Водородная экономика выходит вопрос, где?,

Конец нефтяной эпохи идет. Хотя заменителей масла являются неопределенными, ведущих кандидатов одна общая черта - необходимость больших количеств водорода в процессе производства.

Около 40% спроса на энергоносители США покрывается за счет нефти, которая превращается в основном в жидкое топливо: бензин, дизельное и авиационное топливо. Сегодня транспортная система зависит от жидкого топлива из-за их высокой энергетической плотностью по весу и объему и простоты использования. Тем не менее, мир быстро все силы на ресурсы легкую нефть масла используются для жидкого топлива (рис. 1). Коэффициент использования растет быстрыми темпами, как Китай и Индия начинают входить мировом рынке нефти. Чтобы удовлетворить наши потребности в транспорте, замена на сырую нефть для заполнения.

Водород был предложен в качестве замены для сырой нефти. Тем не менее, жизнеспособность водородной экономики является предметом дискуссий. Оценка вариантов топлива для транспорта решительно поддерживает перспективу, водородной экономики идет, но не обязательно в форме обсуждались в популярной прессе. фьючерсы горючего для транспортных средств включают в себя: преобразование битуминозных песков, горючих сланцев и угля в жидкое топливо; парниковых газов видов топлива и водорода. Хотя каждая из этих фьючерсных очень разные, они имеют общую характеристику, что основной ингредиент для производства этих видов топлива является водород. параметры производства водорода относятся солнечная, ядерная, а также традиционные пара ископаемого топлива реформирования с подземным улавливание углекислого газа. Реальный вопрос заключается не в том, будет водородной экономике, но вместо где - на нефтеперерабатывающем заводе, на заводе топлива, или на борту автомобиля или грузовика?

Электрические автомобили

При рассмотрении вопроса о транспортном фьючерсы необходимо принимать во внимание роль электрических транспортных средств. Если эти транспортные средства являются успешными, то нет необходимости для жидкого топлива для легковых автомобилей и легких грузовиков. Тем не менее, электрических транспортных средств два ключевых ограничения:

* Автомобиль диапазон - Из-за ограничений аккумулятор, электрические транспортные средства имеют ограниченный диапазон.

* Время зарядки аккумулятора - В бензина АЗС, скорость переноса энергии от насоса к автомобилю танка составляет ~ 10 МВт, скорость, что позволяет автомобиль будет заправляться в считанные минуты. Если батареи заменить бензин и процесс подзарядки составляет 90%, эффективная, батареи бы отказаться от 1 МВт тепла при зарядке по той же скорости передачи энергии, как в заправке бензином автомобиля. Это не практично.

Хотя электрических транспортных средств, не внушают доверия десять лет назад, развитие твердотельной электроники сделало возможным гибридного автомобиля, технического прогресса, которые могут серьезно повлиять на спрос на топливо. Гибридный автомобиль содержит двигатель, аккумуляторы и электрические мотор-генератор. Электрические батареи и двигатель обеспечивает мощность быстро ускорения автомобиля и обеспечивают мощность на низких скоростях. Зарядка батареи от рекуперативного торможения (например, восстановление энергии поступательного движения, когда автомобиль тормоза) и двигатель внутреннего сгорания. Двигатель внутреннего сгорания работает на постоянной скорости и нагрузки в условиях, максимально выход энергии на литр топлива. Когда аккумуляторы заряжены и спроса на электроэнергию является низким, двигатель внутреннего сгорания выключен пока нет необходимости. При разряде батарей или быстро истощаются, двигатель внутреннего сгорания, за счет чего перезарядить батареи и обеспечить движущая сила. Поскольку эффективность двигателей внутреннего сгорания, очень сильно зависит от оборотов двигателя и нагрузки, работы двигателя, при эффективном "базисной" условиях и использования в качестве аккумулятора устройства хранения энергии для удовлетворения энергетических потребностей пик позволяет общего расхода топлива на километр посетил бы значительно сократить ..

Расширенный гибридных транспортных средств в настоящее время испытания позволяют аккумулятор будет заряжаться на подключение к электросети, когда автомобиль стоит, особенно на ночь, на низкий уровень зарядки, что позволяет избежать охлаждения задачи быстрой перезарядки, а также позволяет бытовых электрических цепей, которые будут использоваться для процесса. Для коротких поездок, батареи обеспечат энергией. Для дальних поездок, после батарея частично исчерпан, двигатель обеспечивает энергией. Было подсчитано, что если батарея может обеспечить электроэнергией 20 миль (современная технология), расход топлива в легковых и легких грузовых автомобилей будет сокращено в два раза по сравнению с обычными транспортными средствами. Масштабный осуществления подключаемые гибриды могут возникнуть в менее чем двух десятилетий.

параметры горючего для транспортных средств

Есть много способов сделать транспортного топлива. Экономика и экологических ограничений будет определять, какие варианты выбрали. Некоторые из основных параметров, приведенные в таблице выше.

Традиционные жидкого топлива - Жидкое топливо можно делать из водорода и какого-либо источника углерода (сырая нефть, тяжелые нефти, битуминозных песков, горючих сланцев, угля. Т.д.). Они традиционно были сделаны из легких нефтей, и этот процесс не требует водорода. В будущем, однако, они будут все чаще изготавливаются из тяжелых, более углерода сырья с низким водорода до углерода отношений. Жидкое топливо сегодня из тяжелых масел (во многих странах), битуминозные пески (Канада) и угля (Южная Африка). В нефтеперерабатывающего завода, эти младших классов каналы преобразуются в жидкое топливо за счет увеличения водородно-углеродное соотношение перерабатываемого сырья, что и жидкого топлива (водород-углеродное соотношение от 1,5 до 2). Для этого требуется либо термического крекинга для удаления углерода или гидрирования добавить водорода. Углерода в результате термического крекинга, в конечном счете освобождены, как двуокись углерода в атмосферу. Традиционно, водород получают путем парового риформинга ископаемых видов топлива, процесс, который производит водород и углекислый газ, причем последняя выбрасывается в атмосферу ..

Если мы переходим от света нефтей альтернативного сырья углеводородов для производства жидкого топлива, выбросы углекислого газа на транспортном средстве мили путешествовал значительно возрастет, как показано на рисунке 2. На этом рисунке предполагается, что природный газ и уголь превращаются в дизельное топливо по классической трехступенчатой газификации, водо-газа сдвига и процессов синтеза Фишера-Тропша. Традиционные переработки используется для производства дизельного топлива из различных нефтей.

Из-за ожидаемого воздействия парниковых газов на климат, Есть серьезные вопросы относительно того, традиционные технологии должны быть использованы для производства жидкого топлива из альтернативных сырья. Кроме того, если экономические водорода можно получить без выбросов парниковых газов источников (солнечная энергия, атомная энергия или парового риформинга ископаемого топлива двуокиси углерода), и энергии для обработки топлива не освобождает парниковых газов в атмосферу, атмосферных выбросов углекислого газа на жидком топливе производства на одно автотранспортное средство миль (единица на жидком топливе) может быть равна или меньше, чем на сегодняшний день с легкой нефти.

Углекислый газ нейтральных жидких топлив - Традиционные жидкого топлива производится из ископаемого топлива. Тем не менее, Есть углеводородов жидких топлив, которые не требуют использования ископаемых видов топлива и сырья не влекут за собой чистые выбросы углекислого газа в атмосферу - при условии, что производство водорода методов, используемых не выпускают дополнительные двуокиси углерода в окружающую среду

Жидкое топливо из воздуха. Жидкое топливо можно делать из водорода и углекислого газа, извлеченные из атмосферы и океана. Изменение Фишера-Тропша процесс используется. Водород используется в качестве исходного сырья, чтобы жидкого топлива и, как внутренний источник энергии для дисков производства топлива. Поскольку углекислый газ перерабатывается из атмосферы и морской воды. нет парникового воздействия происходит. Около 80% всех затрат энергии, необходимой, чтобы сделать жидкое топливо используется для производства водорода. Эта технология имеет ряд последствий:

* Жидкого топлива воздействия - Эта опция дает неограниченные жидкого топлива, не парниковых последствий до тех пор, как водород и энергия, которые не имеют выбросов парниковых газов источниками энергии.

* Ultraclean жидком топливе - сырье не содержит серы и тяжелых металлов, таким образом, Ultraclean жидкого топлива производятся.

* Водородной экономики - С экономической точки зрения, эта технология устанавливает верхний предел экономического допустимых расходов для использования водорода непосредственно в качестве топлива для транспорта по сравнению с теми, для использования жидкого топлива. Издержки производства жидких видов топлива на основе водорода и углекислого газа из атмосферы значительно выше, чем затраты на производство водорода. Тем не менее, расходы на распространение и хранение жидкого топлива значительно ниже, чем стоимость распространения и хранения водорода. Любой подход может обеспечить топлива для транспортной системы без увеличения концентрации в атмосфере парниковых газов. Экономика, скорее всего, определить нужный вариант.

Жидкое топливо из биомассы. Биомасса в настоящее время используется для производства жидкого топлива, таких как алкоголь путем ферментации. В этом процессе, Есть не повлияет парниковых газов, так как углекислый газ, используемого для производства биомассы происходит из атмосферы. Однако лишь небольшая часть биомассы становится жидкого топлива. Например, преобразование кукурузы на этанол приводит к приблизительно одной трети углерода из оригинального кукурузы в этанол, одна треть в корма для животных побочного продукта, и одна треть в виде выбросов диоксида углерода в атмосферу дыхание дрожжей.

Количества жидкого топлива из биомассы может быть значительно увеличена, если не используется водород. Альтернативы производству спирта из биомассы (в основном целлюлозу, C ^ югу 6 ^ H ^ к югу 10 ^ O ^ ^ 5 суб) заключается в преобразовании всей биомассы в углеводородное топливо. Этот процесс троек производства жидкого топлива на единицу биомассы, а также производит более высокого качества топлива. Биомасса содержит значительное количество кислорода и может рассматриваться как частичное окисление углеводородов. Энергетическая ценность на единицу углерода в жидком топливе может быть значительно повышена путем гидрирования процессов, удалить, что кислород при производстве жидкого топлива.

Водород перевозчиков. Водород предлагается в качестве конечной горючего для транспорта, поскольку он позволяет использовать высокоэффективные топливные элементы автомобилей, грузовиков и автобусов. Реактивные системы находятся в стадии разработки, которые обеспечивают водорода в двигатель транспортного средства, но которые не требуют системы распределения водорода на транспортном средстве автозаправочных станций (АЗС) или на борту транспортного средства хранения водорода. Эти системы используют некоторый тип химовозы водорода. Производство водорода, что перевозчик требует большого количества водорода, а водород используется только при централизованной объектов топливного производства - не связанных с нефтью версия НПЗ. Каждая из этих систем использует другой метод для выполнения водорода: аммиак, железо, органические и т.д.

Одним из примеров является жидком и твердом топливе, что система находится в стадии расследования в Японии. Текущие оценки показывают, что объем и масса этой доставки водородной топливной системы на борту транспортного средства, меньше, чем для бортового хранения водорода. Транспортного средства, работающие на углеводородное сырье и оксида кальция (CaO) кровати. Система содержит следующие компоненты:

* Автомобиль пара реформатор - кровать СаО на транспортном средстве, используется в качестве реформатора, где пара жидкого топлива преобразуется в водород и углекислый газ. Двуокиси углерода, то реагирует с СаО образовывать твердые из карбоната кальция (CaCO 3 ^ ^ к югу). Реакция СаО и СО2 сильно экзотермических и обеспечивает энергию, необходимую для диска высоко эндотермической тока реформирования реакции, которая производит водород. Он также удаляет все CO2 и, таким образом, диски равновесия реакций для получения водорода, а не смесь H2, CO и CO2.

* Автомобиля двигатель - топливных элементов или двигателя внутреннего сгорания полномочия транспортного средства с водородом.

* Топливо завод - CaCO, кровать возвращается в топливный завод, где водород химически снижает CaCO 3 ^ ^ к югу до СаО для утилизации автотранспортных средств, а также восстановить двуокиси углерода в сочетании с водородом для получения нового углеродного жидкого топлива .

В этой системе углерода является составной частью механизма утилизации хранения водорода между фабрикой топлива и транспортных средств. Водород входит завод топлива и появляется в салоне автомобиля. Низкий объем и масса топливной системы на борту транспортного средства, возможно, поскольку энергия хранится в два высоких энергий плотности форм твердой кровати реформатор СаО и жидкого топлива.

Водорода в качестве топлива

Водород предлагается в качестве конечной транспортного топлива для легковых автомобилей, грузовиков и автобусов. Многочисленные статьи и письма в КЭП (ноябрь 2004, с. 4-6) имеются подробные преимущества и недостатки этой технологии. Непосредственного использования водорода в качестве моторного топлива может рассматриваться в качестве конечной конечного состояния водорода развития, только тогда, когда различные технические препятствия устранены.

ЛИТЕРАТУРА

1. Уэллс, PRA, "Проблемы поставок нефти-1: не входящих в ОПЕК упадок," Нефть Джорджия -, J., с. 20-28 (21 февраля 2005).

2. Марано, JJ, и JP Ciferno, "Жизненный цикл выбросов парниковых газов, инвентарь для синтеза Фишера-Тропша топлива", энергетики и экологии Solutions, LLC в США Министерством энергетики Национальной лаборатории энергетических технологий (2001).

Чарльз У. Форсберг

Национальной лаборатории Oak Ridge

Д-р Чарльз Форсберг получил 2005 Айше Атомная энергетика Отдел Роберт Уилсон премии за выдающиеся химического машиностроения вклад в ядерную энергетику. Эта статья объединяет признание Уилсон премии речи и компаньон технический документ по водорода фьючерсов, представленных на Айше 2005 Spring Meeting.

Чарльз У. Форсберг является главным следователем по Расширенный высокотемпературного реактора, новые концепции ядерного реактора, разрабатываемого для производства водорода и электроэнергии в национальной лаборатории Oak Ridge (ORNL; PO Box 2008, Ок Ридж, Теннеси 37831-6165 , телефон: (865) 574-6783, факс: (865) 574-0382, E-почта: <a href="mailto:forsbergcw@ornl.gov"> forsbergcw@ornl.gov </ A>). Он имеет 10 патентов и опубликовал более 200 статей по темам, в том числе более совершенные методы производства водорода. Форсберг получил степень бакалавра в области химического машиностроения Univ. Миннесота, и MS и степень доктора философии в области ядерной энергетики в Массачусетском технологическом институте. Он является членом Американского ядерного общества и актуальные стул для производства водорода для Айше.