Супертопливо?

Опубликовано Дж. Алленом Бруксом 24 декабря 2020 г., 17:13

(Статья первоначально опубликована в выпуске за сентябрь/октябрь 2020 г.)

Цвет выберите – любой – синий, зеленый, коричневый или серый. Это цвета, присвоенные различным формам водорода в зависимости от того, как он производится. Водород внезапно стал Суперменом возобновляемой энергетики. Вместо того, чтобы спасать Метрополис, необходимо спасти мир от разрушительного будущего, вызванного чрезмерными выбросами углерода в результате сжигания ископаемого топлива.

По мере того, как мы перешли от глобального потепления к изменению климата и климатическому кризису, необходимость поиска чистых источников энергии приобрела все большую актуальность. Когда-то таким источником топлива был природный газ, который выделяет в атмосферу вдвое меньше CO2, чем уголь. Дорогостоящий природный газ при цене 8-12 долларов за миллион БТЕ сократил разрыв с более дорогой ветровой и солнечной энергией.

Этот разрыв увеличился, поскольку сланцевая революция привела к тому, что цены на газ упали ниже 2 долларов США за млн БТЕ. Затем экологи перешли от природного газа к водороду как к чистому топливу. Чтобы водородный век начался всерьез, топливо должно преодолеть ряд технических и финансовых препятствий.

Характеристики

Водород – химический элемент с символом H и атомным номером 1 – является самым легким элементом во Вселенной, в 14 раз легче воздуха, что делает его пригодным для изготовления воздушных шаров. Это также самый распространенный элемент, составляющий 75 процентов массы Вселенной. «Водород» происходит от греческого «гидро», что означает «вода», и «гены», что означает «создатель» – по сути, «рожденный из воды», то есть того, что остается после сжигания водорода.

Водород является наименьшим химическим элементом, имеющим в своем ядре всего один протон. Он также может существовать без нейтронов. Небольшой размер и низкая плотность водорода создают проблемы при транспортировке и хранении. Учитывая относительно высокую прочность связи, для выделения водорода в чистом виде требуется много энергии (например, электролиз), что увеличивает его стоимость.

Водород был впервые идентифицирован великим ученым-экспериментатором Генри Кавендишем в 1766 году. Он получил воду из водорода и кислорода с помощью электрической искры. Первый топливный элемент, преобразующий водород и кислород в электрическую энергию, был разработан в 1838 году сэром Уильямом Гроувом с использованием цинковых и платиновых электродов. Хотя за 20 лет до наступления нефтяной эры открытие застопорилось. Первый коммерческий топливный элемент не разрабатывался почти столетие (1932 год).

Коммерциализация

В коммерческих целях водород был впервые использован в 1792 году, примерно через 25 лет после его открытия, при производстве угольного газа, известного как «городской газ». Водород составлял почти половину объема городского газа, который питал уличные фонари в эпоху газового освещения 19 и начала 20 веков.

Возможно, самым удивительным предсказанием водорода было упоминание о нем в приключенческом романе Жюля Верна 1875 года «Таинственный остров», в котором он описал мир, где «однажды вода будет использоваться в качестве топлива, а водород и кислород, составляющие ее, используемые по отдельности или вместе, дадут неиссякаемый источник тепла и света такой интенсивности, на которую не способен уголь».

Верн был провидцем во многих отношениях. Книга начинается во время Гражданской войны в США, когда пять военнопленных угоняют наполненный водородом наблюдательный шар, чтобы сбежать. Водород станет элементом плавучести, который будет поднимать дирижабли Цеппелины и произведет революцию в трансатлантических путешествиях и военной тактике в последующие десятилетия.

Эпоха путешествий на цеппелинах закончилась в 1939 году катастрофической аварией «Гинденбурга» в Лейкхерсте, штат Нью-Джерси, в результате которой в результате впечатляющего взрыва и пожара погибли 35 пассажиров, а также была поднята проблема безопасности водорода. Как и все ископаемое топливо, водород очень горюч, но для него требуется концентрация, почти в три раза превышающая концентрацию бензина, а это означает, что бензин в три раза более горюч, чем водород.