Топливные элементы

Шум Л.А., руководитель доц.. Никифорова Н.А.

Национальная металлургическая академия Украины

Топливный элемент – это электрохимическое устройство, которое осуществляет прямое превращение энергии топлива в электричество, минуя малоэффективные, идущие с большими потерями, процессы горения. Естественным топливным элементом является митохондрия. Митохондрия окисляет горючее (углеводы, белки, жиры) до углекислого газа и воды, создавая разность электрических потенциалов на своих мембранах. Создание искусственной митохондрии, окисляющей сахар, является важнейшей инженерной задачей. Большинство элементов выделяет при работе то или иное количество тепла. Это требует создания сложных технических устройств для утилизации тепла (паровые турбины и пр.), а также организации потоков топлива и окислителя, систем управления отбираемой мощностью, долговечности мембран, отравления катализаторов некоторыми побочными продуктами окисления топлива и других задач. Но при этом высокая температура процесса позволяет производить тепловую энергию, что существенно увеличивает КПД энергетической установки. В качестве топлива наиболее привлекательным является водород, у которого самая большая удельная теплота сгорания и экологически чистый продукт сгорания – вода, но очень низкая плотность и высокая химическая активность. Существует также проблема получения и хранения водорода. Во-первых, он должен быть достаточно чистым, чтобы не произошло быстрого отравления катализатора, во-вторых, достаточно дешёвым, чтобы его стоимость была рентабельной для конечного потребителя. Наиболее рациональным топливом являются углеводы (сахар) или его производные (этанол) или углеводороды (жидкие и твердые). Выделяемый углекислый газ должен участвовать в общем цикле дыхания планеты, не превышая предельно допустимых концентраций.

Водород – топливо будущего

Пестушко В.О. руководитель доц. Дворникова Н.В.

Национальная металлургическая академия Украины

В последние десятилетия проявляется необычайно большой интерес к водородной энергетике. Водород является самым распространённым, химически чрезвычайно активным элементом в космосе, используется в качестве энергоносителя. При его использовании не образуются парниковые газы, не нарушается круговорот воды в природе. Его можно получить практически из всех видов ископаемых топлив. Однако водород имеет и недостатки – он легче, чем природный газ и более взрывоопасен. Основными методами получения водорода являются паровая конверсия; парокислородная конверсия; парциальное окисление; газификация угля; добыча водорода из биомассы. Разработаны также многочисленные процессы разложения воды на водород и кислород: прямой термолиз воды; термохимические циклы; электролиз воды; плазмохимический метод получения водорода. Современные исследования европейских экономистов предполагают два сценария развития водородных технологий – базовый и водородный. Базовый сценарий – производство водорода на базе традиционных источников энергии путём конверсии. Водородный сценарий – на базе альтернативных, в том числе возобновляемых источников энергии, включая гидроэнергетику. Оба сценария развития водородных технологий предусматривают интенсивное использование водорода на транспорте, так как расширение масштабов его внедрения будет стимулировать снижение затрат по всей водородной технологической цепочке. Для становления водородной энергетики необходимо преодолеть существенные технологические и экономические сложности. Во-первых, водородное топливо в 4-5 раз дороже бензина. Во-вторых, традиционные способы хранения водорода в газообразном и сжиженном состояниях весьма дороги, энергетически неэффективны, емкости имеют большие массу и объем и поэтому малопригодны для размещения на борту транспортного средства. В-третьих, реализация водородного цикла на основе органических топлив приведет к большим выбросам загрязняющих веществ.