Сутек пен отын өндірісі

Сутек пен отын өндірісі

Сутек – энергияны сақтауға және тасымалдауға көмектесетін әдіс. Сутек дербес энергия көзі болмайтындықтан (ақыр аяғында, бұл жай ғана атом, біз әлі атом физикасы туралы сөз қозғап отырған жоқпыз), сутектің молекулалардан (су секілді) ажырау үшін энергия қажет және сол энергияның бір бөлігі сутек түрлі молекулаларды құру үшін басқа атомдармен түрленген кезде өтелуі мүмкін. Сондықтан да сутек, шын мәнінде, энергияны сақтау әдісі ретінде қарастырыла алады. Сутек нақты энергия көздері болып табылатын электр қуаты мен табиғи газ көмегімен алынады. Табиғи газдан сутек алудың неғұрлым тараған әдісі - бу реформингі көмегімен алу, алайда сутекті метан газынан алған кезде, реакция жаһандық жылынуға септігін тигізетін көмірқышқыл және тұншықтырғыш газдарын бөліп шығарады. Балама ретінде, су электролиз көмегімен сутек пен оттек атомдарына бөлінуі мүмкін (шын мәнінде, су арқылы өтетін электр қуаты). Энергияны сақтау үшін сутектің қоршаған ортаға әсері сол электр энергиясы қалай өндірілетініне байланысты. Мысалы, электрэнергиясын өндіру үшін көмірді жаққанда, содан кейін электр қуатын сутекті алу үшін қолдану күлкі келтіретін тиімсіз әрі тұрақсыз процесс болып табылады, ол жылыжай газдарының көп көлемінің бөлінуіне және қоршаған ортаны ластауға әкеледі. Басқа жағынан қарағанда, егер отын элементтерінің көмегімен қайта электр қуатына түрлендіріле алатын сутекті алу үшін электр энергиясын өндіруге арналған күн батареялары қолданылса, онда сутек батареялар көмегімен электр энергиясын сақтауға көп тұрғыда ұқсас деп есептеле алады.

Бұндай сценарийдің жалғыз қиындығы – бос сутек пен оттекті су мен электр қуатына түрлендіретін сутектің және отын элементтерін өндіру тиімділігі. Сутекті өндіру үшін қажетті электр қуатының шамамен 50% отын элементтерінен өтеледі (қалғаны жылу түрінде жоғалады). Басқаша айтқанда, сутекті оны метанмен немесе су молекулаларымен шектейтін химиялық байланыстардан босату үшін көбірек энергия қажет болады, сутектің одан кейін қышқылдануы жолымен қалпына келтіріле алады. Бұл маңызды әлеуметтік сұрақты тудырады: электр энергиясын қандай жолдармен тасымалдаған тиімді? Сутек энергетикасы жай ғана су электролизына, сутек және отын элементтерінің босауына, сутектің оттекпен қайта бірігуіне ғана негізделмеген; электр қуатын, бәлкім, төмен кедергілі тұрақты токқа түрлендіру керек (егер әлі түрленбеген болса), су тазартылып, герметизацияланып, содан кейін сутек тасымалдау үшін сығылуы тиіс. Сондықтан да, біздің электр желіміздің шамамен 90%ық тиімділігіне қарама-қарсы сутек экономикасына орналастырылған электр энергиясының шамамен 25% ғана соңында қалпына келтіріледі.

Бұл тиімсіз процесс болашақ таза, тұрақты әрі жаңғыртылатын энергия бола алмайды. Басқа жағынан, қазіргі ішкі жану қозғалтқыштары өте тиімсіз және де қазба отын, сонда да басым мотор отынына айналды. Сондықтан да, мүмкін, сутекті отын элементтері көлік секторында белгілі бір рөлді атқара алушы еді.

Отын элементінен алынған электр энергиясы батарея электрокөлікті қалай қуаттандырса, дәл солай электрқозғалтқышқа және электрокөлікке беріле алады. Отын элементінде жұмыс жасайтын автокөліктер өте тартымды, себебі отын элементтері ластайтын заттарды шығармайды және кәдімгі ішкі жану қозғалтқыштарына (олар, әдетте, химиялық энергия пайдалы механикалық энергияға түрлендіру кезінде 20% тиімді) қарағанда неғұрлым тиімдірек. Отын элементтерінде жұмыс жасайтын автокөліктерді бензинмен жүретін үнемділігі аз көлік құралдарымен салыстыру, бәлкім, дұрыс емес шығар және аккумулятормен жүретін неғұрлым тиімді электрокөліктермен салыстырған жөн болар. Көлік құралы, шындығына келгенде, батарея орнына салынған отын элементі бар электрлік автокөлік болғандықтан, автокөлік тежеу кезінде механикалық энергия алып, сол энергия автокөлік кейінірек жылдамдату кезінде энергияны пайдалана алатындай қосымша батареяларда сақтайды. Отын элементтерінде жұмыс жасайтын автокөліктердің артықшылықтарының бірі – олардың алыс қашықтыққа сапарлар үшін жеткілікті шамада сутек сақтау қабілеті (ең дегенде, бензинмен жүретін қарапайым көлік құралдарымен салыстырғанда). Аккумулятормен жүретін электрлік автокөліктер, бір жағынан, қайта қуаттаусыз бірнеше жүз километрді жүріп өтуі екіталай. Отын элементерінде жұмыс жасайтын автокөліктерде сутек бірнеше жүз атмосфер қысымда көмірталшықтан жасалған жеңіл бактарда сақталуы тиіс, сондықтан да бакты толтыратын жоғары қысым шүмектің ашық резервуарында орналасуына мүмкіндік бермейді. Сутек жоғары қысыммен бакқа енгізіліп, герметикалық тығыздау қамтамасыз етілуі тиіс. Керісінше, электр батареяларын қуаттау қажет болуы мүмкін. Алайда, электрокөліктер батареяларды қуаттамай, оларды газ станцияларында жай ғана ауыстыра алады. Басқаша айтқанда, электрокөлік иелері батареяны жалға алып, уақыт үнемдеу үшін бос батареяны толықтай қуатталған батареяға ауыстыру үшін төлей алады. Көлік өнеркәсібі қаражатты ең алдымен электрлік көлік құралдарына, әлде отын элементтеріне салу керектігіне қатысты шешімді қабылдайтынына тәуелсіз, техникалық қызмет көрсету орталықтарының бәсекелі желісі орнатылуы тиіс. Бұл «тауық әлде жұмыртқа» сияқты қызықты сұрақтарды тудырады. Көлікті қуаттайтын жер болмаса, көлік құралын біреу сатып ала ма? Компаниялар өз көлік құралдарын қуаттауға ынтызар клиенттер болмаса, отынмен қуаттандыру үшін қымбат инфрақұрылымдарды орната ма? Болжам бойынша, технологияның тек бір үлгісі ғана жеңеді: отын элементтерінде жұмыс жасайтын көлік құралдары, не болмаса аккумуляторлы батареядан қуаттанатын көлік құралдары. Аккумуляторлы батареядан қуаттанатын көлік құралдарының немесе отын элементтерінде жұмыс жасайтын көлік құралдарының қайсысы капитал салымы мен тұтынушыларды тартатыны олардың технологиясына байланысты болады (міндетті түрде тұрақтылық және тиімділік тұрғысынан емес, сонымен қатар клиент үшін тиімділік тұрғысынан). Қай технология жеңетінін анықтауда бағаның рөлі өте зор.