Биз көмүртек нейтралдуу болгон кийинки муундагы энергия "суутек" менен тааныштырабыз. Суутек үч түргө бөлүнөт: "жашыл суутек", "көк суутек" жана "боз суутек", алардын ар биринин өндүрүш ыкмасы ар башка. Ошондой эле, ар бир өндүрүш ыкмасын, элементтер катары физикалык касиеттерин, сактоо/ташуу ыкмаларын жана колдонуу ыкмаларын түшүндүрөбүз. Ошондой эле, эмне үчүн ал кийинки муундагы басымдуу энергия булагы экенин да тааныштырам.
Жашыл суутекти өндүрүү үчүн суунун электролизи
Суутекти колдонгондо, кандай болгон күндө да, "суутек өндүрүү" маанилүү. Эң оңой жолу - "сууну электролиздөө". Балким, сиз башталгыч класстын табият таануу сабагында ушундай кылгандырсыз. Стаканды суу жана суудагы электроддор менен толтуруңуз. Батарея электроддорго туташтырылып, кубатталганда, сууда жана ар бир электроддо төмөнкү реакциялар жүрөт.
Катоддо Н+ жана электрондор биригип, суутек газын пайда кылат, ал эми анод кычкылтекти пайда кылат. Ошентсе да, бул ыкма мектеп илимий эксперименттери үчүн жакшы, бирок өнөр жайлык түрдө суутекти өндүрүү үчүн ири масштабдуу өндүрүшкө ылайыктуу натыйжалуу механизмдерди даярдоо керек. Бул "полимердик электролит мембранасынын (ПЭМ) электролизи".
Бул ыкмада анод менен катоддун ортосуна суутек иондорунун өтүшүнө мүмкүндүк берүүчү полимердик жарым өткөргүч мембрана жайгаштырылат. Түзмөктүн анодуна суу куюлганда, электролиз аркылуу пайда болгон суутек иондору жарым өткөргүч мембрана аркылуу катодго жылып, ал жерде молекулярдык суутек болот. Башка жагынан алганда, кычкылтек иондору жарым өткөргүч мембранадан өтүп, аноддо кычкылтек молекулаларына айлана албайт.
Ошондой эле щелочтуу суу электролизинде анод менен катодду гидроксид иондору гана өтө турган сепаратор аркылуу бөлүү менен суутек менен кычкылтекти түзөсүз. Мындан тышкары, жогорку температурадагы буу электролизи сыяктуу өнөр жайлык ыкмалар бар.
Бул процесстерди кеңири масштабда жүргүзүү менен көп өлчөмдөгү суутек алууга болот. Бул процессте кычкылтектин бир топ көлөмү өндүрүлөт (өндүрүлүүчү суутектин көлөмүнүн жарымы), ошондуктан атмосферага бөлүнүп чыкса, айлана-чөйрөгө эч кандай терс таасирин тийгизбейт. Бирок, электролиз көп электр энергиясын талап кылат, андыктан көмүртексиз суутекти шамал турбиналары жана күн батареялары сыяктуу казылып алынган отундарды колдонбогон электр энергиясы менен өндүрсө болот.
Таза энергияны колдонуп сууну электролиздөө менен "жашыл суутекти" алууга болот.
Ошондой эле, бул жашыл суутекти ири көлөмдө өндүрүү үчүн суутек генератору бар. Электролизер бөлүмүндө ПЭМди колдонуу менен суутекти үзгүлтүксүз өндүрүүгө болот.
Казылып алынган отундардан алынган көк суутек
Ошентип, суутекти алуунун дагы кандай жолдору бар? Суутек жаратылыш газы жана көмүр сыяктуу казылып алынган отундарда суудан башка заттар катары кездешет. Мисалы, жаратылыш газынын негизги компоненти болгон метанды (CH4) карап көрөлү. Бул жерде төрт суутек атому бар. Бул суутекти бөлүп алуу менен суутекти алууга болот.
Алардын бири - буу колдонулган "буу метанын реформалоо" деп аталган процесс. Бул ыкманын химиялык формуласы төмөнкүдөй.
Көрүнүп тургандай, көмүртек кычкылы менен суутекти бир гана метан молекуласынан бөлүп алууга болот.
Ушундай жол менен суутекти "буу реформациясы" жана жаратылыш газы менен көмүрдүн "пиролизи" сыяктуу процесстер аркылуу алууга болот. "Көк суутек" ушул жол менен өндүрүлгөн суутекти билдирет.
Бирок, бул учурда көмүртек кычкылы жана көмүр кычкыл газы кошумча продуктулар катары пайда болот. Ошондуктан, аларды атмосферага чыгаруудан мурун кайра иштетүү керек. Кошумча продукт болгон көмүр кычкыл газы, эгерде калыбына келбесе, "боз суутек" деп аталган суутек газына айланат.
Суутек кандай элемент?
Суутектин атомдук номери 1 жана ал мезгилдик системадагы биринчи элемент.
Атомдордун саны ааламдагы эң чоң болуп, ааламдагы бардык элементтердин болжол менен 90% түзөт. Протон менен электрондон турган эң кичинекей атом - суутек атому.
Суутектин ядросуна нейтрондору туташкан эки изотопу бар. Бир нейтрон менен байланышкан "дейтерий" жана эки нейтрон менен байланышкан "тритий". Булар ошондой эле термоядролук энергия өндүрүү үчүн материалдар.
Күн сыяктуу жылдыздын ичинде суутектен гелийге чейин ядролук синтез жүрүп жатат, бул жылдыздын жаркырашы үчүн энергия булагы.
Бирок, суутек Жерде газ түрүндө сейрек кездешет. Суутек суу, метан, аммиак жана этанол сыяктуу башка элементтер менен кошулмаларды пайда кылат. Суутек жеңил элемент болгондуктан, температура көтөрүлгөн сайын суутек молекулаларынын кыймыл ылдамдыгы жогорулайт жана жердин тартылуу күчүнөн космоско чыгып кетет.
Суутекти кантип колдонуу керек? Күйүү жолу менен колдонуу
Анда, кийинки муундагы энергия булагы катары дүйнө жүзү боюнча көңүл бурган "суутек" кантип колдонулат? Ал эки негизги жол менен колдонулат: "күйүү" жана "отун элементи". Келгиле, "күйүү" деген сөздү колдонуудан баштайлы.
күйүүнүн эки негизги түрү колдонулат.
Биринчиси ракета отуну катары. Жапониянын H-IIA ракетасы отун катары "суюк суутек" газын жана криогендик абалдагы "суюк кычкылтекти" колдонот. Бул экөө бириктирилген жана ошол учурда пайда болгон жылуулук энергиясы космоско учуп, пайда болгон суу молекулаларынын сайылышын тездетет. Бирок, бул техникалык жактан татаал кыймылдаткыч болгондуктан, Жапониядан тышкары, бул отунду АКШ, Европа, Орусия, Кытай жана Индия гана ийгиликтүү айкалыштыра алышкан.
Экинчиси - электр энергиясын өндүрүү. Газ турбиналык электр энергиясын өндүрүүдө суутек менен кычкылтекти бириктирип, энергия өндүрүү ыкмасы да колдонулат. Башкача айтканда, бул суутек тарабынан өндүрүлгөн жылуулук энергиясын караган ыкма. Жылуулук электр станцияларында көмүр, мунай жана жаратылыш газын күйгүзүүдөн чыккан жылуулук турбиналарды кыймылдаткан бууну пайда кылат. Эгерде суутек жылуулук булагы катары колдонулса, электр станциясы көмүртек нейтралдуу болот.
Суутекти кантип колдонуу керек? Отун клеткасы катары колдонулат
Суутекти колдонуунун дагы бир жолу - бул күйүүчү май клеткасы катары, ал суутекти түздөн-түз электр энергиясына айландырат. Атап айтканда, Toyota компаниясы глобалдык жылуулукка каршы күрөшүү чараларынын алкагында бензин менен иштеген унааларга альтернатива катары электр унааларынын (ЭУ) ордуна суутек менен иштеген унааларды жарнамалап, Жапонияда көңүлдү бурду.
Тактап айтканда, биз "жашыл суутекти" өндүрүү ыкмасын киргизгенибизде тескери процедураны аткарып жатабыз. Химиялык формуласы төмөнкүдөй.
Суутек электр энергиясын өндүрүүдө сууну (ысык суу же буу) пайда кыла алат жана аны баалоо мүмкүн, анткени ал айлана-чөйрөгө оорчулук келтирбейт. Башка жагынан алганда, бул ыкманын энергия өндүрүүнүн натыйжалуулугу салыштырмалуу төмөн, 30-40% түзөт жана катализатор катары платинаны талап кылат, ошондуктан чыгымдардын көбөйүшүн талап кылат.
Учурда биз полимер электролиттик отун элементтерин (PEFC) жана фосфор кислотасы менен иштеген отун элементтерин (PAFC) колдонуп жатабыз. Атап айтканда, отун элементи менен иштеген унаалар PEFC колдонот, андыктан келечекте анын жайылышын күтсө болот.
Суутекти сактоо жана ташуу коопсузбу?
Азырынча сиз суутек газы кантип жасалаарын жана колдонуларын түшүндүңүз деп ойлойбуз. Ошентип, бул суутекти кантип сактайсыз? Аны керектүү жерге кантип аласыз? Ал кездеги коопсуздук жөнүндө эмне айтууга болот? Түшүндүрүп беребиз.
Чындыгында, суутек да абдан кооптуу элемент. 20-кылымдын башында биз суутекти аба шарларын, аэростаттарын жана дирижаблдерди асманда калкытуу үчүн газ катары колдонгонбуз, анткени ал абдан жеңил болчу. Бирок, 1937-жылы 6-майда АКШнын Нью-Джерси штатында "Гинденбург дирижаблинин жарылуусу" болгон.
Кырсыктан бери суутек газынын кооптуу экени кеңири таанылган. Айрыкча, ал өрттөнүп кеткенде, кычкылтек менен катуу жарылат. Ошондуктан, "кычкылтектен алыс болуңуз" же "жылуулуктан алыс болуңуз" деген эрежелерди сактоо зарыл.
Ушул чараларды көргөндөн кийин, биз жеткирүү ыкмасын ойлоп таптык.
Суутек бөлмө температурасында газ түрүндө болот, ошондуктан ал дагы эле газ болгону менен, ал абдан көлөмдүү. Биринчи ыкма - газдалган суусундуктарды жасоодо жогорку басымды колдонуп, цилиндр сыяктуу кысуу. Атайын жогорку басымдагы резервуарды даярдап, аны 45 МПа сыяктуу жогорку басым шарттарында сактаңыз.
Күйүүчү май клеткалуу унааларды (КБУ) иштеп чыгуучу Toyota компаниясы 70 МПа басымга туруштук бере алган чайыр менен иштеген жогорку басымдагы суутек багын иштеп чыгууда.
Дагы бир ыкма - суюк суутекти алуу үчүн -253°C чейин муздатуу жана аны атайын жылуулук изоляцияланган резервуарларда сактоо жана ташуу. Чет өлкөдөн жаратылыш газын импорттоодо суюлтулган жаратылыш газы (LNG) сыяктуу эле, суутек ташуу учурунда суюлтулуп, анын көлөмү газ түрүндөгү абалынын 1/800 бөлүгүнө чейин азаят. 2020-жылы биз дүйнөдөгү биринчи суюк суутек ташуучусун бүтүрдүк. Бирок, бул ыкма отун клеткалуу унаалар үчүн ылайыктуу эмес, анткени аны муздатуу үчүн көп энергия талап кылынат.
Ушул сыяктуу резервуарларда сактоо жана ташуу ыкмасы бар, бирок биз суутекти сактоонун башка ыкмаларын да иштеп чыгуудабыз.
Сактоо ыкмасы - суутек сактоочу эритмелерди колдонуу. Суутек металлдарды тешип өтүп, аларды бузуучу касиетке ээ. Бул 1960-жылдары АКШда иштелип чыккан иштеп чыгуу кеңеши. JJ Reilly жана башкалар. Эксперименттер көрсөткөндөй, суутекти магний жана ванадий эритмесин колдонуу менен сактап жана бөлүп алууга болот.
Андан кийин ал өзүнүн көлөмүнөн 935 эсе көп суутекти сиңире алган палладий сыяктуу затты ийгиликтүү иштеп чыккан.
Бул эритмени колдонуунун артыкчылыгы - ал суутектин агып кетүү кырсыктарынын (негизинен жарылуу кырсыктарынын) алдын алат. Ошондуктан, аны коопсуз сактоого жана ташууга болот. Бирок, эгер сиз этият болбосоңуз жана аны туура эмес чөйрөдө калтырсаңыз, суутек сактоочу эритмелер убакыттын өтүшү менен суутек газын бөлүп чыгарышы мүмкүн. Кичинекей учкун да жарылуу кырсыктарына алып келиши мүмкүн, андыктан этият болуңуз.
Ошондой эле, анын кемчилиги бар, анткени суутекти кайталап сиңирүү жана десорбциялоо морттукка алып келет жана суутекти сиңирүү ылдамдыгын төмөндөтөт.
Экинчиси - түтүктөрдү колдонуу. Түтүктөрдүн морт болуп калышына жол бербөө үчүн алар кысылбаган жана басымы төмөн болушу керек деген шарт бар, бирок артыкчылыгы - учурдагы газ түтүктөрүн колдонууга болот. Tokyo Gas компаниясы Harumi FLAG курулуш иштерин жүргүзүп, отун элементтерине суутек жеткирүү үчүн шаардык газ түтүктөрүн колдонгон.
Суутек энергиясы менен түзүлгөн келечек коому
Акырында, суутектин коомдо кандай ролду ойной аларын карап көрөлү.
Андан да маанилүүсү, биз көмүртексиз коомду алга жылдыргыбыз келет, биз суутекти жылуулук энергиясы катары эмес, электр энергиясын өндүрүү үчүн колдонобуз.
Ири жылуулук электр станцияларынын ордуна, айрым үй чарбалары керектүү электр энергиясын өндүрүү үчүн жаратылыш газын риформинг кылуу жолу менен алынган суутекти колдонгон ENE-FARM сыяктуу системаларды киргизишти. Бирок, риформинг процессинин кошумча продуктулары менен эмне кылуу керек деген суроо бойдон калууда.
Келечекте, эгерде суутектин өзүнүн айлануусу көбөйсө, мисалы, суутекти май куюучу станциялардын санын көбөйтсө, көмүр кычкыл газын чыгарбай электр энергиясын колдонууга болот. Албетте, электр энергиясы жашыл суутекти өндүрөт, ошондуктан ал күн нурунан же шамалдан өндүрүлгөн электр энергиясын колдонот. Электролиз үчүн колдонулган энергия энергия өндүрүү көлөмүн басуу же табигый энергиядан ашыкча энергия болгондо кайра заряддалуучу батареяны заряддоо үчүн болушу керек. Башкача айтканда, суутек кайра заряддалуучу батарея менен бирдей абалда болот. Эгер бул ишке ашса, акыры жылуулук энергиясын өндүрүүнү азайтууга болот. Ички күйүүчү кыймылдаткыч унаалардан жок болуп кете турган күн жакындап келе жатат.
Суутекти башка жол менен да алууга болот. Чындыгында, суутек дагы эле каустикалык соданы өндүрүүнүн кошумча продуктусу болуп саналат. Башка нерселер менен катар, ал темир иштетүүдө кока-кола өндүрүшүнүн кошумча продуктусу болуп саналат. Эгер сиз бул суутекти бөлүштүрүүгө салсаңыз, бир нече булактарды ала аласыз. Ушундай жол менен өндүрүлгөн суутек газы да суутек станциялары тарабынан берилет.
Келгиле, келечекке тереңирээк көз чаптыралы. Жоголгон энергиянын көлөмү электр энергиясын берүү үчүн зымдарды колдонгон берүү ыкмасы менен да байланыштуу. Ошондуктан, келечекте биз газдалган суусундуктарды жасоодо колдонулган көмүр кычкыл газынын бактары сыяктуу эле, түтүктөр аркылуу жеткирилген суутекти колдонобуз жана ар бир үй-бүлө үчүн электр энергиясын өндүрүү үчүн үйдөн суутек багын сатып алабыз. Суутек батареялары менен иштеген мобилдик түзмөктөр кеңири таралган көрүнүшкө айланууда. Мындай келечекти көрүү кызыктуу болот.
Жарыяланган убактысы: 2023-жылдын 8-июну
