Заменит ли вода нефть?
Потребление нефти за последние годы все увеличивается, но запасы ее в природе неисчерпаемыми не назовешь. Понятно, почему все большее внимание уделяется альтернативным источникам энергии.
Потребление нефти за последние годы все увеличивается, но запасы ее в природе неисчерпаемыми не назовешь. Понятно, почему все большее внимание уделяется альтернативным источникам энергии.
В США недавно была принята новая энергетическая политика, в соответствии с которой Америка должна перейти к водородной экономике, чтобы не сидеть на нефтяной игле. То есть в качестве топлива использовать водород, получаемый термохимическим разложением воды. Источником водорода могут быть также и отходы сельскохозяйственных культур. Из стеблей злаковых получают спирт, из которого в свою очередь путем катализа выделяют водород. Можно сказать, безотходное производство.
В последнее время много говорится о топливных элементах, в основе работы которых лежат химические реакции водорода и кислорода. Работающие на таком топливе машины абсолютно не выделяют выхлопных газов. При сжигании водорода образуется только вода, поэтому, по мнению многих, он является топливом будущего.
В связи с ужесточением требований к экологичности топлива, топливные элементы привлекают особое внимание автомобилестроителей. В тех же США разработана программа Freedom CAR, которая включает планы начала строительства инфраструктуры водородных станций. Планируется, что к 2010 году крупные автомобилестроители пустят в массовое производство автомобили, работающие на топливных элементах. Министерство энергетики США в бюджете на 2003г. предусмотрела для Freedom CAR $150 млн. Национальная сеть водородных заправочных станций обойдется в $500 млрд.
В России нет такого повышенного внимания к водороду как автомобильному топливу. На наш век нефти хватит, газа тоже предостаточно, продолжим дышать выхлопными газами. Но, к сожалению, российская экономика не перестанет зависеть от экспорта энергоносителей. И если массовое производство автомобилей с водородными топливными элементами начнется уже в конце десятилетия, кому понадобятся большие объемы российской нефти, и из чего будет складываться российский бюджет?
Источник
Происхождение нефти, возможность истощения ее запасов. Чем заменить нефть и как это изменит будущий мир?
Но так как у нефти пока нет достойной альтернативы, прогнозировать будущее без нее сложно, но я попытаюсь. Итак, при истощении запасов нефти ее частично могут заместить:
1) Биодизель— топливо, которое получают в основном с растительных источников сырья.
Для выработки биодизеля могут использоватся разные масличные культуры: соя, рапс, подсолнечник, также отходы производства животных жиров.
После раздавливания семян масличных культур выходит растительное масло. Соединяя масло с метанолом получают биодизель.
При работе двигателя на биодизеле образуется меньше сажи, оксида углерода, меньше токсичных веществ по сравнению с нефтяным топливом.
Растительное сырье по сравнению с нефтью быстро возобновляется (растет). Для выращивания подойдет практически любая земля, что позволяет владеть таким топливом почти повсюду в мире.
2) Биоэтанол — наряду с биодизелем, биоэтанол (этиловый спирт с растений). Наверное многие знают как и из чего возможно гнать самогон.
Примерно так же получают спирт с растений, с последующим его использованием как автомобильное топливо. Конечно в такое топливо надо добавить вонючие вещества, дабы его не пытались пить.
К природным спиртам можно отнести и метиловый (древесный) спирт. Метанол можно получить с отходов древесины.
При не сложном переоборудовании бензинового двигателя, метанол или этанол можно добавлять к бензину. Применяя метанол получается на 50% меньше концентрации токсичных веществ в выхлопных газах.
3) Биогаз — не секрет что сейчас часто на транспорте используется природный газ. Конечно газ лучше при этом сжижить. Некоторые граждане специально переоборудывают свой автомобиль, газ дешевле бензина. Кроме природных залежей газа, метан (СН4)- который является его основой при добыче с недр.
Метан также может быть получен в искусственных цистернах- газгольдерах. Газгольдеры выгодно строить возле ферм, где много органических отходов, которые будут сырьем для производства искусственного метана за короткое время.
4) Синтез-газ -смесь монооксида углерода с водородом (СО+Н2). Синтез-газ можно получить с углеродосодержащего сырья: торфа, угля, остатков нефти, природного газа (СН4).
5) Водород (Н2)- при его сжигании образуется только вода, которую можно даже пить. По энергетическим свойствам 1 кг водорода эквивалентен 4,5 кг бензина. Получить водород возможно достаточно легко с воздуха, пресной воды.
Кроме непосредственного сжигания водорода для получения энергии, в моторах также можно использовать топливные ячейки. В ячейках водород окисляясь кислородом воздуха дает ток, который питает электрический привод.
6) Атомная энергетика— мирный атом уже используют для привода подводных лодок и ледоколов. Для создания атомного космического корабля остается не много времени. Есть технологии ядерного синтеза при которых образуется мало радиоактивных веществ.
7) Сфера Дайсона— гипотетически существующая сфера вокруг некоторой звезды, которую могут построить развитые цивилизации (инопланетяне), для максимального получения энергии от своей звезды.
Возможно всему человечеству, как дань моде инопланетян, и удовлетворения своих энергетических аппетитов, придется вкалывать и строить сферу Дайсона вокруг Солнца.
Какие же события могут ждать Землю без нефти? Страны Ближнего Востока при исчерпании ее запасов ждет инфляция, падение их экономик. После чего там сначала начнется спад моды на роскошь, далее начнутся голодные бунты граждан, частые смены власти, территориальные претензии, военные конфликты.
Без нефти развернется производство электрического транспорта, первенство «богатых» стран перейдет с «нефтяных» к тем у которых есть запасы лития и кадмия, они нужны для создания литиевых аккумуляторов электромобилей.
Но не исключено что развитие человечества пойдет все-таки путем аскетизма,
То есть уменьшением потребления всех ресурсов.
Человек хоть и социальное существо, но почти все его представители отдельно любят шиковать и превосходить себя над другими.
Другие же завидуя, и себе выпендриваются блеском и шиком. Это демонстрирует развитие такой социалистической страны как Китай, которая как не стараясь съезжает к капитализму.
Возрастающее количество людей на Земле и в то же время конфликты за пресную воду, продовольствие, остатки нефти или вообще за справедливое распределение ресурсов для всех ее жителей поровну, приведут к тому что кто-то из них вылетит жить куда подальше, возможно на Луну или Марс.
Ведь не даром же планету Марс сейчас интенсивно исследуют, там же могут быть новые, еще не истощенные, не поделенные природные ресурсы.
Если у Вас есть свои идеи о том чем в будущем заменить нефть, пишите, интересно !
Источник
Водород вместо нефти: новая энергетика оказалась для России сомнительной
Пригодится ли на Земле топливо звезд
В XXI веке рост производства энергии, населения и потребления природных ресурсов достиг таких значений, что биосфера стала подавать человечеству сигналы тревоги. Эти сигналы видятся в различных проявлениях экологического кризиса: глобальном потеплении, загрязнении окружающей среды, снижении биоразнообразия, росте катастрофических стихийных бедствий.
Фото: Алексей Меринов
Современная наука давно предсказала поджидающие человечество климатические опасности и призывает постепенно отходить от использования ископаемого топлива. Смягчить темп запущенного человечеством процесса глобального потепления можно только за счет сокращения выбросов СО2. В решении этой климатической проблемы немало надежд возлагается на использование водорода как удобного энергоносителя. В принятом Правительством РФ плане по реализации Энергетической стратегии до 2035 года наряду с другими мерами предусматривается производство и использование водорода.
Термин «водородная энергетика» иногда заменяют более общим — «водородная экономика». Оба понятия предполагают широкое использование водорода в энергетических системах и других секторах экономики. Мировое производство товарного водорода превышает 40 млн тонн/год, более 70% которого используется в химической промышленности для производства аммиака, метанола и синтетических материалов, остальные 30% — в нефтепереработке, в металлургии и пищевой промышленности. Для этих целей водород производят из природного газа — хорошо освоенного крупнотоннажного производства.
Водород — это самый легкий и распространенный во Вселенной химический элемент, который является топливом звезд. Каждую секунду на Солнце 600 млн тонн водорода путем термоядерного синтеза превращаются в гелий, выделяя огромное количество световой и тепловой энергии, благодаря которой стала возможной жизнь на Земле.
Из-за своей высокой реакционной способности водород легко связывается с другими элементами, поэтому в земных условиях он всегда находится в соединениях. Водород не является возобновляемым источником энергии (ВИЭ), а является лишь удобным носителем энергии. Действительно, 1 кг водорода содержит более 33 кВт/ч энергии, что примерно в 3 раза превосходит теплотворную способность природного газа и в 7 раз — каменного угля. Однако, чтобы выделить водород из воды или метана, надо вначале затратить значительную энергию и только потом использовать его как топливо.
С экологической точки зрения применение водорода является выгодным в случае, когда первичный источник энергии является возобновляемым. Водород позволяет устранять основные недостатки возобновляемых источников энергии (ВИЭ) — зависимость режима работы от внешних условий, а также их неспособность запасать энергию. Главным аргументом для внедрения водорода в энергетику является охрана окружающей среды, потому что в месте его энергетического использования в атмосферу выбрасывается только водяной пар. Водород как газообразное химическое топливо может заменять углеводороды в двигателях внутреннего сгорания, газовых турбинах и системах отопления. Кроме того, водород можно использовать для прямого получения электрической энергии с помощью топливных элементов.
В настоящее время 96% водорода получают из ископаемого топлива и 4% — электролизом воды. Самым подходящим сырьем для получения водорода является природный газ. Однако этот газ сам по себе является ценным первичным источником энергии и широко используется на электростанциях и в быту. Более 50% водорода получают путем паровой конверсии метана.
Из 1000 кубических метров метана можно получить около 350 кг водорода стоимостью 700 долл. В России стоимость 1000 кубометров метана составляет всего 60 долл. Отсюда можно заключить, что использование в России водорода в качестве топлива в 4 раза менее выгодно, чем использование метана. Следует также добавить, что при получении из метана 1 т водорода в воздух выбрасывается 5,5 т парникового газа СО2. Таким образом, при производстве водорода из ископаемого топлива образуется большое количество парникового газа СО2, который необходимо улавливать и каким-то образом утилизировать, например, закачивать в геологические горизонты. Водород, получаемый из метана и угля, не помогает решению климатической проблемы, поэтому его называют «коричневым водородом», что существенно снижает его цену как товара на внешнем рынке.
Электролиз — процесс разложения воды на водород и кислород с помощью электричества — является энергоемким и обходится примерно в 4 раза дороже, чем производство водорода из природного газа. С учетом отсутствия выбросов парниковых газов процесс электролиза воды — это самый чистый метод получения водорода. Если необходимая для электролиза энергия поступает из источников возобновляемой энергии, то на выходе получают «зеленый водород». Нужно помнить, что водородная энергетика чиста и безвредна для окружающей среды, если таким же чистым является процесс получения водорода.
Производство водорода путем электролиза воды является привлекательным средством аккумулирования энергии в сочетании с гидравлической, солнечной или ветровой энергией. Существуют проекты, основная идея которых состоит в получении «зеленого водорода» с помощью ГЭС и передаче его удаленным потребителям для использования на транспорте в качестве топлива с нулевыми выбросами диоксида углерода и отсутствием выбросов десятка других загрязняющих веществ. Например, если годовую выработку Саяно-Шушенской ГЭС направить на производство «зеленого водорода» путем электролиза, то в течение года из енисейской воды можно получить 675 тыс. т водорода стоимостью 5,5 млрд долл. Для ГЭС производить и продавать на свободном рынке такое экологически чистое топливо намного выгоднее, чем продавать киловатт-часы электроэнергии.
Надо учитывать, что в водородном топливном элементе (ВТЭ) химическая энергия преобразуется в электрическую с КПД около 93%. При всей заманчивости идеи использования ВТЭ в энергетике ее реализация наталкивается на серьезные трудности. Основная трудность заключается в превращении компонентов реакции в ионы при умеренных температурах за счет применения катализаторов, включающих металлы платиновой группы.
Самая отработанная технология реализована в ВТЭ, где в качестве протонообменного электролита используется фосфорная кислота. Цена такого ВТЭ составляет около 4500 долл. за 1 кВт мощности. Это дороже, чем стоимость традиционной энергии, однако в ВТЭ отсутствуют подвижные части и затраты на их эксплуатацию невелики. Эти ВТЭ нашли свое место среди потребителей, которым нужен устойчивый и экологически чистый источник энергии, например, аэропорты, больницы, военные объекты. Во время пилотируемых полетов в космос также используются ВТЭ, где в качестве побочного продукта получается вода, которую экипаж может использовать в качестве питьевой.
В мире рассматриваются амбициозные программы внедрения ВТЭ для автомобильного транспорта, прежде всего из соображений защиты воздушного бассейна городов. Международный совет по водородным технологиям предполагает, что к 2050 году мировой рынок водорода увеличится до 2,5 трлн долл./год. Например, Япония планирует довести объем внутреннего рынка водорода до 70 млрд долл./год. При этом наладить собственное электролизное производство водорода ей не удается ввиду отсутствия необходимых запасов пресной воды и энергии. Японцы остановились на импорте из Австралии «коричневого водорода», который в сжиженном виде при температуре минус 253°С доставляется в Японию специальным танкером. Здесь Россия могла бы составить конкуренцию Австралии, построив в бассейне Амура пару крупных ГЭС для производства «зеленого водорода» с помощью электролиза. Этот «зеленый водород» может стать самым прибыльным российским экспортным продуктом. Две будущие дальневосточные ГЭС могут обеспечить через 30 лет годовую потребность всего японского автотранспорта.
Хранение и транспортировка водорода представляют немалую проблему. Атомы водорода способны проникать и улетучиваться через микротрещины и поры в металлических стенках труб и резервуаров. Баллоны для хранения водорода очень тяжелые, потому что имеют сложную и многослойную структуру стенок. Водород в отличие от метана взрывается при любом соотношении с воздухом. При малейшем дорожно-транспортном происшествии риск взрыва очень высок. Водород вызывает «охрупчивание» стали, поэтому не следует надеяться на то, что российский «коричневый водород» можно будет транспортировать по магистральному трубопроводу «Северный поток-2», выполненному по классической схеме.
Таким образом, водород сам по себе не является инструментом декарбонизации глобальной энергетики и экономики будущего. Ни «коричневый», ни «зеленый водород» не решают климатической проблемы, потому что для их производства требуется ровно столько энергии, сколько они могут вернуть при использовании в качестве химического топлива. Водород удобно использовать в другом качестве — как накопителя избыточной энергии, производимой всеми известными видами генерации. Водород как энергоноситель-посредник может получить применение в транспортной сфере для исключения загрязняющего воздействия выхлопных газов автомобилей в крупных городах. Правда, подобный экологический инструмент могут позволить себе только высокоразвитые страны. С большой долей вероятности автомобили на водородном топливе не смогут конкурировать с электромобилями и выйти к 2050 г. на уровень массового производства. Для широкого и повсеместного применения водорода современная цивилизация не располагает необходимым запасом энергии.
Источник
