Водородни енергийни перспективи
В момента има нарастващ интерес на големи компании и държавни агенции към водородните горивни клетки (FC). Две са основните причини за това: високата ефективност на горивните клетки (70-80%) и техните ползи за околната среда. От друга страна, ограничаващите фактори са високата цена на твърдите полимерни горивни клетки, липсата на развита инфраструктура за съхранение, транспортиране и разпределение на водорода.
В много страни по света изследванията в областта на водородната енергия са приоритетно направление в развитието на науката и технологиите. Този термин обикновено се разбира като такъв начин за организиране на горивно-енергиен комплекс, при който водородът се използва като основен енергиен носител, а горивните клетки се използват за генериране на електричество на негова основа. Те са електрохимични устройства, които произвеждат електричество без горивен процес, поради окисляването на водорода от атмосферен кислород. В допълнение към водорода като гориво могат да се използват метанол, етанол, природен газ, биомаса, въглища, амоняк и др. Използването на тези видове горива определя специфичния вид горивна клетка и нейните характеристики. В момента водородните и метаноловите горивни клетки са от най-голямо практическо значение.
Водородът не е основен източник на енергия като нефт или природен газ, но може да се използва като енергиен носител. Неговият специфичен разход на енергия (като тегло и обем) е представен в таблицата в сравнение с подобни показатели за други видове горива.
Таблица. Енергийна интензивност на различните видове горива
Енергийна интензивност
Анализът на дадените данни свидетелства за значителното предимство на водорода в сравнение с традиционните енергийни източници по отношение на топлинния капацитет на единица тегло. В същото време той е почти три пъти по-нисък от обема на природния газ и бензина. Ситуацията почти не се подобрява при използване на компресиран или втечнен водород. Калоричността му все още значително отстъпва на характеристиките на традиционните въглеводороди и по-ниските алкохоли. Това обстоятелство служи като основа за редица съвременни разработки в областта на транспорта и съхранението на водород, чиито основни източници са всички видове въглеводороди, както и въглища, вода и биомаса. Според Министерството на енергетиката на САЩ през следващото десетилетие петролът, въглищата и природният газ ще останат основните ресурси за производството на водород. Преработката им във водород се извършва чрез методи за каталитично инжектиране-пара или окислително преобразуване, които все още са технически най-модерните и рентабилни процеси. Тъй като производството на водород чрез превръщането на въглища или въглеводороди е съпроводено с емисии на въглероден диоксид, проблемите на околната среда в този случай се решават само по отношение на намаляването на обема на вредните емисии в атмосферата и централизирането на източниците на въглероден диоксид. Вторият по големина метод за получаване на водород е електролитното разлагане на водата. Предимствата на тази технология са високата чистота на получения продукт и възможността за директното му използване в горивните клетки без допълнителни етапи на пречистване. На практика обаче тези предимства се компенсират от високите енергийни разходи. Независимо от това, електролизата на водата остава обещаващ метод за производство на водород, за това е възможно да се използва енергията на атомните електроцентрали по време на ниски натоварвания и възобновяеми енергийни източници. Най-обещаващият метод е извличането на водород от биомаса с помощта на биотехнологии. За тези цели могат да се използват всякакви органични отпадъци. Обработката им със специални щамове бактерии, за които водородът е един от отпадъчните продукти, позволява получаването му без да навреди на околната среда и без значителна консумация на енергия. Развитието на тази посока обаче изисква създаването на нови високопродуктивни микроорганизми, които са устойчиви на по-тежки температурни условия. Според специално създадената работна група на ЕС по водорода биотехнологичните методи ще започнат да играят значителна роля в общото производство на водород до 2030 г. и ще могат да се превърнат в негови основни източници не по-рано от 2050 г. Целият набор от въпроси, свързани с производството а транспортирането затруднява незабавното масово въвеждане на горивни клетки и съхранението на водород. Въз основа на ниската обемна енергийна консумация на този вид гориво, преходът към неговото използване ще изисква 3-4-кратно увеличение на обемите на транспортиране, за което ще е необходимо изграждането на нови скъпи тръбопроводни системи. Един от начините за решаване на проблема е използването на метални хидриди за транспортиране и съхранение на водород. В този случай обаче предимството от енергийното съдържание на водород на единица тегло се губи. Напоследък се увеличи броят на публикациите и патентите за използването на въглеродни нанотръби за такива цели, които са много по-леки от металните хидриди и имат по-висок водороден капацитет.