомню, что водород впервые был описан Робертом Бойли в 1671 г., выделен и изучен – Генри Кавендишем в 1766 г. Исследования последнего также показали, что вода – смесь водорода и кислорода. Джозеф Пристли открыл, что взрыв водорода производит водяной пар.
Водород нашел широкое применение в химической и нефтехимической промышленности, а также в ряде других отраслей. В последнее время водород находит применение как экологически безопасное топливо, ведь при его сжигании образуется обычная вода.
Получать водород можно как из невозобновляемых (угля, нефти, газа), так и из возобновляемых источников (например, из биомассы).
Широкое внедрение водородной энергетики – одно из перспективных направлений развития экологически безопасных технологий, ведь отходы сжигания традиционных видов топлива серьезно угрожают всему живому на планете. Упомянутый научный центр – единственное в Бразилии учреждение, занятое внедрением водородных технологий.
В центре созданы курсы подготовки специалистов, разработаны наилучшие из существующих меры безопасности при работе с водородом. В 2003 г. здесь был произведен первый выпуск инженеров и техников для государственной энергетической компании. Кроме того, наш центр разрабатывает нормативы по работе с водородом для бразильской Ассоциации технических норм.
Насколько это безопасно?
Проблемы безопасности при работе с водородом в целом те же, что и при использовании других газов, например природного газа. Однако в водородных баллонах давление особенно высокое, порядка 300 атмосфер, что требует особенно внимательного обращения с ними.
Вся аппаратура проходит тщательные испытания, суть которых сводится к следующему: машины, на которых установлено водородное оборудование, сбрасывают с большой высоты. Баллоны при этом не должны разрушаться – и нам удалось этого добиться.
Но, к сожалению, несмотря на то что нам удалось добиться высочайшей надежности оборудования, взрывы иногда происходят – ведь существует еще и человеческий фактор. И выясняется, что в большинстве происшествий, связанных с водородом, дело именно в нарушении правил эксплуатации.
Первое широко известное происшествие, связанное с водородом, случилось уже довольно давно и получило название дела «Темпельхофф». Темпельхофф – поле в окрестностях Берлина (ныне – один из аэропортов города), где в конце XIX в. развивалось воздухоплавание. Для дирижаблей в то время использовался водород, и на Темпельхоффе хранилось большое количество баллонов с ним. Около тысячи цилиндров было складировано в одном месте. И вот 400 баллонов вдруг ни с того ни с сего взорвалось без всяких видимых причин, что произвело огромнейшие разрушения вокруг и привело к человеческим жертвам. Произошло это 25 мая 1884 г.
Руководителем научной комиссии по расследованию происшествия был назначен известный профессор Марк Адольф Мартенс, один из основоположников исследований по усталости материалов, в том числе металла. Причиной происшествия, по данным этой комиссии, оказалось использование в баллонах неподходящего материала – высокоуглеродистого металла, который был разрушен водородом.
Мартенс подготовил множество предложений по предупреждению такого рода происшествий. И предложенная им программа гарантированного качества явилась основой германской системы кодов для сосудов высокого давления, которая действует до настоящего времени.
Другое известное происшествие – инцидент с газовой цистерной в городе Ханау, возле Франкфурта. Цистерна объемом 100 кубометров с давлением 45 атмосфер была размещена на одной фабрике и взорвалась практически без видимых причин… Причина – стыки, созданные сварочными швами, произвели внутреннее напряжение металла. Водород, проникая в эти сварочные швы, разрушал структуру металла.
После этого все подобные цистерны в Германии были проверены, нормы производства таких баллонов пересмотрены. Также были усовершенствованы методики контроля за состоянием баллонов, чтобы обнаруживать трещины на самой ранней стадии.
Но у требующего большой тщательности хранения водорода в металле есть альтернатива: это хранение водорода в этиловом спирте (бразильские ученые – одни из лидеров в разработке данной технологии). Ведь этиловый спирт – C2Н5ОН содержит 5 атомов водорода. С помощью особой технологии мы можем извлечь водород из спирта в любой момент, когда понадобится.
Что касается безопасности водородных двигателей. Дело в том, что сжигание водорода в обычном двигателе внутреннего сгорания – уже пройденный этап. Есть более современная технология, получающая все большее распространение: так называемые топливные элементы (они же водородные элементы, или водородные ячейки). Такие элементы, содержащие водород в сжатом виде, исключают процесс горения – там с пластин снимается электрический потенциал, а машина работает по принципу электромобиля. Такие установки вполне безопасны и при этом отличаются высочайшим КПД.
При этом подобные автомобили могут производить электроэнергию практически постоянно – когда на нем не ездят, ее можно использовать для освещения дома и т. п., даже продавать в сеть.
«Водородные» технологии в сфере автомобильного транспорта уже существуют: так, компания «Форд» в США уже производит и продает подобные автомобили, созданы соответствующие автозаправки.
Подобная инфраструктура создается и в Бразилии. Так, здесь разработан и продается автомобиль, способный работать на этиловом спирте, на смеси спирта с бензином, на бензине и на газе.
Применение водорода – это энергетическое будущее нашей цивилизации, средство достижения энергетической безопасности.
WhatsApp
ВКонтакте
.svg)
