Usinas de hidrogênio — tendências e perspectivas

Embora as usinas nucleares sejam consideradas muito seguras, o acidente na usina nuclear de Fukushima, no Japão, em 2011, mais uma vez obrigou os engenheiros de energia de todo o mundo a pensar sobre possíveis problemas ambientais associados a esse tipo de energia.

Os governos de muitos países, incluindo vários países da UE, declararam uma clara intenção de transferir suas economias para energias alternativas, sem poupar investimentos, prometendo bilhões de euros para esta indústria nos próximos 5 a 10 anos. E um dos tipos mais promissores e ambientalmente seguros dessa alternativa é o hidrogênio.

Se o carvão, o gás e o petróleo acabarem, haverá simplesmente hidrogênio ilimitado nos oceanos, embora não seja armazenado lá em sua forma pura, mas na forma de um composto químico com oxigênio - na forma de água.

O hidrogênio é a fonte de energia mais ecológica. A obtenção, transporte, armazenamento e uso do hidrogênio requer a expansão de nosso conhecimento sobre sua interação com os metais.

Existem muitos problemas aqui.Aqui estão apenas alguns deles que aguardam sua solução: a produção de isótopos de hidrogênio altamente puros usando filtros de membrana (por exemplo, de paládio), a criação de baterias de hidrogênio tecnologicamente vantajosas, o problema de combater o custo de hidrogênio dos materiais, etc.

A segurança ambiental do hidrogênio, em comparação com outros tipos tradicionais de fontes de energia, ninguém duvida: o produto da combustão do hidrogênio é novamente água na forma de vapor, embora seja completamente atóxico.

O hidrogênio como combustível pode ser facilmente usado em motores de combustão interna sem mudanças fundamentais, bem como em turbinas, e mais energia será obtida do que a gasolina. Se o calor específico da combustão da gasolina no ar for de cerca de 44 MJ / kg, para o hidrogênio esse valor é de cerca de 141 MJ / kg, o que é mais de 3 vezes maior. Produtos de petróleo também são tóxicos.

O armazenamento e transporte de hidrogênio não causará problemas particulares, a logística é semelhante à do propano, mas o hidrogênio é mais explosivo que o metano, então ainda existem algumas nuances aqui.

As soluções de armazenamento de hidrogênio são as seguintes. A primeira forma é a tradicional compressão e liquefação, quando será necessário garantir sua temperatura ultrabaixa para manter o estado líquido do hidrogênio. Isto é caro.

A segunda maneira é mais promissora - baseia-se na capacidade de algumas esponjas de metal composto (ligas altamente porosas de vanádio, titânio e ferro) de absorver ativamente o hidrogênio e, em baixo aquecimento, liberá-lo.

As principais empresas de petróleo e gás, como a Enel e a BP, estão desenvolvendo ativamente a energia do hidrogênio atualmente.Há alguns anos, a italiana Enel inaugurou a primeira usina de hidrogênio do mundo, que não polui a atmosfera e não emite gases de efeito estufa. Mas a principal chama nessa direção está na seguinte questão: como baratear a produção industrial de hidrogênio?

O problema é que eletrólise da água requer muita eletricidade, e se a produção de hidrogênio for iniciada precisamente por meio da eletrólise da água, então, para a economia de um único país, esse método de produção industrial de hidrogênio será muito caro: três vezes, senão quatro vezes , em termos de calor equivalente de combustão de derivados de petróleo.Além disso, um máximo de 5 metros cúbicos de gás por hora pode ser obtido de um metro quadrado de eletrodos em um eletrolisador industrial. Isso é lento e economicamente impraticável.

Uma das formas mais promissoras de produzir hidrogênio em volumes industriais é o método químico-plasmático. Aqui, o hidrogênio é obtido de forma mais barata do que pela eletrólise da água. Em plasmatrons de não equilíbrio, uma corrente elétrica é passada através de um gás ionizado em um campo magnético, e uma reação química ocorre no processo de transferência de energia de elétrons "aquecidos" para as moléculas do gás.

A temperatura do gás está na faixa de +300 a +1000 ° C, enquanto a taxa de reação que leva à produção de hidrogênio é maior do que na eletrólise. Este método permite obter hidrogénio, que acaba por ser duas vezes (e não três vezes) mais caro do que o combustível tradicional obtido a partir de hidrocarbonetos.

O processo químico do plasma ocorre em duas etapas: primeiro, o dióxido de carbono se decompõe em oxigênio e monóxido de carbono, depois o monóxido de carbono reage com o vapor d'água, o que leva ao hidrogênio e ao mesmo dióxido de carbono que estava no início (não é consumido, se você observar toda a transformação do loop).

Na fase experimental - a produção química de plasma de hidrogênio a partir do sulfeto de hidrogênio, que continua sendo um produto nocivo em todos os lugares no desenvolvimento de campos de gás e petróleo. O plasma rotativo simplesmente ejeta as moléculas de enxofre da zona de reação por forças centrífugas, e a reação reversa de conversão em sulfeto de hidrogênio é excluída. Essa tecnologia equaliza o preço do hidrogênio produzido com tipos tradicionais de combustíveis fósseis, além disso, o enxofre é extraído em paralelo.

E o Japão já assumiu o desenvolvimento prático da energia do hidrogênio hoje. A Kawasaki Heavy Industries e a Obayashi planejam começar a usar a energia do hidrogênio para abastecer a cidade de Kobe até 2018. Eles se tornarão pioneiros entre aqueles que realmente começarão a usar o hidrogênio para produção de eletricidade em larga escala, praticamente sem emissões nocivas.

Uma usina de hidrogênio de 1 MW será construída diretamente em Kobe, onde fornecerá eletricidade para um centro de convenções internacional e escritórios de trabalho para 10.000 residentes locais. E o calor gerado na estação no processo de geração de eletricidade a partir do hidrogênio se tornará um aquecimento eficiente para residências e prédios de escritórios locais.

As turbinas a gás produzidas pela Kawasaki Heavy Industries, obviamente, não serão abastecidas com hidrogênio puro, mas com uma mistura de combustível contendo apenas 20% de hidrogênio e 80% de gás natural.A planta consumirá o equivalente a 20.000 veículos movidos a hidrogênio por ano, mas esta experiência será o início de um grande desenvolvimento de energia a hidrogênio no Japão e além.

As reservas de hidrogênio serão armazenadas diretamente no território da usina e, mesmo em caso de terremoto ou outro desastre natural, haverá combustível na estação, a estação não será cortada das comunicações vitais. Até 2020, o porto de Kobe terá infraestrutura para grandes importações de hidrogênio, já que a Kawasaki Heavy Industries planeja desenvolver uma grande rede de usinas de hidrogênio no Japão.