10 марта 2020 года в Москве (ЦВК «Экспофорум, Краснопресненская набережная, д. 14), в...


Превращение отработанного тепла в водородное топливо

отртепло

 

Международное энергетическое агентство подтвердило то, что большинству экспертов уже известно: мир должен больше работать над тем, чтобы стимулировать использование чистого водорода в качестве источника энергии без выбросов.

Однако одной из проблем создания водорода является то, что он требует энергии – много энергии. МЭА говорит, что для производства всего современного водорода только с использованием электричества потребуется 3600 ТВт*ч, что больше, чем ежегодно генерируется Европейским Союзом.

Но что, если бы мы смогли использовать существующий источник бросовой энергии, для производства водорода? Новый подход, разработанный исследователями из Норвежского университета науки и технологий, делает именно это – используя отходящее тепло от других промышленных процессов.

«Мы нашли способ использования тепла, которое в противном случае выбрасывается», – сказал Кьерсти Вергеланд Крахелла, автор статьи, опубликованной в академическом журнале MDPI Energies. «Это низкопотенциальное тепло, но его можно использовать для производства водорода».

Отработанное тепло – это тепло, производимое как побочный продукт промышленного процесса. Все, от промышленного котла до установки по переработке отходов, производит тепло.

Чаще всего это избыточное тепло должно выделяться в окружающую среду. Эксперты в области энергетики говорят, что отработанное тепло на предприятиях разных отраслей Норвегии эквивалентно 20 ТВт*ч энергии.

Для сравнения: вся гидроэнергетическая система Норвегии вырабатывает 140 ТВт*ч электроэнергии в год. Это означает, что есть много ненужного тепла, которое потенциально может быть использовано.

Исследователи использовали метод, названный обратным электродиализом (RED), который основывается на солевых растворах и двух разновидностях ионообменных мембран. Чтобы понять, что на самом деле сделали исследователи, вы должны сначала понять, как работает техника RED.

В RED одна мембрана, называемая анионообменной мембраной, или AEM, позволяет отрицательно заряженным электронам (анионам) перемещаться через мембрану, в то время как вторая мембрана, называемая катионообменной мембраной, или CEM, позволяет положительно заряженным электронам (катионам) течь через мембрану.

Команда Heat to Hydrogen: слева направо: Фроде Селанд, Кристиан Этьен Эйнарсруд, Кьерсти Вергеланд, Крахелла, Роберт Бок и Одне Стокке Бурхейм.

Мембраны отделяют разбавленный солевой раствор от концентрированного солевого раствора. Ионы мигрируют из концентрированного в разбавленный раствор, и поскольку два разных типа мембран чередуются, они заставляют анионы и катионы мигрировать в противоположных направлениях.

Когда эти чередующиеся колонны расположены между двумя электродами, батарея может генерировать достаточно энергии для расщепления воды на водород (на стороне катода) и кислород (на стороне анода). Этот подход был разработан в 1950-х годах и впервые использовал морскую и речную воду.

Однако Крахелла и ее коллеги использовали другую соль, называемую нитратом калия. Использование этого вида соли позволило им использовать отработанное тепло как часть процесса.

В какой-то момент концентрат и разбавленный солевой раствор становятся все более похожими, поэтому их необходимо обновлять.

Это означает, что необходимо найти способ увеличить концентрацию соли в концентрированном растворе и удалить соль из разбавленного раствора. Вот откуда получается бросовое тепло.

Во-первых, использовалось отработанное тепло для испарения воды из концентрированного раствора, чтобы сделать ее более концентрированной.

Вторая система использовала отработанное тепло, чтобы заставить соль выпадать в осадок из разбавленного раствора (поэтому она будет менее соленой).

Когда исследователи посмотрели на результаты, они увидели, что использование существующей мембранной технологии и отработанного тепла для испарения воды из их системы производило больше водорода на площадь мембраны, чем метод осаждения.

Производство водорода было в четыре раза выше для испарительной системы, работающей при 25 ° С, и в два раза выше для системы, работающей при 40 ° С, по сравнению с их системой осаждения.

Однако, как показали исследования, процесс осаждения был лучше с точки зрения потребления энергии. Например, энергия, необходимая для производства кубического метра водорода с использованием процесса осаждения, составила всего 8,2 кВт*ч, по сравнению с 55 кВт*ч для процесса испарения.

«Это совершенно новая система», – сказала автор. «Нам нужно будет больше тестировать с другие соли в других концентрациях».

Другая проблема, которая продолжает ограничивать производство водорода, заключается в том, что сами мембраны остаются чрезвычайно дорогостоящими.

Крахелла надеется, что по мере того, как общество будет стремиться отказаться от ископаемого топлива, рост спроса приведет к снижению цен на мембраны, а также к улучшению характеристик самих мембран.

«Мембраны являются самой дорогой частью нашей системы», – сказал Крахелла. «Но все знают, что мы должны что-то делать с окружающей средой, и цена потенциально намного выше для общества, если мы не будем развивать экологически чистую энергию».

 

https://econet.ru/articles/prevraschenie-otrabotannogo-tepla-v-vodorodnoe-toplivo


20.11.2019