Сисак С.О. - ДО ПИТАННЯ ОТРИМАННЯ ВОДНЮ

Аннотация

Сисак С.О. ДО ПИТАННЯ ОТРИМАННЯ ВОДНЮ На основі розгляду існуючих перспектив та проблем розвитку водневої енергетики, зроблений короткий порівняльний аналіз та висвітлені основні проблеми високої енергоємності і низької продуктивності існуючих технологій отримання паливних газів з води.

З кожним роком все гостріше постає питання пошуку і розробки відновлювальних джерел енергії, у зв'язку з тим, що запаси природних енергоресурсів невпинно зменшуються. В даний час вже застосовуються альтернативні види енергії такі як: енергія вітру, припливів та відливів, енергія сонця, геотермальна енергія, біоенергія. Але є проблеми, що обмежують розвиток цих джерел енергії. По-перше, вони можуть застосовуватись лише у певних районах земної кулі, де для них створені сприятливі природні умови. По-друге, для спорудження цих електростанцій необхідні значні капіталовкладення.

Одним з найперспективніших та екологічно чистих видів енергії є водень. На даному етапі розвитку людства цей хімічний елемент застосовується в багатьох галузях промисловості (електронна, металургійна, харчова, скляна). Нині в енергетиці водень застосовують лише в якості охолоджувального агента на електростанціях, в основному атомних. В якості палива водень тільки починають розглядати, але майже не застосовують.

Існує велика кількість різноманітних технологій отримання водню. При нагріванні понад 2500⁰С вода розкладається на водень і кисень (прямий термоліз). Настільки високу температуру можна отримати, наприклад, за допомогою концентраторів сонячної енергії. Проблема тут полягає в тому, щоб запобігти рекомбінацію водню і кисню.

Велика частина виробленого в промисловому масштабі водню виходить у процесі парової конверсії метану (ПКМ). Пара та теплова енергія при температурах 750-850⁰С потрібні, щоб відокремити водень від вуглецевої основи в метані, що і відбувається в хімічних парових реформерах на каталітичних поверхнях. Але, нажаль, метан не є відновлювальним джерелом енергії.

Є цілий ряд відомих способів розкладання води для отримання водню: хімічний, термохімічних, термічний, електроліз та інші, але всі вони володіють одним і тим же великим недоліком – в технологічному процесі отримання водню використовується дорога високопотенційна енергія, на отримання якої у свою чергу затрачається дефіцитне паливо (вугілля, природний газ, нафтопродукти) або електроенергія, що виробляється на електростанціях. Таке виробництво водню, природно, завжди буде залишатися неекономічним і екологічно небезпечним, а, отже, безперспективним. З цієї та інших причин витрати електроенергії на вироблення одного кубометра водню з урахуванням перенапруги при традиційному електролізі в промислових умовах складають 18-21,6 МДж, а загальна витрата енергії (з урахуванням виробництва самої електроенергії) перевищує 50 МДж, що робить водень неприпустимо дорогим ( в США оптова ціна 1,17-3 грн / м³).

Основні причини, на нашу думку, що стримують розвиток та впровадження водневих установок, у яких водень отримується шляхом розкладу води:

1. Велика вибухова здатність, що робить непривабливим процес видобування та зберігання водню.

2. Процесс є дуже енергоємним при існуючих технологіях.

3. Складність отримувати чистий водень, без домішків кисню.

4. Проблема впровадження водню, як паливного елемента в усіх галузях промисловості.

З позиції енерговитрат найбільш енергоємний – термохімічний спосіб [2], а найменш енергоємний – електроімпульсний метод американця Стенлі Мейєра [5]. Технологія Мейєра [5] заснована на дискретно-електролізному способі розкладання води високовольтними електричними імпульсами на резонансних частотах коливань молекул води (електрична комірка Мейєра).

Вона найбільш, на наш погляд, прогресивна і перспективна і по застосовуваних фізичних ефектах, і по енерговитратам, проте вона також малопродуктивна, тому що в ній немає ефективного механізму відводу молекул газу з електродів. Крім того, цей процес дисоціації води у методі Мейєра сповільнений через те, що при електростатичному відриві молекул води з самої рідини доводиться витрачати час і енергію на подолання значної потенційної енергії міжмолекулярних зв'язків і структур води. Існують перспективні щодо впровадження у виробництво технології видобування водню із води за рахунок впливу інфразвукових коливань певної частоти (генератор Казакова), метод концентрації низькопотенційної енергії (генератор Студеннікова) та інші.

Ми плануємо провести експериментальні дослідження, в яких буде за основу взятий ефект «холодного» випаровування води (електроосмос), але в додаток до цього буде застосовуватись ще декілька ефектів основаних на енергетичному впливі на міжмолекулярні зв'язки води фізичними методами.

Для ефективної роботи установки необхідно дослідним шляхом перевірити і об'єднати оптимальну кількість ефектів як електричних, гідравлічних, так і термічних та визначити їх найбільш ефективні параметри в комплексі застосування, щоб досягнути максимальної продуктивності при мінімальних затратах енергії.

В даний час відомі такі основні ефекти, що впливають на хід процесу виділення водню із води та водяних розчинів: електроосмос, електроімпульсний метод, ефект Юргенса, магнітна активація води, гідравлічні 4 удари, кавітація, застосування інфразвукових коливань, змінних частот електричного струму та магнітного поля.

Висновки

Головна науково-технічна проблема водневої енергетики полягає в необхідності пошуку практичної нової технології заснованої на багаторазовій інтенсифікації процесу отримання водню і паливного газу з будь-яких водних розчинів та емульсій при різкому одночасному зниженні енерговитрат. Значні енерговитрати при отриманні паливного газу з води у відомих технологіях витрачаються на подолання міжмолекулярних зв'язків води в її рідкому агрегатному стані. Різка інтенсифікація процесів розщеплення рідин при зниженні енерговитрат у відомих технологіях поки неможлива в принципі, оскільки до недавнього часу не була вирішена головна проблема ефективного випаровування водних розчинів без підведення теплової та електричної енергії. Необхідно навчитися ефективно випаровувати і газифікувати рідини.

Використана література

1. Дудышев В.Д. Новая электроогневая технология - эффективный путь решения энергетических и экологических проблем- журналЭкология и промышленность России» №3/ 97 г.
2. Термическое получение водорода из воды ”Химическая энциклопедия”, т.1, М., 1988г., с.401).
3. Электроводородный генератор (международная заявка по системе РСТ - RU98/00190 от 07.10.97 г.)
4. Free energy Generation by Water Decomposition in Highly Efficiency Electrolytic Process, Proceedings «New Ideas in Natural Sciences», 1996, Санкт-Петербург, стр. 319-325, изд. «ПиК».
5. Патент США 4.936.961 Метод производства топливного газа.
6. Пат. США 4.362.690 Pyrochemical устройство для разложения воды.
7. Пат. США 4.039.651 Процесс закрытого цикла thermochemical производство водорода и кислорода от воды.
8. Пат. США 4.013.781 Процесс для получения водорода и кислорода от воды, использующей железо и хлор.
9. Пат. США 3.963.830 Thermolysis воды в контакте с zeolite массами.