7. Воднева енергія
На даний момент водень є «паливом майбутнього, що розробляється». На це є декілька причин: при окисленні водню утворюється як побічний продукт вода, з неї ж можна водень здобувати. А якщо врахувати, що 73% поверхні Землі покриті водою, то можна вважати, що водень невичерпне паливо. Так само можливе використовування водню для здійснення термоядерного синтезу, який ось вже декілька мільярдів років відбувається на нашому Сонці і забезпечує нас сонячною енергією.
Керований термоядерний синтез використовує ядерну енергію яка виділяється при злитті легких ядер, таких як ядра водню або його ізотопів дейтерію і тритію. Ядерні реакції синтезу широко поширені в природі. Найближча до нас зірка - Сонце - це природний термоядерний реактор, який вже багато мільярдів років забезпечує енергією життя на Землі. Ядерний синтез вже освоєний людиною в земних умовах, але поки не для виробництва мирної енергії, а для виробництва зброї він використовується у водневих бомбах. Починаючи з 50 років, в нашій країні і паралельно в багатьох інших країнах проводяться дослідження по створенню керованого термоядерного реактора. Із самого початку стало ясно, що керований термоядерний синтез не має військового застосування.
Існують величезні запаси палива для термоядерної енергетики. Дейтерій - це широко поширений в природі ізотоп, який може здобуватися з морської води. Тритій буде виробляється в самому реакторі з літію. Запаси дейтерію і літію достатні для виробництва енергії в перебігу багатьох тисяч років і це паливо, як і продукт реакцій синтезу - гелій - не радіоактивні.
Не дивлячись на великі успіхи досягнуті в цьому напрямі, термоядерним реакторам належить ще пройти великий шлях перш, ніж буде побудований перший комерційний термоядерний реактор. Розвиток термоядерної енергетики вимагає великих витрат на розвиток спеціальних технологій і матеріалів і на фізичні дослідження. При нинішньому рівні фінансування термоядерна енергетика не буде готова раніше, ніж 2020-2040 р.
Водень, найпростіший і легший зі всіх хімічних елементів, можна вважати ідеальним паливом. Він є усюди, де є вода. При спалюванні водню утворюється вода, яку можна знову розкласти на водень і кисень, причому цей процес не викликає ніякого забруднення навколишнього середовища. Водневе полум'я не виділяє в атмосферу продуктів, якими неминуче супроводжується горіння будь-яких інших видів палива: вуглекислого газу, окислу вуглецю, сірчистого газу, вуглеводнів, золи, органічних перекисів н т.п. Водень володіє дуже високою теплотворною здатністю: при спалюванні 1 г водню виходить 120 Дж тепловій енергії, а при спалюванні 1 г бензину - тільки 47 Дж.
Водень можна транспортувати і розподіляти по трубопроводах, як природний газ. Трубопровідний транспорт палива - найдешевший спосіб дальньої передачі енергії. До того ж трубопроводи прокладаються під землею, що не порушує ландшафту. Газопроводи займають менше земельної площі, ніж повітряні електричні лінії. Передача енергії у формі газоподібного водню по трубопроводу діаметром 750 мм на відстань понад 80 км обійдеться дешевше, ніж передача тоги ж кількості енергії у формі змінного струму по підземному кабелю. На відстанях більше 450 км трубопровідний транспорт водню дешевше, ніж використовування повітряної лінії електропередачі постійного струму з напругою 40кВ, а па відстані понад 900 км - дешевше за повітряну лінію електропередачі змінного струму з напругою 500 кВ.
Водень - синтетичне паливо. Його можна одержувати з вугілля, нафти, природного газу або шляхом розкладання води. Згідно оцінкам, сьогодні в світі виробляють і споживають близько 20 млн. т водню в рік. Половина цієї кількості витрачається на виробництво аміаку і добрив, а інше - на видалення сірі з газоподібного палива, в металургії, для гідрогенізації вугілля і інших палив. У сучасній економіці водень залишається швидше хімічним, ніж енергетичною сировиною.
Зараз водень виробляють головним чином (близько 80%) з нафти. Але це неекономічний для енергетики процес, тому що енергія, одержувана з такого водню, обходиться в 3,5 рази дорожче, ніж енергія від спалювання бензину. До того ж собівартість такого водню постійно зростає у міру підвищення цін на нафту.
Невелику кількість водню одержують шляхом електролізу. Виробництво водню методом електролізу води обходиться дорожче, ніж вироблення його з нафти, але воно розширятиметься і з розвитком атомної енергетики стане дешевшим. Поблизу атомних електростанцій можна розмістити станції електролізу води, де вся енергія, вироблена електростанцією, піде на розкладання води з утворенням водню. Правда, ціна електролітичного водню залишиться вище за ціну електричного струму, зате витрати на транспортування і розподіл водню настільки малі, що остаточна ціна для споживача буде цілком прийнятна в порівнянні з ціною електроенергії.
Сьогодні дослідники інтенсивно працюють над здешевленням технологічних процесів великотоннажного виробництва водню за рахунок ефективнішого розкладання води, використовуючи високотемпературний електроліз водяної пари, застосовуючи каталізатори, полунепроніцаємиє мембрани і т.п.
Велику увагу надають термолітічеському методу, який (у перспективі) полягає в розкладанні води на водень і кисень при температурі 2500 °С. Но таку температурну межу інженери ще не освоїли у великих технологічних агрегатах, у тому числі і працюючих на атомній енергії (у високотемпературних реакторах поки розраховують лише на температуру біля 1000°С). Тому дослідники прагнуть розробити процеси, що протікають в декілька стадій, що дозволило б виробляти водень в температурних інтервалах нижче 1000°С.
Сьогодні ми не в змозі точно передбачити, скільки коштуватиме водню. Але якщо врахувати, що ціни всіх сучасних видів енергії проявляють тенденцію до зростання, можна припустити, що в довгостроковій перспективі енергія у формі водню обходитиметься дешевше, ніж у формі природного газу, а можливо, і у формі електричного струму.
Коли водень стане таким же доступним паливом, як сьогодні природний газ, він зможе усюди його замінити. Водень можна буде спалювати в кухонних плитах, у водонагрівачах і опалювальних печах, забезпечених пальниками, які майже або зовсім не відрізнятимуться від сучасних пальників, вживаних для спалювання природного газу.
Як ми вже говорили, при спалюванні водню не залишається ніяких шкідливих продуктів згорання. Тому відпадає потреба в системах відведення цих продуктів для опалювальних пристроїв, що працюють на водні, Більш того, водяна пара, що утворюється при горінні, можна вважати корисним продуктом - він зволожує повітря. А відсутність димарів не тільки сприяє економії будівельних витрат, але і підвищує до. п. д. опалювання на 30%.
Водень може служити і хімічною сировиною в багатьох галузях промисловості, наприклад при виробництві добрив і продуктів харчування, в металургії і нафтохімії. Його можна використовувати і для вироблення електроенергії на місцевих теплових електростанціях.