Biz uglerod neýtral bolan energiýanyň indiki nesli bolan "wodorod" bilen tanyşdyrarys. Wodorod üç görnüşe bölünýär: "ýaşyl wodorod", "gök wodorod" we "çal wodorod", olaryň her biriniň önümçilik usuly dürli. Şeýle hem, önümçilik usullarynyň her birini, elementler hökmünde fiziki häsiýetlerini, saklamak/daşamak usullaryny we ulanmak usullaryny düşündireris. Şeýle hem, onuň näme üçin indiki nesilde esasy energiýa çeşmesi bolandygyny düşündireris.
Ýaşyl Wodorod öndürmek üçin suwuň elektrolizi
Wodorod ulanylanda, nähili bolsa-da "wodorod öndürmek" möhümdir. Iň aňsat ýol "suwy elektrolizlemekdir". Belki, siz başlangyç synp ylymlarynda şeýle edensiňiz. Stakany suw we suwdaky elektrodlar bilen dolduryň. Batareýa elektrodlara birikdirilip, energiýa berlende, suwda we her bir elektrodda aşakdaky reaksiýalar bolup geçýär.
Katodda H+ we elektronlar birleşip wodorod gazyny öndürýär, anod bolsa kislorod öndürýär. Şeýle-de bolsa, bu usul mekdep ylmy tejribeleri üçin gowy, ýöne senagatda wodorod öndürmek üçin uly möçberli önümçilik üçin amatly netijeli mehanizmler taýýarlanmalydyr. Bu "polimer elektrolit membranasynyň (PEM) elektrolizi".
Bu usulda, wodorod ionlarynyň geçmegine mümkinçilik berýän polimer ýarymgeçiriji membrana anod bilen katodyň arasynda ýerleşdirilýär. Enjamyň anodyna suw guýlanda, elektroliz arkaly öndürilen wodorod ionlary ýarymgeçiriji membrana arkaly katoda geçýär we ol ýerde molekulýar wodorod bolýar. Beýleki tarapdan, kislorod ionlary ýarymgeçiriji membranadan geçip, anodda kislorod molekulalaryna öwrülip bilmeýär.
Şeýle hem, gidroksid suw elektrolizinde, anod we katody diňe gidroksid ionlarynyň geçip bilýän bölüji arkaly bölmek arkaly wodorod we kislorod öndürilýär. Mundan başga-da, ýokary temperaturaly bug elektrolizi ýaly senagat usullary bar.
Bu prosesleri giň gerimde ýerine ýetirmek arkaly köp mukdarda wodorod alnyp bilner. Bu prosesde ep-esli mukdarda kislorod hem öndürilýär (öndürilen wodorodyň ýarysy möçberinde), şonuň üçin atmosfera goýberilen halatynda daşky gurşawa zyýanly täsir etmez. Şeýle-de bolsa, elektroliz köp elektrik energiýasyny talap edýär, şonuň üçin uglerodsyz wodorod ýel turbinalary we gün panelleri ýaly gazylyp alynýan ýangyçlary ulanmaýan elektrik energiýasy bilen öndürilse, öndürilip bilner.
Arassa energiýany ulanyp suwy elektrolizlemek arkaly "ýaşyl wodorod" alyp bilersiňiz.
Şeýle hem, bu ýaşyl wodorodyň uly möçberde öndürilmegi üçin wodorod generatory bar. Elektrolizator bölüminde PEM ulanmak arkaly wodorod üznüksiz öndürilip bilner.
Galyndy ýangyçlardan ýasalan gök wodorod
Eýsem, wodorod öndürmegiň başga usullary nähili? Wodorod tebigy gaz we kömür ýaly gazylyp alynýan ýangyçlarda suwdan başga maddalar hökmünde bar. Mysal üçin, tebigy gazyň esasy bölegi bolan metany (CH4) göz öňünde tutuň. Bu ýerde dört wodorod atomy bar. Bu wodorody aýyrmak arkaly wodorod alyp bilersiňiz.
Bularyň biri bugy ulanýan “bug metan reformasiýasy” diýlip atlandyrylýan prosesdir. Bu usulyň himiki formulasy aşakdaky ýaly.
Görşüňiz ýaly, uglerod oksidi we wodorod ýeke metan molekulasyndan alynyp bilner.
Şeýlelik bilen, wodorod tebigy gazyň we kömüriň “bug reformasiýasy” we “pirolizi” ýaly prosesler arkaly öndürilip bilner. “Gök wodorod” şeýle usulda öndürilen wodorody aňladýar.
Emma, bu ýagdaýda uglerod oksidi we uglerod dioksidi goşmaça önümler hökmünde öndürilýär. Şonuň üçin olary atmosfera goýbermezden öň gaýtadan işlemeli bolýarsyňyz. Goşmaça önüm bolan uglerod dioksidi, eger gaýtadan işlenilmese, "çal wodorod" diýlip atlandyrylýan wodorod gazyna öwrülýär.
Wodorod nähili element?
Wodorodyň atom nomeri 1 we ol döwürleýin sistemadaky birinji elementdir.
Atomlaryň sany älemde iň uly bolup, älemdäki ähli elementleriň takmynan 90% -ni düzýär. Proton we elektrondan ybarat bolan iň kiçi atom wodorod atomydyr.
Wodorodyň ýadrosyna neýtronlar birikdirilen iki izotopy bar. Bir neýtron bilen baglanyşykly "deýteriý" we iki neýtron bilen baglanyşykly "tritiý". Bular şeýle hem termoýadro energiýasyny öndürmek üçin materiallardyr.
Gün ýaly ýyldyzyň içinde, ýyldyzyň parlamagy üçin energiýa çeşmesi bolan wodoroddan geliý ýadro sintezi bolup geçýär.
Şeýle-de bolsa, wodorod Ýer ýüzünde gaz görnüşinde seýrek duş gelýär. Wodorod suw, metan, ammiak we etanol ýaly beýleki elementler bilen birleşmeleri emele getirýär. Wodorod ýeňil element bolany üçin, temperatura ýokarlananda, wodorod molekulalarynyň hereket tizligi artýar we Ýeriň agrawitasiýasyndan kosmosa çykýar.
Wodorody nähili ulanmaly? Ýanmak arkaly ulanyň
Soňra, täze nesil energiýa çeşmesi hökmünde bütin dünýäde üns çekýän "wodorod" nähili ulanylýar? Ol iki esasy usulda ulanylýar: "ýanmak" we "ýangyç elementi". Geliň, "ýanmak" sözleminden başlaýaly.
Ýanmagyň iki esasy görnüşi ulanylýar.
Birinjisi raketa ýangyjy hökmünde. Ýaponiýanyň H-IIA raketasy ýangyç hökmünde wodorod gazy bolan "suwuk wodorod" we kriogen ýagdaýyndaky "suwuk kislorod" ulanýar. Bu ikisi birleşdirilip, şol wagtda öndürilýän ýylylyk energiýasy emele gelen suw molekulalarynyň kosmosa uçmagyny çaltlaşdyrýar. Şeýle-de bolsa, tehniki taýdan kyn hereketlendiriji bolany üçin, Ýaponiýadan başga, diňe ABŞ, Ýewropa, Russiýa, Hytaý we Hindistan bu ýangyjy üstünlikli birleşdirdi.
Ikinjisi elektrik energiýasyny öndürmekdir. Gaz turbina elektrik energiýasyny öndürmekde energiýa öndürmek üçin wodorod we kislorody birleşdirmegiň usuly hem ulanylýar. Başgaça aýdylanda, bu wodorod tarapyndan öndürilýän ýylylyk energiýasyna seredýän usuldyr. Ýylylyk elektrik stansiýalarynda kömür, nebit we tebigy gaz ýakylmagyndan çykýan ýylylyk turbinalary herekete getirýän bug öndürýär. Eger wodorod ýylylyk çeşmesi hökmünde ulanylsa, elektrik stansiýasy uglerod neýtral bolar.
Wodorody nähili ulanmaly? Ýangyç elementi hökmünde ulanylýar
Wodorody ulanmagyň başga bir usuly ýangyç öýjük hökmünde ulanmakdyr, ol wodorody gönüden-göni elektrik energiýasyna öwürýär. Hususan-da, “Toyota” kompaniýasy global ýylylyga garşy göreş çäreleriniň bir bölegi hökmünde benzinli ulaglara alternatiwa hökmünde elektrik ulaglarynyň (EW) ýerine wodorod ýangyçly ulaglary mahabatlandyrmak bilen Ýaponiýada üns çekdi.
Has takygy, biz “ýaşyl wodorod” öndürmek usulyny girizýänimizde ters prosedurany ýerine ýetirýäris. Himiki formula aşakdaky ýaly.
Wodorod elektrik energiýasyny öndürýän wagtynda suw (gyzgyn suw ýa-da bug) öndürip bilýär we daşky gurşawa agram salmaýandygy üçin ony bahalap bolýar. Beýleki tarapdan, bu usulyň energiýa öndürmek netijeliligi 30-40% -e deňdir we katalizator hökmünde platinany talap edýär, şonuň üçin çykdajylaryň artmagyny talap edýär.
Häzirki wagtda biz polimer elektrolit ýangyç öýjüklerini (PEFC) we fosfor kislotasy ýangyç öýjüklerini (PAFC) ulanýarys. Hususan-da, ýangyç öýjükli ulaglar PEFC ulanýar, şonuň üçin geljekde onuň ýaýramagyna garaşylýar.
Wodorody saklamak we daşamak howpsuzmy?
Indi, wodorod gazynyň nähili öndürilýändigini we ulanylýandygyny düşünensiňiz öýdýäris. Bu wodorody nädip saklaýarsyňyz? Ony gerek ýerinde nädip almaly? Şol wagt howpsuzlyk barada näme aýdyp bilersiňiz? Düşündirip bereris.
Aslynda, wodorod hem örän howply elementdir. XX asyryň başynda biz wodorody howa şarlaryny, şarlary we dirižabllary asmanda uçurmak üçin gaz hökmünde ulandyk, sebäbi ol örän ýeňildi. Şeýle-de bolsa, 1937-nji ýylyň 6-njy maýynda ABŞ-nyň Nýu-Jersi ştatynda "Hindenburg dirižabl partlamasy" boldy.
Bu heläkçilikden bäri wodorod gazynyň howplydygy giňden ykrar edildi. Esasanam, ol ot alanda, kislorod bilen güýçli partlaýar. Şonuň üçin "kisloroddan daşda duruň" ýa-da "yssylykdan daşda duruň" diýmek möhümdir.
Bu çäreleri görenimizden soň, biz iberiş usulyny oýlap tapdyk.
Wodorod otag temperaturasynda gazdyr, şonuň üçin ol henizem gaz bolsa-da, örän göwrümli bolýar. Birinji usul, gazly içgileri taýýarlanda ýokary basyş ulanmak we silindr ýaly kompreslemekdir. Ýörite ýokary basyşly bak taýýarlaň we ony 45Mpa ýaly ýokary basyş şertlerinde saklaň.
Ýangyç elementli ulaglary (ÝEU) işläp düzýän “Toyota” kompaniýasy 70 MPa basyşa çydap bilýän smola ýokary basyşly wodorod bakyny işläp düzýär.
Başga bir usul, suwuk wodorod öndürmek üçin -253°C-a çenli sowatmak we ony ýörite ýylylyk izolýasiýaly baklarda saklamak we daşamakdyr. Daşary ýurtlardan tebigy gaz import edilende LNG (suwuklaşdyrylan tebigy gaz) ýaly, wodorod daşamak wagtynda suwuklaşdyrylýar we onuň möçberini gaz görnüşindäki ýagdaýynyň 1/800 bölegine çenli azaldýar. 2020-nji ýylda biz dünýäde ilkinji suwuk wodorod daşaýjysyny tamamladyk. Şeýle-de bolsa, bu usul ýangyç öýjükli ulaglar üçin amatly däl, sebäbi ony sowatmak üçin köp energiýa gerek.
Şeýle baklarda saklamagyň we daşamagyň usuly bar, ýöne biz wodorody saklamagyň başga usullaryny hem işläp düzýäris.
Saklamak usuly wodorod saklamak üçin erginleri ulanmakdyr. Wodorod metallara aralaşyp, olary zaýalamak häsiýetine eýedir. Bu 1960-njy ýyllarda ABŞ-da işlenip düzülen ösüş usulydyr. JJ Reilly we beýlekiler. Tejribeler wodorodyň magniý we wanadiý erginini ulanyp saklanyp we boşadylyp bilinýändigini görkezdi.
Şondan soň, ol öz göwrüminden 935 esse köp wodorody özüne siňdirip bilýän palladiý ýaly maddany üstünlikli işläp düzdi.
Bu garyndyny ulanmagyň artykmaçlygy, wodorod syzmagy hadysalarynyň (esasan partlama hadysalarynyň) öňüni alyp bilmegidir. Şonuň üçin ony howpsuz saklap we daşap bolýar. Şeýle-de bolsa, seresap bolmasaňyz we ony nädogry gurşawda goýsaňyz, wodorod saklaýjy garyndylar wagtyň geçmegi bilen wodorod gazyny çykaryp biler. Hatda kiçijik uçgun hem partlama hadysasyna sebäp bolup biler, şonuň üçin seresap boluň.
Şeýle hem, wodorodyň gaýtalanýan siňdirilmegi we desorbsiýasy onuň döwülmegine we wodorodyň siňdirilme tizliginiň peselmegine getirýär.
Beýlekisi bolsa, turbalary ulanmakdyr. Turbalaryň döwülmeginiň öňüni almak üçin olaryň gysylmadyk we pes basyşly bolmalydygy şerti bar, ýöne artykmaçlygy bar bolan gaz turbalaryny ulanyp boljakdygydyr. “Tokyo Gas” kompaniýasy ýangyç öýjüklerine wodorod bermek üçin şäher gaz turbalaryny ulanyp, “Harumi FLAG”-da gurluşyk işlerini alyp bardy.
Wodorod energiýasy tarapyndan döredilen geljekki jemgyýet
Ahyrsoňy, wodorodyň jemgyýetde nähili rol oýnap biljekdigini göz öňünde tutalyň.
Has möhümi, biz uglerodsyz jemgyýeti ösdürmek isleýäris, biz wodorody ýylylyk energiýasy hökmünde däl-de, elektrik energiýasyny öndürmek üçin ulanýarys.
Iri ýylylyk elektrik stansiýalarynyň ýerine käbir hojalyklar zerur elektrik energiýasyny öndürmek üçin tebigy gazy reformalaşdyrmak arkaly alynýan wodorody ulanýan ENE-FARM ýaly ulgamlary ornaşdyrdylar. Şeýle-de bolsa, reformalaşdyrmak prosesiniň goşmaça önümleri bilen näme etmelidigi baradaky sorag galýar.
Geljekde, wodorodyň özüniň aýlanyşygy köpelse, mysal üçin wodorod ýangyç guýujy stansiýalarynyň sanyny köpeltse, kömürturşy gazyny çykarmazdan elektrik energiýasyny ulanmak mümkin bolar. Elbetde, elektrik energiýasy ýaşyl wodorod öndürýär, şonuň üçin ol gün şöhlesinden ýa-da ýelden öndürilen elektrik energiýasyny ulanýar. Elektroliz üçin ulanylýan energiýa energiýa öndürilişiniň mukdaryny basyp ýatyrmak ýa-da tebigy energiýadan artykmaç energiýa bolanda gaýtadan doldurylýan batareýany zarýadlamak üçin energiýa bolmaly. Başgaça aýdylanda, wodorod gaýtadan doldurylýan batareýa bilen bir ýerde durýar. Eger şeýle bolsa, ahyrsoňy ýylylyk energiýasynyň öndürilişini azaltmak mümkin bolar. Içerki ýanma hereketlendirijisiniň awtoulaglardan ýitip gidýän güni çalt golaýlaşýar.
Wodorod başga bir ýol arkaly hem alnyp bilner. Aslynda, wodorod henizem kaustik soda önümçiliginiň goşmaça önümidir. Beýleki zatlar bilen birlikde, ol demir önümçiliginde koks önümçiliginiň goşmaça önümidir. Eger bu wodorody paýlamaga goýsaňyz, köp sanly çeşmeleri alyp bilersiňiz. Şeýle usulda öndürilen wodorod gazy hem wodorod stansiýalary tarapyndan üpjün edilýär.
Geliň, geljege has çuňňur göz aýlalyň. Yzyna düşýän energiýanyň möçberi elektrik energiýasyny üpjün etmek üçin simleri ulanýan geçirijilik usuly bilen hem baglanyşykly meseledir. Şonuň üçin geljekde biz gazly içgileri taýýarlamakda ulanylýan uglerod kislotasy çelekleri ýaly turba geçirijiler arkaly getirilýän wodorody ulanarys we her bir öý üçin elektrik energiýasyny öndürmek üçin öýde wodorod çelek satyn alarys. Wodorod batareýalarynda işleýän ykjam enjamlar giňden ýaýraýar. Şeýle geljegi görmek gyzykly bolar.
Ýerleşdirilen wagty: 2023-nji ýylyň 8-nji iýuny
