Ma a szén és a kőolaj korszakai után ismét az emberiség által felhasznált energia mélyen ható átalakulásának időszakát éljük a gazdaságban ...
Ma a szén és a kőolaj korszakai után ismét az emberiség által felhasznált energia mélyen ható átalakulásának időszakát éljük a gazdaságban és a társadalomban egyaránt. A korábban használt energiahordozókról újabbakra térünk át. A változás szükségszerű, a számunkra megszokott természeti környezet fenntartása szükségessé teszi a nem megújuló energiahordozókról a megújulókra való áttérést.
Az energiahordozók jelenleg zajló forradalma számos, régóta fennálló folyamatot szűntet meg a gazdaságban, és számos újat hoz létre. Ennek a változásnak az egyik ígéretes területe a hidrogén felhasználása az átalakuló energia gazdaságban.
A hidrogén a természeti környezet védelme szempontjából megfelelő energiahordozó, a felhasználása közvetlenül nem jár a számunkra élhető természeti környezet megváltozásával. A hidrogén gazdaságilag és technológiailag is alkalmasan felhasználható anyag, a biztonsági szabályok betartása mellett könnyen kezelhető, hatékony energiaforrás. Az elemi hidrogén az energia nagy sűrűségű tárolását hatékonyan teszi lehetővé.
Jelenleg a hidrogént energiahordozóként elsősorban az elektromos járművek üzemanyagaként használjuk. Ezen a területen a hidrogén meghajtásnak számos forradalmi ígéretével találkozhatunk, a hidrogén üzemanyagú közlekedés elterjedése azonban mégis nagyon lassan halad. A hidrogén alapú energiagazdaság elterjedése az előnyei és az ígéretei ellenére várat magára. A hidrogén, mint energiaforrás elterjedésének akadálya - ahogy más, kezdetben ígéretes, és aztán kudarcot valló technológiához hasonlóan - minden bizonnyal az, hogy nem ott, és nem úgy használjuk, ahol és ahogy azt érdemes.
Tények a hidrogénnel kapcsolatban:
A hidrogén a Föld felszínéről elérhető elemek leggyakoribbika, azonban elemi, közvetlenül felhasználható formában gyakorlatilag nem létezik a természetben. A hidrogén a víz és a szénhidrogének vegyületben kötött állapotban lévő alkotóanyaga.
A hidrogént az energia gazdaságban elemi állapotban lehet felhasználni, ezért a hidrogént a vegyületeiből technológiai folyamat során kell előállítani. Vízből hidrogént a természetvédelmi szempontokat figyelembe véve alkalmasan jelenleg elektromos árammal, elektrolízis eljárással, egyszerűen, környezetbarát módon lehet előállítani. A folyamat jelentős mennyiségű elektromos energiát igényel.
A hidrogént hatékonyan telített szénhidrogénekből lehet még kémiai eljárással, energia befektetés mellett előállítani, amely művelet során kétféle termék keletkezik, amely mindkettő jól hasznosítható alapanyaga a gazdaságnak. A keletkező hidrogént elsősorban az energia gazdaságban lehet felhasználni, a keletkező telítetlen szénhidrogének pedig alapvetően fontos vegyipari alapanyagok. A folyamat mindkét végterméke értékes, ezért a hidrogént költséghatékonyan és gazdaságosan lehet telített szénhidrogénekből előállítani.
Az elemi hidrogén szobahőmérsékleten kis sűrűségű, robbanásveszélyes gáz. Szállítani hatékonyan rövid távolságra csővezetéken lehet. Raktározni, és nagy távolságra szállítani hatékonyan tartályokban nagy nyomáson gáz állapotban, vagy nagyon alacsony hőmérsékleten folyadék állapotban lehetséges.
Az energia gazdaságban az elemi hidrogént a légkörben lévő oxigénnel egyesítve vízzé alakítják, amely folyamat során nagy mennyiségű energia szabadul fel. A gyakorlatban a hidrogént hatékonyan és a felszabaduló energiát könnyen hasznosítható formában előállítva úgynevezett üzemanyagcellákban használják fel, amelyben folyamatosan üzemeltethető módon elektromos áram keletkezik, víz, mint melléktermék keletkezése mellett. Az üzemanyagcellákban az elektrolízissel ellentétes folyamat zajlik hidrogén és a levegőben található oxigén egyesítése során, magas hatásfokkal. Az üzemanyagcellák előállítása fejlett technológiát igényel, de a használható technológia már a rendelkezésre áll. Az üzemanyagcellák nagy mennyiségben gazdaságosan előállíthatók.
A hidrogénnel kapcsolatos tények rögzítése után nézzük, hogy ezek alapján hol, és hogyan érdemes hidrogént használni az energia gazdaságban?
Jelenleg a hidrogént energia hordozóként elsősorban elektromos meghajtású személyautókban, üzemanyagként használják. Az autókban tartályokban, nagy nyomáson tárolt hidrogént üzemanyagcellákban vízzé alakítva elektromos áram keletkezik, ami elektromos motorok segítségével hajtja az autót. A hidrogén alapú üzemanyag környezetkímélő, és a hidrogén nagy energiasűrűsége miatt nagy hatótávolságot tesz lehetővé. A járművek hidrogén hajtásának azonban alapvető nehézségei is vannak:
1. Az üzemanyag nagy nyomású tárolása baleset esetén robbanásveszéllyel jár.
2. Az üzemanyag gáz halmazállapotú, a gépjármű elhasználódása során könnyen veszélyes szivárgás keletkezhet, ezért a gépjármű rendszeres karbantartása kritikus követelmény.
3. A hidrogén üzemanyag töltő állomások technológiája jelentősen eltér a szénhidrogén üzemanyag töltő állomások technológiájától. A hidrogén, mint üzemanyag felhasználása új töltő állomások, teljes hálózat kiépítését igényli. Habár a hidrogén, mint üzemanyag nagy hatótávolságot, és ezért ritkább feltöltést igényel, ezért elvileg nincs szükség sűrű üzemanyag töltő hálózatra, a gyakorlatban egy személyautó tulajdonosa nem akar jelentős távolságra utazni és sok időt felhasználni a ritkábban elhelyezett töltőállomások használatáért. A hidrogén személyautókban történő használata sűrű, ezért jelentős befektetést igénylő töltőhálózat kiépítését igényli.
Az akkumulátorokban tárolt árammal üzemelő elektromos személyautókkal szemben elsősorban a töltés gyakorlati megvalósíthatóságának nehézsége miatt nem versenyképes a hidrogén hajtás. Még ha az elektromos árammal történő töltés lassabb és kisebb hatótávolságot is biztosít jelenleg, a töltésre használható elektromos hálózat a lakott települések teljes területén elérhető, és a töltés bárhol elvégezhető.
A hidrogénnek, mint üzemanyagnak a személyautókban történő használatának elterjedése a nyilvánvaló előnyök ellenére mindaddig nem racionális, amíg a megfelelő hidrogén töltő hálózat kiépül. A befektetés azonban kockázatos, mert a hidrogén hajtás üzemeltetési kockázatai fennmaradnak, az akkumulátoros energia tárolás fejlődése pedig behozhatja a gyakorlati hátrányokat a hidrogén hajtással szemben.
Hol és hogyan használható a hidrogén, mint energia forrás hatékonyan? Mi a hidrogén alapú energia gazdaság racionalitása? A hidrogén az energia gazdaságban két területen látszik a gyakorlatban is használhatónak.
Hidrogén, mint nagy teljesítményű elektromos motorok üzemanyaga:
A hidrogént a fenti érvelés alapján nem érdemes személyautókban üzemanyagaként használni, azonban van olyan terület, ahol a hidrogén üzemanyagként történő felhasználásának a hátrányai jelentősen csökkenthetők. Ez a terület a nagy méretű, felszínen közlekedő járművek (kamionok, buszok, vonatok, hajók) mozgatására alkalmas nagy teljesítményű motorok üzemeltetése hidrogén meghajtással.
1. A nagy méretű gépjárművek méretéből adódóan a hidrogén üzemanyag tartályok biztonságosabban elhelyezhetők.
2. A nagy méretű gépjárművek tulajdonosai leginkább cégek, amelyek törvényben előírt szabályozása egyszerűbb, mint a magánszemélyek esetén. A cégek számára könnyebben előírható a kötelező és rendszeres karbantartás.
3. A nagy méretű gépjárművek jellemző módon jól meghatározott útvonalon, rögzített állomások között közlekednek. Mivel a hidrogén üzemanyag nagy hatótávolságot tesz lehetővé, hidrogén töltő állomást elegendő a nagy gépjárművek végállomása, illetve az útvonala mentén, ritkábban telepíteni. Nagy gépjárművek esetén nagyságrendekkel kevesebb hidrogén üzemanyag töltő állomás kiépítése szükséges és elegendő a hatékony üzemeltetéshez.
Hidrogént, mint üzemanyagot nagy teljesítményű motorok üzemeltetésére lehet hatékony felhasználni.
Feladat: Az ipari gyártási technológia feladata egy komplett, üzemanyagtartállyal, üzemanyagcellával, nagy teljesítményű elektromos motorral összeszerelt hajtómű megalkotása, amely teljesítménytől függő szabványos hajtóműként tud üzemelni nagy méretű járművekben. E mellett szükséges még egy alkalmasan elosztott hidrogén töltő hálózat, és az ellátását végző hidrogén szállító rendszer kiépítése a telített szénhidrogének átalakítását végző vegyipari gyárak és a hidrogén töltő állomások között. A hidrogén alapú elektromos energia meghajtás hajók esetén jelentős környezeti terhelés, káros anyag kibocsátás csökkenéssel jár, vonatok esetén pedig szükségtelenné teszi a drága elektromos vezetékrendszer kiépítését. A hidrogén meghajtású buszok és a kamionok töltésének kiépítése az útvonaluk mentén, például az autópályák mellett elegendő.
Hidrogén, mint energia tároló eszköz:
A hidrogén a nagy energia sűrűsége, és a közvetlenül az elektromos energiához köthető felhasználhatósága miatt különösen alkalmas az elektromos energia tárolására. A megújuló energiára épülő elektromos energia termelés rendkívül kiegyensúlyozatlan. A szél nem mindig fúj, a nap nem mindig süt. A megújuló energiaforrásokra alapozott elektromos energia termelés legnagyobb problémája az elektromos energia hatékony raktározása. Léteznek megoldások az elektromos energia tarolására, azonban azok kiépítése vagy költséges és nehezen méretezhető, mint például a gravitáció vagy nyomás alapú energia tárolás, vagy a tároló közeg nem környezetbarát és drága, mint például az elektrokémiai energia tárolás szilárd vagy folyadék fázisú akkumulátorokban.
A hidrogén alapú technológiával zárt rendszerű, folyamatos üzemű, hosszú élettartamú, egyszerűen skálázható, könnyen telepíthető, környezetbarát és olcsó elektromos energia tárolásra alkalmas rendszer hozható létre. Az elektromos energia elektrolízis segítségével magas hatásfokkal, és nagy energia sűrűséggel hidrogént előállítva tárolható, majd igény esetén üzemanyagcellákban magas hatásfokon közvetlenül elektromos áram formájában visszanyerhető.
A hidrogén kézenfekvő formája az elektromos energia tárolásának.
Feladat: Az ipari gyártási technológia feladata egy komplett, hidrogén tartállyal, üzemanyagcellával, elektrolízis berendezéssel ellátott, teljesen zárt rendszerű, folyamatos üzemű, közvetlenül az elektromos hálózathoz kapcsolható, szabványos berendezés megalkotása, amely moduláris rendszerben a tárolási igényeknek megfelelően, a háztartásoktól a nagyipari felhasználásig egyszerűen méretezhető elektromos energia tárolási módszert tesz lehetővé.
A környezetbarát és fenntartható hidrogén technológiát gazdaságosan a javasolt két területen ésszerű az energia gazdaságban alkalmazni. A technológia rendelkezésre áll, az átálláshoz üzleti szándék szükséges. A társadalmi igény, valamint a gazdasági és környezeti haszon azonban gyors megtérülést ígér.
Nincsenek megjegyzések