211service.com
Vandenilio ekonomika be taršos? Ne taip greitai
Pagalvokite apie vandenilį – švarų ateities kurą. Jis dega deguonimi, kad susidarytų vandens garai ir tik vandens garai – nėra suodžių, nėra azoto oksidų, nėra anglies dioksido, dėl kurio gali atšilti šiltnamį. Sausio mėn. pranešime apie Sąjungos padėtį prezidentas Bushas paskelbė apie svarbią naują iniciatyvą. Jis pasiūlė 1,2 milijardo dolerių mokslinių tyrimų finansavimo, kuris, jo teigimu, leistų Jungtinėms Valstijoms pirmauti pasaulyje kuriant švarius, vandeniliu varomus automobilius. Bushas sakė, kad paskatinti šios naujos federalinės paramos, mūsų mokslininkai ir inžinieriai įveiks kliūtis, trukdančias vežti šiuos automobilius iš laboratorijos į saloną, kad pirmasis automobilis, kurį vairuoja šiandien gimęs vaikas, galėtų būti varomas vandeniliu ir be taršos. Jo netikėtas pranešimas sulaukė entuziastingų plojimų.
Dabar čia yra pesimistiškesnis požiūris į vandenilio ekonomiką: didžiulės atviros kasyklos, randančios didžiąją dalį Pensilvanijos, Ilinojaus, Jutos ir Kolorado. Milijardai tonų anglies dioksido kasmet išmetama į atmosferą iš įrenginių, gaminančių vandenilį deginant iškastinį kurą anglį, naftą ir gamtines dujas.
Kur tiesa? Neabejotinai kažkur tarp jų, bet tikriausiai tai susiję su dideliu iškastinio kuro deginimu.
Pagrindinis faktas yra toks: vandenilis nėra energijos šaltinis. Tai tik būdas jį laikyti ir transportuoti. Nors vandenilis yra gausiausias elementas Visatoje (o artimiausioje kaimynystėje jis sudaro 90 procentų Saulės ir Jupiterio atomų), Žemėje vandenilio dujų praktiškai nėra. Mūsų gravitacija tokia silpna, kad iš esmės visas mūsų pirminis vandenilis, išskyrus tą, kuris susijungė į sunkesnius junginius, prieš milijardus metų pabėgo į kosmosą. Taigi vandenilio kuras turi būti gaminamas išgaunant jį iš vandens ir metano. Iš vandenilio kuro išgaunate tik energiją, kurią įdedate į gavybą arba deginant anglį.
Vanduo gali būti padalintas į vandenilį ir deguonį veikiant elektros srovei, šis procesas žinomas kaip elektrolizė. Paprastas karštis taip pat padės. Virš 2700 C vanduo savaime suyra. Ant pakankamai karštos ugnies (pvz., Kuveito naftos gręžinio) vanduo suyra, o tada, kai atvėsta virš šulinio, vėl susijungia.
Tačiau vandens skaidymas yra brangus, o deguonies mums nereikia. Yra daug pigesnis vandenilio gamybos būdas: purškiamas garas ant įkaitusių anglių ir išeina daugiausia vandenilio dujos (40 proc.) ir anglies monoksidas (50 proc.), mišinys, žinomas kaip vandens dujos. Tai pigiausias vandenilio gamybos būdas. Deja, kartu su juo gaminamas anglies monoksidas yra labai nuodingas. Norint išgauti paskutinę energijos dalį, anglies monoksidas gali būti sudegintas, o tai paverčia šiltnamio efektą sukeliančiomis dujomis anglies dioksidu.
Vandens dujos rimtai pradėtos gaminti 1870 m. Kitos tuo metu dažniausiai gaminamos dujos buvo anglies dujos, išgaunamos iš bituminės anglies kaitinant jas aplinkoje, kurioje nėra deguonies. Anglies dujos pateko į gatvių lempas ir namus, o pavojingesnes vandens dujas naudojo pramonė. Vandens dujos vis dar plačiai naudojamos plieno gamyboje ir vadinamajame Fisher-Tropsch procese, kuris naudojamas sintetiniam benzinui ir alkoholiams gaminti.
1920-aisiais atradus didelius požeminius metano rezervus, buvo pigesnė alternatyva anglies dujoms. Kadangi jis nebuvo pagamintas, jis buvo vadinamas gamtinėmis dujomis, toks pavadinimas vis dar naudojamas ir šiandien. Metanas taip pat pakeitė anglį vandens dujų gamybai. Kaip ir anglies atveju, gaminant vandenilį iš metano susidaro daug anglies monoksido, kuris degdamas virsta anglies dioksidu.
Tačiau naujienos ne visos blogos. Už tą pačią tiekiamą energiją gaminant vandenilį iš metano į atmosferą išmetama maždaug pusė daugiau anglies dioksido nei deginant iškastinį kurą. Taip yra daugiausia todėl, kad vandenilio kuro elementai yra efektyvesni nei vidaus degimo varikliai. Be to, vykdomos rimtos mokslinių tyrimų programos, siekiant rasti būdą, kaip išskirti anglies dioksidą, nesvarbu, ar jis gaunamas iš vandenilio gamybos, ar bet kokio kito proceso, kuriuo deginamas iškastinis kuras. Vienas pigus sprendimas galėtų būti jį užkasti išeikvotuose dujų ir naftos gręžiniuose. Vis dėlto mano pesimistiškas lažinimasis, kad sekvestravimas bus brangus. Politikai pasirinks išmesti anglies dioksidą į atmosferą ir sumokėti paslėptą taršos kainą, o ne prašys visuomenės sumokėti išankstinę kainą už siurblį.
Vis dėlto vandenilis toli gražu nėra idealus automobilių kuras. Net ir tankiausiame (skystame) vandenilis litre turi tik trečdalį energijos nei benzinas. Jei laikomas suslėgtose dujose 300 atmosferų temperatūroje (praktiškesnis pasirinkimas), jis tiekia mažiau nei penktadalį energijos vienam tūriui kaip benzinas. Toks mažas energijos tankis reiškia, kad degalų saugykla užimtų daug vietos vandeniliu varomame automobilyje arba, kitaip, nedidelio dydžio degalų bakas labai apribotų transporto priemonės atstumą tarp pildymo kartų. Kuriamos technologijos, leidžiančios pasiekti didesnį slėgį, padidintų vandenilinius automobilius.
Žinomos JAV gamtinių dujų atsargos išnyks po kelių dešimtmečių arba greičiau, jei pradėsime jas naudoti automobiliams. Atrodo, kad pagrindinė prielaida, kuria siekiama sukurti vandenilio ekonomiką, yra įsitikinimas, kad Jungtinėse Valstijose ir visame pasaulyje yra didžiuliai, neatrasti gamtinių dujų ištekliai. Bet net jei toks įsitikinimas pasitvirtintų klaidingas, visada galime grįžti prie vandenilio gamybos iš anglies; mums to užtenka šimtmečiui, jei neprieštaraujame atviroms kasykloms.
Manau, kad vandenilio ekonomika yra neišvengiama. Matyt, taip daro ir stambūs investuotojai, įrengiantys uosto įrenginius, kad ateityje būtų galima importuoti didelius kiekius suskystintųjų gamtinių dujų.
Taip pat manau, kad vandenilis bus pagamintas bet kokiu pigiausiu būdu. Artimiausiu metu galėtume grįžti prie elektrolizės, maitinamos elektra iš atominių elektrinių. Šiuo metu branduolinė energija yra brangi, manau, daugiausia dėl reglamentų, kuriuos lemia suvokiama radioaktyvumo rizika. Vis dėlto manau, kad atmosferoje esantis anglies dioksidas kelia daug didesnę ilgalaikę grėsmę aplinkai ir sveikatai nei atominės elektrinės. Atominės energetikos pavojų patyrėme Černobylyje. Anglies dioksido pagrindu veikiančiai ekonomikai Černobylio atitikmuo yra ne tik visuotinis atšilimas; tai karas. Tai matėme Irake. Taigi man labiau patinka branduolinis, o ne metanas pagamintas vandenilis.
Kai saulės energija pagaminta elektra tampa pigesnė už gamtines dujas ar anglį, galime palikti iškastinį kurą žemėje ir turėti geriausią iš visų pasaulių. Pigūs saulės elementai yra neišvengiami ir mums nereikės Kalifornijos valstijos tinkuoti saulės elementais, kad galėtume mėgautis jos privalumais. Kvadratiniame kilometre saulės šviesos yra 1000 megavatų saulės energijos – tai atitinka didelės atominės elektrinės. Net jei tik 10 ar 20 procentų saulės energijos išgaunama kaip elektra, saulės elementų plotas nebus daug didesnis nei šiuo metu skiriame atominėms, dujų ar anglies elektrinėms. Energija gali būti saugoma naktį (ir debesuotomis dienomis) vandenilyje. Saulės ateitis ateina.
Sukurti vandenilio ekonomiką yra geras tikslas. Tačiau artimiausiu metu, išskyrus branduolinės energijos atgimimą, perėjimas prie vandenilio tikriausiai reikš didėjančią priklausomybę nuo importuojamų gamtinių dujų ir nuolatinę atmosferos taršą anglies dioksidu. Nepaisant prezidento Busho optimizmo, vargu ar pirmieji šių dienų vaikų automobiliai bus varomi švariai pagamintu vandeniliu. Bet gal jų vaikų mašinos bus. O ilgainiui mūsų perėjimas prie vandenilio gali palengvinti perėjimą prie saulės energija varomos ekonomikos.