льВ», про який йде мова у цій статті - це не автомобіль з двигуном внутрішнього згоряння, що використовують в якості пального водень або суміш водню з природним газом. Мається на увазі В«водневий автомобільВ» як машина з електричним приводом, де хімічна енергія палива безпосередньо перетворюється в електричну енергію, без механічних або теплових процесів. Чистий вихлоп - тепло і вода.
Перша суттєва проблема, яку необхідно вирішити для переходу на водневу основу - це власне виробництво водню. Паливні комірки на водні заряджаються воднем через перетворення рідких палив (бензин, етанол, метанол) у водень прямо всередині самої комірки, або використовують водень, вироблений десь в іншому місці і що зберігається в баку автомобіля.
Другий спосіб тягне за собою серйозну інфраструктурну завдання: оскільки поки що не існує заправних станцій з водневої колонкою, їх буде потрібно побудувати, а також створити і налагодити весь логістичний ланцюжок - від заводу з вироблення водню до бака автомобіля.
Виробництво водню може здійснюватися з використанням самих різних джерел. Найбільш екологічно чисті технології перебувають досить далеко осторонь від головного напрямку розробок. Ці технології використовують поновлювану енергію для забезпечення електрикою процесу електролізу води, отримуючи в підсумку водень і кисень.
Технологією з найвищим рівнем відходів є газифікація вугілля. Як мінімум до того часу, коли будуть розроблені високоефективні способи захоплення та відділення вуглецю. Зрозуміло, ще можна використовувати атомну енергію для забезпечення електролізних станцій електрикою - АЕС будуються, і на забезпечення безпеки експлуатації цих станцій витрачається багато зусиль.
Якщо взяти в Як приклад США, чий В«водневий комплексВ» можна вважати одним з найбільш передових, і спробувати з'ясувати, яким способом отримують водень в цій країні, те виходить наступна картина. Порядку 95% виробленого на сьогоднішній день в США водню (це становить близько 50% світового виробництва) - близько 9 млн. тонн щорічно - виробляється з метану при допомоги високотемпературного пара.
Стає зрозуміло, навіщо нафтовикам водневі технології. Поки політики та енергетики говорять про В«чистий майбутньомуВ», яке настане в еру водневої економіки, технологічний маршрут Міністерства енергетики США в даному напрямку передбачає переважна більшість - 90% - водневої генерації на основі викопних енергоносіїв - вугілля, газу і нафти - з додатковою опорою на атомні електростанції.
Іншими словами, викиди парникових газів залишаться на колишньому рівні - тільки вже не з автомобільних вихлопних труб, а зі станцій генерації водню. Істотним перешкодою у створенні чистих технологій виробництва водню є їх ціна. Поки уряд не затвердить використання водню в якості основного палива, або не збільшить в рази податки на використання палив на базі викопних енергоносіїв, В«еквівалент літра бензинуВ» буде основним еталоном для водіїв при прийнятті рішення, яке паливо їм купувати. А виробництво водню з нафти, газу і вугілля на сьогоднішній день є найбільш економічно виправданим методом.
Основний внесок нанотехнологій в В«чистеВ» виробництво водню полягає в тому, що матеріали, створені з їх допомогою, можуть використовуватися в сонячних батареях. Також відомі застосування результатів нанотехнологічних розробок в області каталізаторів для процесу електролізу. Основні пошуки зараз націлені на те, щоб створити високоефективне пристрій, який можна заправити водою, виставити на сонці і отримати водень без використання будь-яких зовнішніх енергетичних джерел.
У сонячних батарей є потенціал, який допоможе втілити цю ідею в життя, проте поки заважає цьому їх низька ефективність і, навпаки, занадто висока ціна. Правда, схоже, що сонячна енергетика не може покрити всі потреби у забезпеченні станцій генерації водню потрібною кількістю енергії. Якщо уявити, що вся сонячна енергія буде без втрат запасатися у паливні комірки, то навіть за цієї умови виходять результати, які навряд чи задовольнять споживачів енергії.
Статистика стверджує, що світове споживання енергії в 2004 році склало близько 404 квадрильйонів британських теплових одиниць, або 427,4 млрд. ГДж. З одного квадратного метра поверхні можна в середньому отримати 250 Вт за 1 секунду. Для вироблення необхідної кількості енергії потрібно площа сонячних батарей в розмірі 95 млн. кв.км., що складає близько 2/3 всієї поверхні суші планети. А за прогнозом, споживання енергії до 2025 зросте більш ніж в 1,5 рази - і тоді доведеться покрити майже всю поверхню суші сонячними батареями.
Таким чином, питання підвищення ККД виходить на перший план. Є два основних типи сонячних батарей. Один з них виробляє водень безпосередньо за допомогою електрохімічного процесу, перетворювати сонячну енергію в хімічну. Для підвищення ККД цього типу батарей існує матеріал з нанорозмірними електродами, який збільшує відношення поверхні до об...
