Вода и электричество производятся как побочные продукты химического взаимодействия между газообразным водородом и кислородом внутри топливного элемента, который питает водородные топливные элементы.
Хотя многие считали, что водородная энергетика вызовет революция чистой энергии в 1990-х и начале 2000-х годов., новый мир водородной энергетики так и не был реализован. Инфраструктура является существенным барьером для большинства новых источников энергии.
Высокая себестоимость производства, неудовлетворительная эффективность производства и производства, а также сложные потребности в хранении и транспортировке не позволили водородные топливные элементы от широкого использования в легковых автомобилях.
Для тех, кто может позволить себе необходимую инфраструктуру для его поддержки, водородный топливный элемент имеет больший смысл для промышленного применения. Преимущества и недостатки использования водородных топливных элементов для питания погрузочно-разгрузочного оборудования будут обсуждаться в этой статье.
Содержание
Преимущества и недостатки водородного топлива
| S / Нет. | Преимущества водородного топлива | Недостатки водородного топлива |
| 1. | Универсальность использования По мере развития технологий водородные топливные элементы смогут обеспечивать энергией различные стационарные и мобильные устройства. Транспортные средства, работающие на водороде, являются лишь одним из примеров; меньшие продукты, такие как товары для дома и более крупные системы отопления, также могут использовать водород. В отличие от аккумуляторной батареи, мощность которой линейно зависит от массы, емкость накопителя энергии (т. е. топливный бак) и размер двигателя в силовых установках с ДВС не связаны, что обеспечивает значительную свободу проектирования. | Извлечение водорода Самый распространенный элемент во Вселенной, водород, представляет собой инертный газ, который необходимо извлекать из углеродистых соединений. ископаемое топливо или извлекается из воды электролизом. Для выполнения этих двух операций требуется значительное количество энергии. Помимо того, что эта энергия является дорогостоящей, она может быть больше, чем энергия, полученная из самого водорода. Более того, эта добыча обычно требует использования ископаемого топлива, что ставит под угрозу экологические характеристики водорода в отсутствие CCS. |
| 2. | Длительное время использования Водородные топливные элементы обеспечивают большую экономию времени использования. Водородный автомобиль может проехать 300 миль — это такое же расстояние, как автомобиль, работающий на ископаемом топливе. Это лучше, чем то, что уже предлагают электромобили (EV), которые все больше и больше разрабатываются с силовыми установками на топливных элементах в качестве «расширителей запаса хода». Кроме того, температура снаружи мало влияет на водородные топливные элементы, и они не разрушаются в холодном климате. Преимущество увеличивается в сочетании с периодами быстрой зарядки. | Требуются инвестиции Инвестиции необходимы для разработки водородных топливных элементов до такой степени, что они станут действительно практичным источником энергии. Для продвижения и развития технологии необходимо также проявить политическую волю и выделить необходимое время и ресурсы для развития. Проще говоря, мировая трудность в развитии повсеместной и устойчивой водородной энергетики заключается в том, чтобы выяснить, как наиболее экономично создать цепочку «спроса и предложения» шаг за шагом. |
| 3. | Повышенная прочность и энергоэффективность по сравнению с ископаемым топливом. Технология водородных топливных элементов обеспечивает очень плотный и эффективный источник энергии. Из всех распространенных видов топлива водород имеет самое высокое энергосодержание. Газообразный и жидкий водород высокого давления имеет объемную плотность энергии, сравнимую с плотностью природного газа и примерно в три раза превышающую весовую плотность энергии (около 120 МДж/кг) СПГ и дизельного топлива. | Стоимость сырья Поскольку драгоценные металлы, такие как иридий и платина, часто используются в качестве катализаторов в некоторых типах водных электролизеров и топливных элементах, первоначальная стоимость топливных элементов может быть высокой. Некоторые люди воздерживаются от инвестиций в технологию водородных топливных элементов из-за ее непомерной стоимости. Чтобы сделать водородные топливные элементы практичным источником топлива для всех, эти расходы необходимо снизить. |
| 4. | Высокая эффективность по сравнению с другими источниками энергии По сравнению со многими другими источниками энергии, включая многие варианты зеленой энергииводородные топливные элементы более эффективны. Благодаря такой топливной эффективности на каждый фунт использованного топлива можно производить больше энергии. Например, эффективность выработки электроэнергии с помощью традиционных электростанций, работающих на сжигании, колеблется в пределах 33–35%, а на водородных топливных элементах — до 65%. Аналогичным образом, водородные топливные элементы в автомобилях сокращают расход топлива на 50%, используя при этом 40–60% энергии, содержащейся в топливе. | Нормативные вопросы Препятствия также возникают вокруг юридических вопросов, касающихся структуры, определяющей модели коммерческого развертывания. В отсутствие четко определенной нормативной базы, которая облегчает понимание основы затрат и доходов, коммерческие предприятия могут столкнуться с трудностями при принятии решения о финансовых инвестициях (FID). |
| 5. | Удобен для тяжелого транспорта и поездов. Поскольку водородные двигатели все еще относительно новы, тяжелый транспорт и железные дороги — это две отрасли, для которых может быть целесообразно сразу же использовать их. Если бы в этих транспортных средствах вместо двигателя внутреннего сгорания использовались электрические батареи, они должны были бы быть очень большими, тяжелыми и заряжаться очень долго. И наоборот, водород дает преимущества более компактной силовой установки, быстрой дозаправки и большого запаса хода. Его можно заряжать в доках вдоль автомагистралей, наиболее часто используемых грузовыми автопарками, без необходимости строительства капиллярной распределительной сети, или на всех крупных железнодорожных станциях. | Общая стоимость На данный момент водородные топливные элементы дороже на единицу мощности, чем другие источники энергии, такие как Солнечные панели. Несмотря на то, что водород после создания становится более эффективным, его стоимость теперь является препятствием для его широкого использования. Это может измениться по мере развития технологий. Широкое внедрение в настоящее время маловероятно из-за влияния этих расходов на будущие расходы, такие как стоимость автомобилей, работающих на водороде. Использование водородных топливных элементов обходится дороже, чем использование других источников энергии из-за сложности процесса производства водородного топлива. Менеджеры автопарков должны гарантировать, что существенная экономия рабочей силы по сравнению со свинцово-кислотной компенсацией затрат на инфраструктуру и водородное топливо при принятии решения о том, какой источник энергии включить в погрузочно-разгрузочное оборудование. |
| 6. | Используется для питания космических кораблей. Мощность и эффективность водородной энергетики делают ее идеальным топливом для космических кораблей. Благодаря его огромной мощности космические корабли можно быстро запускать в исследовательские миссии. Это также самый безопасный источник энергии для задач, требующих много энергии. На самом деле водородная энергия в три раза мощнее, чем топливо, полученное из ископаемого топлива, такого как бензин. В идеале это означает использование меньшего количества водорода для выполнения огромной задачи. Кроме того, он обеспечивает движущую силу для транспортных средств, лодок, автомобилей и топливных элементов, которые являются стационарными или портативными. Недостатком использования водорода в автомобилях является тот факт, что хранение водорода в криогенных резервуарах или резервуарах высокого давления практически невозможно. | Хранение водорода Водород требует более сложных условий хранения и транспортировки, чем ископаемое топливо. Это говорит о том, что использование водородных топливных элементов в качестве источника энергии может потребовать дополнительных затрат. Хотя водород можно хранить в жидкой форме при криогенных температурах или в виде газа в резервуарах высокого давления, для использования в топливных элементах погрузчиков его можно хранить только в газообразном виде. Энергия теряется на протяжении всего процесса хранения водорода при использовании любого метода. Около 13% общей энергии водорода необходимо использовать для его сжатия; и сжижать его, теряя примерно 40% своей энергии. Металлы могут подвергнуться коррозии, если газообразному водороду удастся выйти из своего заключения. Следовательно, это может привести к тому, что испорченные металлы станут хрупкими и с большей вероятностью сломаются. У предприятий, которые в настоящее время используют водородную энергию, есть два варианта: если им требуется большее количество топлива, они должны построить завод или они могут поставлять газообразный водород через прицепы-трубы. |
| 7. | Быстрое время зарядки По сравнению с электромобилями, работающими от аккумуляторов, время зарядки силовых агрегатов на водородных топливных элементах заметно быстрее. Это сравнимо с традиционными автомобилями с двигателями внутреннего сгорания (ДВС). Водородные топливные элементы можно перезарядить менее чем за пять минут, но электромобилям для полной зарядки требуется много часов. Благодаря быстрому времени зарядки автомобили с водородным двигателем предлагают тот же уровень свободы, что и обычные автомобили. | Инфраструктура Поскольку ископаемое топливо используется уже много лет, инфраструктура, необходимая для снабжения этой энергией, уже существует. Хотя ожидается, что сквозная дозаправка будет использоваться для перевозок на большие расстояния, например, для грузовых автомобилей и грузовых автомобилей, широкое внедрение технологии водородных топливных элементов в автомобильной промышленности потребует новой инфраструктуры дозаправки для ее поддержки. |
| 8. | Отсутствие шумового загрязнения В отличие от других возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра, водородные топливные элементы не вызывают шумового загрязнения. Это означает, что транспортные средства, работающие на водороде, намного тише, чем автомобили с традиционными двигателями внутреннего сгорания, подобно электромобилям. | Легковоспламеняющиеся Учитывая, что водород является очень горючим топливом, опасения по поводу безопасности вполне разумны. Газы, содержащие водород, горят на воздухе в концентрациях от 4 до 75%. |
| 9. | Водород — это гибкий и чистый источник энергии, который может помочь в реализации планов по энергетике с нулевым выбросом углерода. Поскольку все, что производится во время работы водородного топливного элемента, представляет собой тепло и воду, он является по своей сути чистым источником энергии. Для производства водорода не требуется много земли, в отличие от гидроэнергетики или биотоплива. НАСА исследует использование водорода в качестве ресурса и даже использует воду, образующуюся в качестве побочного продукта, для обеспечения астронавтов питьевой водой. Это показывает, что водородные топливные элементы являются отличной альтернативой углю, природному газу и атомной энергетике, поскольку они являются нетоксичными источниками топлива, которые к тому же легче получить. Уравновешивая неустойчивые режимы поставок с растущими потребностями конечных пользователей, производство, хранение и использование водорода сыграет жизненно важную роль в содействии дальнейшему развитию возобновляемых источников энергии и предотвращении необходимости крупных первоначальных инвестиций в модернизацию сетевой инфраструктуры. | Водородная энергетика не может поддержать население Хотя водорода много, его широкое использование ограничено затратами на его добычу. Вы понимаете, что изменить существующее положение вещей сложно. Планета по-прежнему питается энергией ископаемого топлива. Кроме того, не существует системы, гарантирующей доступную и устойчивую водородную энергию для типичных владельцев автомобилей в будущем. Даже если водород станет широко доступен прямо сейчас, потребуются годы, чтобы он заменил другие источники энергии, поскольку автомобили и заправочные станции необходимо будет модифицировать, чтобы они соответствовали нормам для водорода. Это будет стоить значительную сумму денег. Поскольку водородная энергия широко доступна, а ее последствия по большей части игнорируются, водород действительно является возобновляемым ресурсом. Однако, чтобы отделить водород от кислорода, предприятиям, которые его производят, потребуются дополнительные невозобновляемые источники энергии, такие как ископаемое топливо, такое как уголь, природный газ и нефть. Внедрение водородной энергетики могло бы помочь нам уменьшить нашу чрезмерную зависимость от ископаемого топлива, но исключить его из системы будет сложно. |
| 10. | Никакого визуального загрязнения Хотя некоторые низкоуглеродные источники энергии, включая энергию ветра и биотопливе электростанции могут быть неприглядными, водородные топливные элементы занимают меньше места, поэтому визуальное загрязнение меньше. | |
| 11. | Возобновляемые и легко доступные Самый распространенный элемент во Вселенной, водород особенно обильный и возобновляемый, что делает его идеальным для наших будущих потребностей в комбинированном тепло- и электроснабжении с нулевым выбросом углерода. даже несмотря на трудности, связанные с его извлечением из воды. | |
| 12. | Идеально подходит для использования в отдаленных районах Водород, производимый и хранимый на месте, может оказаться жизнеспособной заменой дизельного электричества и отопления в отдаленных местах, если позволяют местные условия. Это не только уменьшит потребность в транспортировке топлива, но также повысит качество жизни людей, проживающих в отдаленных районах, обеспечивая топливо, не содержащее загрязняющих веществ и полученное из легкодоступного природного ресурса. | |
| 13. | Почти нулевые выбросы Потому что водородные топливные элементы не выделяют парниковых газов в атмосферу, как это делают источники ископаемого топлива, загрязнение снижается и качество воздуха улучшается. | |
| 14. | Демократизация энергоснабжения Зависимость страны от ископаемого топлива может быть уменьшена за счет использования водородных топливных элементов, что будет способствовать глобальной демократизации источников энергии и энергии. Многие страны, которые сейчас зависят от наличия ископаемого топлива, выиграют от этой возросшей независимости. Естественно, когда поставки сократятся, это также предотвратит проблему роста цен на ископаемое топливо. | |
| 15. | Уменьшает выбросы углекислого газа Водородные топливные элементы имеют практически нулевые выбросы, а это означает, что во время их использования они не имеют никаких выбросов. углеродный след. |
Заключение
Подводя итог, можно сказать, что водородная энергетика имеет ряд преимуществ и недостатков. Водород может быть чистым возобновляемым источником энергии, но прежде чем он начнет широко использоваться, необходимо снизить затраты на его производство и хранение.
В нынешнем виде водородная энергетика непрактична из-за высокой стоимости и отсутствия инфраструктуры.
Тем не менее, эта область привлекает все больше внимания, и для решения ее проблем выделяется финансирование. Например, Европейский Союз финансирует сопоставимые с этими инициативы 5.2 миллиарда долларов США, а Соединенные Штаты только что пообещали выделить 52.5 миллиона долларов США на разработку водорода.
Правительства всего мира могли бы использовать водород в качестве устойчивого и доступного источника энергии в будущем, если бы они того пожелали.
СОВЕТЫ
- Сила экологического образования: расширение возможностей учащихся для защиты нашей планеты
. - Стипендии для изучения окружающей среды: предоставление студентам возможности изменить ситуацию к лучшему
. - 20 фактов о гидроэнергетике, которых вы не знали
. - 10 негативных последствий электростанций для окружающей среды
. - Транспортные средства с водородным двигателем: знайте плюсы и минусы
Страстный эколог в душе. Ведущий автор контента в EnvironmentGo.
Я стремлюсь информировать общественность об окружающей среде и ее проблемах.
Это всегда было о природе, мы должны защищать, а не разрушать.