На этой неделе я решил посмотреть, что происходит в методах хранения и использования водорода. Одна из тем с которой я пересекся это использования аммиака, как метода работы с водородом.
В этой статье поговорим о том, в чем “засмес”, какие есть подводные камни и есть ли какие-то стартапы и компании, которые решают проблему в контексте устойчивого развития.
Что такого с водородом?
Вся история с водородом очень проста: если вы сжигаете водород, то вы получаете в качестве выхлопа воду (2H2 + О2 = 2Н2О) и тепло от сгорания.
В чем плюсы:
Нет выхлопа улгекислого газа и любых других вредных газов.
Выделяется много тепла на единицу массы. Удельная теплота сгорания примерно 140 Мдж на кг (у бензина около 40-45 МДж на кг).
Водород хорошо распространен в природе в форме соединений (в углеводородах и воде, например).
В чем минусы:
Водород занимает очень большой объем при комнатной температуре и атмосферном давлении, из-за этого на единицу объема у него очень маленькая энергоемоксть. При комнатных условиях в 1 литре водорода всего 0.08 грамм. Для практического применения его надо сжижать (-252 градуса), тогда его плотность увеличивается до примерно 70 грамм на литр. Сравните с 780 граммами на литр для бензина. В итоге бак на 100 литров водорода в криогенном состоянии (под -252 градусами) будет содержать примерно в 3 раза меньше энергии, чем бензиновый.
Криогеника означает усложнение хранения и транспортировке и затраты за сжижение (довольно сложное сжижение до низких температур), а так же контроль за давлением.
Водород является самым маленьким атомом и в газообразном виде имеет тенденцию проникать сквозь любые стенки, он пролезает через другие молекулы. Те водород медленно утекает даже из закрытого баллона через стенки.
Водород горит и образует взрывоопасную смесь с воздухом.
Существует 3 основных промышленных способа производства водорода -
Метановая конверсия паром подразумевает “обработку” метана в парах воды под высокой температурой и давлением. Таким образом получается относительно дешевый водород, одна проблема, на выходе мы имеем СО2. Весь цикл оказывается таковым, что проще было просто сжечь метан, получили бы меньше выхлопов углекислого газа. Сейчас более 75% объемов производства водорода делается таким образом. Большая надежда нефтегазовой отрасли состоит в том, чтобы делать водород именно таким образом и объявлять себя зелеными. Некоторые из нефтяников и газовиков на этом фоне хотят развивать технологии улавливания СО2 из результатов производства водорода и закачивания его обратно в пласт откуда взяли метан. Теоретически мы можем это СО2 там заблокировать на миллионы лет. Но возможно он все равно будет оттуда утекать.
Продувка водяного пара над раскаленным коксом. В целом идея так же, что и конверсией метана. На выходе углекислый газ и водород. В такой цепочке опять же это никакой не зеленый водород.
Электролиз. Это разложение воды на водород и кислород при помощи электричества. Сейчас на этот способ приходится 4% от объема производства водорода. Если электричество было добыто с низким углеродным следом, то и водород такой будет с низким углеродным следом.
Сейчас водород больше используется не как топливо, а как часть промышленной химии. Те пока эра водородной энергетики это какое-то возможное будущее. Но тк давление растет и есть отрасли, где очень трудно заменить ископаемое топливо, то на водород смотрят все больше, как на энергетическое топливо
При чем же тут аммиак
Аммиак это соединение 3 атомов водорода и азота. Особенность в том, что в таком виде водород “плотнее” упакован. Аммиак проще сжижается (при -36 градусах) и имеет более высокую плотность как газ (20 грамм на литр) и особенно как жидкость (680 грамм на литр, почти как бензин). А значит его проще сжижать и проще прокачивать в трубопроводах.
При сжигании аммиака в идеале можно получить только воду и азот. Правда сжигать аммиак довольно не просто, это требует специального механизма смешения с воздухом, присутствия катализаторов и контроля за образованием оксидов азота, которые ядовиты для людей. При этом аммиак выделяет не слишком много темпа на кг (18 Мдж на кг). Тогда в нашем сравнении с бензином аммиак лучше чистого водорода на 25-30%.
Другой вариант это использовать аммиак именно так механизм транспортировки водорода.
Но 80% аммиака на самом деле идет на производство удобрений, так что получение “зеленого” аммика” это и способ снизить углеродоемкость пищевой промышленности.
Промышленный метод производства аммиака сегодня это процесс Хабер-Бош, когда водород смешивают с азотом под высоким давлением и температурой в присутствии катализаторов. Процесс требует поддержания стабильным параметров и поэтому его трудно реализовать в рамках переменной мощности от возобновляемых источников.
Если бы могли найти иной дешевый способ генерации аммиака каким-то образом напрямую из воды и без процесса Хабер-Бош, мы могли бы получать готовый к транспортировке “зеленый” аммиак и затем и водород (через разложение аммиака).
В итоге интерес к аммиаку есть с трех направлений:
Зеленый аммиак для удобрений.
Аммиак как топливо в судах. Именно они сильнее всего рассматривают возможности аммиака и по первым прикидкам это более оптимальное решение, чем батереи или чем чистый водород. Для требуемого объема запаса энергии батареи слишком тяжелые, а чистый водород занимает слишком много места. Аммиак хуже, чем обычном топливо, но во всяком случае баки под него не слишком тяжелые, и занимают разумный объем судна.
Метод транспортировки самого водорода из мест его производства.
Стартапы и новости в области аммиака
Project HEGRA - проект в Норвегии по электрификации процесса производства аммика и полном функционировании на зеленой энергии. Это завод на 400 тыс тонн аммика в год. Довольно крупный проект.
Бизнесы связанные с проектом HEGRA (компания - wartsila) так же исследуют возможности использования аммика в двигателях внутреннего сгорания, а так же использования аммика в топливных ячейках. Пока результаты это общие слова.
Amogy - Ничего конкретного. Даже нечего обсуждать, просто рекламная страничка.
Jupiterionics - Идея базируется на электрохимическом производстве аммиака. Они базируют свою работу на прорыве в области электрохимического прямого производства аммиака. Между двумя электродами помещают смесь водорода, Li3N и специального обменного носителя. Под действием электрического тока, водород скапливается около отрицательного электрода, а Li3N у положительного. Носитель сначала имеет отрицательный заряд и мигрирует к Li3N, там происходит обмен атома водорода в носителе на атом лития. Носитель после этого мигрирует к отрицательному электроду, где производит обратный обмен, литий заменяется на водород. В итоге мы последовательно заменяем весь литий в соединении Li3N на водород и получаем NH3 (аммиак). По заявлению создателей этот процесс происходит гораздо быстрее, чем аналогичные методы электролиза и позволяет избежать процесса Хабер-Бош. Для меня правда вопросы остаются в том, откуда они берут водород в самом начале. В итоге все это базируется на зеленом способе производитель электроэнергию. Но с другой стороны, если будет много дешевой энергии, то и процесс Хабер-Бош можно организовать на зеленой энергии, а стабильность снабжения обеспечить батареями. Стартап получил 2.65 млн австралийских долларов на развитие проекта и идеи в марте 2021 года.
Seaborg Technologies - хотят использовать ядерные реакторы на расплавах солей, размещенные на кораблях для производства водорода и аммиака. Хотя основной фокус просто на баржах с ядерными реакторами, как проект Академик Ломоносов.
Kapsom - фирма занимающаяся строительством химических заводов объявила, что сделала первый завод по зеленому аммиаку в Индии на 1500 тонн аммиака в год в 2020 году. Это конечно гораздо скромнее, чем 400 тыс тонн по проекту HERGA.
Yara - один из крупнейших производителей аммиака (и один из участников проекта HERGA) в апреле 2022 заказали 15 плавающих аммиачных терминала, как основу будущей системы заправки судов аммиаков. Это еще один признак большого изменения в индустрии. В рамках этого проекта Yara планирует сделать аммиак доступным для судов топливом к 2024 году.
Выводы:
Пока аммиак как топливо выглядит как интересная идея, основной потенциал сосредоточен просто в “озеленении” производства обычного аммиака. Именно в этом направлении видны объемные инвестиции и реальный бизнес. Стоит ожидать, что там, где производят водород методом электролиза будет появляться и места производства аммиака.
Нам как инвесторам доступны компании работающие в этой области (wartsila, например есть на бирже), но сами стартапы пока на такой стадии, что обычного инвестору туда не войти.
От всей темы остается ощущение, что может быть много хайпа, но основной объем производства все равно будет связан со старым и скучным электролизом. Хотя на самом деле он не скучный, тк технология эффективного электролиза еще далека от совершенства и реальные затраты энергии значительно выше, чем теоретический минимум необходимый для разделения молекул.
Комментарии (70)
demon416nds
18.04.2022 12:26+2Не нужно упарываться .
Если провести беспристрастный подсчет наиболее зелёным окажется использование в качестве энергоносителя обычного метана.
Если его синтезировать используя углекислый газ из атмосферы (на данный момент проще всего биологически, но есть и технические методы) количество углекислого газа увеличиваться не будет.
Aquahawk
18.04.2022 13:09+4В зелёных технологиях логика не работает. Уже похоронили все поршневые, сказав что выбросы масла и продуктов его сгорания, а также отходы от смены масла, не делают автомобиль зелёным, даже водороный.
Shmidtk Автор
18.04.2022 13:17Такие подходы тоже есть, но как я понимаю, в промышленном масштабе пока ничего нет. Так хотят делать топливо для самолетов (тн SAF), когда углекислоту из воздуха можно превращать в топливо. Это правда энергозатратный процесс и под него нужно еще больше солнечных панелей и ветряков, иначе это все не не имеет смысл.
Отличие аммиака или водородного электролиза, что так делается уже тысячи тонн (электролиз водорода уже 4% общего объема мирового производства).
Tiriet
18.04.2022 15:33+2А солнечная панель уже умеет производить за свой срок службы столько же энергии, сколько было затрачено на производство этой самой солнечной панели?
Вот например, панель Квант КСМ-180, по словам производителя имеет максимальную генерируемую мощность 180 Вт, срок службы- 40 лет и весит 16 кг. предположим, что у нее вдруг случился КИУМ 0,25. тогда 40 лет такая панель родит, страшно представить, 40годов *365 суток/год*24 часа/сутки *0,18кВт * 0,25= 15000 кВт*часов. если по промышленным ценам в 6р/кВт*ч, то это 90тыр дохода с панели стоимостью в 17500р. выглядит довольно перспективно. А если посчитать чуть-чуть дальше? выхлоп с этой панели будет 90,000/40 = 2250 р/год при вложении в саму панель 17500- то есть, доходность такой панели в идеальных условиях- ~13% годовых. Это максимум, что с нее можно выжать, а стоит она 1000 р/кг. без учета затрат на всю ее обвязку (земля, провода, инверторы, обслуживание) при условии, что она реально простоит в рабочем состоянии 40 лет (что не будет ни одного града, урагана и ветровая или дождевая эрозия ее не ушатают за первые 5 лет), при запредельном КИУМе (в реальности хорошо если с нее удастся снять КИУМ в 0,1), недостижимом для солнечной панели нигде, кроме экваториальной части Гвинеи, и без учета потерь в сетях распределения. Если я добавлю сюда обслуживание, снижу реальный срок жизни панели до экспериментально установленных на текущий момент лет 7-12, учту реальную среднюю освещенность на большей части земного шара в районе 0,350 кВт/м2 (а не 1000Вт/м2, как у производителя), вспомню про облачные дни, дожди и осадки пыли на стекле, добавлю КПД преобразователей и стоимость кабельного хозяйства для этих панелей и учту потери для экологии от затененной под панелью почвы- то рентабельность уходит в минус.
Из этого я делаю вывод, что солнечная панель вообще не имеет смысла как основа какой-бы то ни было промышленной энергетики. Она нерентабельна не в деньгах- она нерентабельна в самой физической своей основе.
Shmidtk Автор
18.04.2022 16:06КУИМ у солнечных панелей в России около 15-25% на установках Мегаватных мощностей. То, про что вы пишите это LCOE (Levelized Cost of Energy) - стоимость энергии с учетом затрат во всех жизненном цикле. Если вы продаете энергию дешевле LCOE вы в убытке. LCOE для солнца падает все последние 20 лет и стало уже ниже, чем у атомной энергетики. В двух словах я ваши аргументы не опровергну, но факт в том, что солнце и ветер очень быстро окупают себя энергетически и имеют положительную экономику в долгосрочной перспективе.
sena
18.04.2022 17:36+1LCOE для солнца падает все последние 20 лет и стало уже ниже, чем у атомной энергетики.
В таком случае в странах, где растёт доля ветряной и солнечной энергии и снижается доля атомной (например в ФРГ) должно наблюдаться снижение цены на электроэнергию, не так ли? А на деле почему-то наблюдается её рост.
pavel_1406
18.04.2022 18:09+2Уровень LCOE не то же самое что и цена на электроэнергию. Цена на электроэнергию зависит еще и от уровня спроса на нее, как минимум. А спрос на электроэнергию последние 20 лет только растет.
Tiriet
19.04.2022 07:11+1дотации, гарантированный повышенный тариф, отсутствие затрат на балансировку сети (они лежат на "конвенциальных" неэкологичных поставщиках), дополнительные доходы от продажи квот на СО2- они тоже влияют на LCOE. Реальная бухгалтерия европейских зеленых показывает, что половина их дохода- это деньги с неосновного товара. 50%! на каждый ойро за ээ они получают еще один за просто так. С такими условиями чеб не рисовать хорошие LCOE?
Tiriet
19.04.2022 07:07+1Я не особо пристально мониторю состояние зеленки в мире. то есть, я его мониторю, но не так, чтобы прямо каждый день и по многу. Но киум в 25% есть только в США- и то, вопрос- как им верить. В России 15-16%, в Германии у фотовольтаики, насколько я знаю- 10-12%. И это при том, что этот КИУМ такой хороший в большой степени связан с тем, что эту фотовольтаику страхует богомерзкий уголь, атом, газ и гидро, как гигантский конденсатор, сглаживающий шумы в сетях. Уберите эту страховку- и КИУМ упадет еще в разы.
Лет десять-пятнадцать назад энергетику оценивали в EROEI- "energy returned on energy invested" отношение выработанной энергии к энергии, затраченной на саму выработку- грубо говоря, на добычу 20ти баррелей нефти надо было затратить 1 баррель- EROEI 20, в 60-х на хороших месторождениях EROI был, емнип, 40-60, с начала 90х он стал падать, сильно, и начались оценки- а что будет при 30, при 20, при 15, при 6. При шести посчитали все- конец цивилизации, ни удобрений, ни науки, ни медицины при EROI=6 не может быть. И с этим падением EROEI встал вопрос- куда переключаться. Почему-то толкнули тему с возобновляемой энергетикой, и стали в мировом сообществе активно рекламировать ветряки и панели. Когда инженеры посчитали их EROEI- у них получилась фигня- <1. убыточная технология. их прессанули- дескать, технологии развиваются, стоимость панелей и ветряков при переходе на массовое производство будет падать- молчать, гусары. инженеры хмыкнули- а нам то какое дело до стоимости- мы ж энергию считаем, это физика! так, этих больше не публиковать, решило "мировое сообщество" (или хз кто там решил, но критика по существу возобновляемой энергетики исчезла вообще). И примерно в это же время перешли на LCOE- совместно с дотациями для производителей зеленого оборудования, льготными тарифами на закуп у них электроэнергии, доп-налогами на "углеводородников" и "угольщиков" и другими нерыночными методами это позволило уронить цены на панели и поднять LCOE фотовольтаики. Что-то похожее и с ветряками- гарантированный повышенный тариф, льготные кредиты, отсутствие штрафов за срыв поставок и торговля льготами на СО2- и вуаля, у нас отличные финансовые показатели и красивые отчеты по затратам и кэшфлоу- и низкая стоимость энергии в целом, которая вроде как отбивает затраты и даже показывает прибыль. На всем этом ярком и красивом фоне совершенно незаметно пробегают газетные заметки о том, как тот или иной "зеленый" генератор свернул манатки и отрубил потребителей в день отмены субсидий или при изменении тарифов на более равноправные. Потому что LCOE- это сколько стоит энергия для ее производителя в деньгах, а почему она для него столько стоит- никто не спрашивает. А это потому, что вся экономика обложена налогом, который поступает в карман зеленой генерации и учитывается этой генерацией при расчете как будто она сама его заработала, а не его отняли у бедных и подарили богатым. Обама давал пол ярда производителю панелей? давал- с помпой и под камерами, гритэгейн, будущее и прогресс! Где полярда? где производитель? Таймс писала про массовый кидок потребителей после отмены части субсидий для возобновляемых производителей в УК? Дважды писала!
Австралия (штат Виктория)- как там себя чувствуют? у них энергосистема каждую зиму уже лет пять молится на погоду в прямом смысле- на грани коллапса стоят, каждый год ловят несколько дней, что еще чуть-чуть пожарче- и будет блекауты по всему штату.
Замечательные отчеты по LCOE всегда выходят на этапе проектирования и запуска объектов и выходят громко. Отчеты с реальной бухгалтерией за 5-7-10 лет выходят тихо и выходят не очень.
Shmidtk Автор
18.04.2022 13:19ну и кстати, для синтеза метана из углекислого газа нужно где-то брать водород -> электролиз воды все равно остается.
Tiriet
18.04.2022 15:47+1вопрос ведь не столько в том, где брать водород, а больше в том, где брать энергию для производства этого водорода. Электролиз- не плохая идея, и разложение метана- не плохая идея, лишь бы был источник энергии для этого процесса. Реклама предлагает солнечные панели, аргументируя это тем, что солнечный свет- бесплатный. Но умалчивает о затратах на обслуживание и капзатратах на сами панели и ветряки.
Shmidtk Автор
18.04.2022 16:08Никто не умалчивает. Если вы читаете доклады международных агентств, там все рассматривается. И расходы, и экстерналии, и различные альтернативы. Все гораздо серьезнее проработано, чем кажется с заголовков газет.
Tiriet
19.04.2022 07:18+1Читаю :-). Но кроме этого я несколько раз натыкался на данные бухгалтерии европейских зеленых производителей- удивительные там вещи! там инком от ЭЭ не основной инком. Чудеса, однако. Разница в том, что агентства рисуют сказку про будущее, а бухгалтерии- таблички про прошлое.
konst90
18.04.2022 18:17+2Вопрос даже не "где", а "зачем". Вот у нас есть некоторое количество энергии. Мы можем взять и напрямую залить её в батарею электромобиля (потеряв немного) или пустить по проводам трамвая. А можем сначала электролизом из воды получить водород (с КПД не 100%), потом потратить ещё кучу на сжатие до сотен атмосфер, а потом потерять ещё на неидеальном катализаторе. На круг до электромотора водородной машины дойдет примерно половина от того, что дошло бы у электромобиля.
Так что ниша такого транспорта весьма узка.
Shmidtk Автор
18.04.2022 22:15Потому что если вы оцените, сколько вам надо батарей на сухогруз и чтобы он проплыл 10 000 км на одной заправке, то окажется, что батарей надо на пол объема корабля или под половину его полезной нагрузки. А самолеты вообще с таким весом батарей не смогут взлететь. Проблема в том, что с ростом расстояния/скорости/массы судна батареи начинают занимать не прилично большую долю в массе/объеме транспортного средства. Поэтому батареи для судов и самолетов пока не вариант. И пока не прослеживается даже в оптимистичных мечтах, что можно на дальнемагистральный самолет поставить батареи.
rusec
19.04.2022 01:45Если зачем то понадобился зелёный сухогруз, то решение известно уже тысячи лет, всё отработано до блеска.
Называется парус.
Маневровые движки для парковки можно и от аккумулятора записать, там относительно немного надо.
Tiriet
19.04.2022 07:26+1Вот у нас есть некоторое количество энергии
Вот с этого и надо начинать. В каком виде у нас есть это "некоторое количество"? Если это ЭЭ, которую дает электростанция- это одно. Если это метан в баллоне или нефть в бочке- это другое. Если это уран в реакторе, который тоже дает ЭЭ- то это третье.
Второе: с батареей проблема в том, что в батарее на каждый атом условного легкого лития, который дает один электрон с энергией в 3,6 эВ у нас есть десять масс других атомов (LiFePO4), которые вообще не дают никакой энергии. а при сжигании угля у нас на каждый атом С выделяется ~5эВ. поэтому уголь- это 42МДж/кг, а батарея- максимум 4 МДж/кг. Батарей всегда надо будет в 10раз больше по массе, чем топлива.
konst90
19.04.2022 08:17В каком виде у нас есть это "некоторое количество"?
В виде электричества, если электролизом получать водород.
Батарей всегда надо будет в 10раз больше по массе, чем топлива.
У водорода с этим не лучше, просто чуть иначе выглядит. Например, бак Toyota Mirai при объёме в 122 литра вмещает 5 кг водорода под давлением 700 атм (семьсот, не опечатка) и весит 87 кг. При этом бак должен быть цилиндрический, под пол его не засунуть, как батарею. Плюс ещё килограмм двадцать - топливные ячейки для преобразования водорода в энергию.
Tiriet
19.04.2022 13:33+1если это электричество от солнечной панели, ветряка или полновой электростанции- тогда да, проблема- оно есть сейчас, а использовать его надо будет завтра, и потому его надо сховать в какую-то хранимую форму высокой плотности и удобной транспортабельности. потому водород- вода есть везде и много, электролизим и получаем консервированную энергию, завтра расконсервируем, и бинго..
А если это атомный реактор- то он выдает ЭЭ стабильно, надежно и постоянно, и большой вопрос- стоит ли эту ЭЭ превращать в водород, может, проще и выгоднее вкорячить этот реактор прямо в сухогруз, и пусть он с ним плавает, вместо этих баков аммиака, банок водорода или литиевых батарей.
konst90
20.04.2022 09:55Это всё равно очень большой вопрос, что дешевле - системы хранения энергии в виде энергии (аккумуляторы) или двухкратная генерация для того, чтобы половину выкинуть на консервацию водорода. Электромобили, кстати - это часть системы хранения: пока ветра много, все их зарядили, и у кого ежедневные поездки небольшие - ездят неделю до следующего большого ветра.
может, проще и выгоднее вкорячить этот реактор прямо в сухогруз
Точно нет. Пока сухогрузы тонут и на них нападают пираты - никто без вооруженной охраны такое чудо в рейс отправлять не будет.
Tiriet
20.04.2022 13:31+1года три назад поднимал литературу по поводу электромобилей. математика простая и унылая.
Разведанных запасов лития- от 13 до 60 мегатонн в пересчете на чистый Li.
на одну повозку надо примерно 100 кг аккумулятора (это на условный матиз с пробегом 100 км на зарядке). В них содержится примерно 10 кг чистого лития. матизо-подобных повозок в мире примерно миллиард. то есть, на электротранспорт надо 10^10 кг = 10^7 тонн. это только на повозки и только если мы обходимся повозкой уровня матиза. Тесла? ооо, увеличьте объем аккума в 5 раз. Итого- весь коммерчески пригодный на сегодняшний день литий в лучшем (в лучшем!) случае едва-едва покрывает потребности гражданского транспорта. Но в борьбу за литий влезут также портативные накопители, коммерческий транспорт и производители портативной техники, которые сегодня съедают весь производимый литий и отдавать его никому не хотят. И это лучший случай. В плохом случае лития даже на ноутбуки не хватит в перспективе лет десяти.
такая же засада со свинцом, фосфатами, всякими неодимами-кобальтами-самариями и прочей лабудой, используемой в электроприводных самокатах, включая даже медь. Так вот- электромобили не могут быть при текущих раскладах сколько-нибудь заметными накопителями энергии. Заметными- с точки зрения инфраструктуры общества в целом, а не с точки зрения отдельных домохозяйств, входящих в 1% самых удачливых.
Tiriet
20.04.2022 13:37+1и еще. Если цивилизация пересаживается на "зеленку"- то избыточная генерация без вариантов, и не двойная генерация, а десятикратная- потому что слабый ветер и тучки- и у Вас две недели генерация просела на 90%- крутись как хочешь, но морозильные камеры отключать нельзя, и плавильный цех тоже. А как только хорошая погода- то у тебя избыток, который куда-то надо законсервировать- потому что порывы ветра то есть, то нет, а сеть потребляет ровно столько, сколько потребляет, ни больше, ни меньше. Прерывистая генерация- это как зона рискованного земледелия, только хуже в сто раз.
ru1z
18.04.2022 14:09Метан вроде как «парниковый газ», а аммиак — нет, может быть поэтому неоднозначная привязка по экономике со всеми неуглеродными заменами. Но вообще говоря, было бы неплохо разработывать альтернативы или оптимизировать процесс Габера-Боша, просто потому, что на него приходится 1–2% всего мирового производства энергии и он сам производит много углекислого газа. Без аммиака все-таки невозможно обойтись.
Shmidtk Автор
18.04.2022 15:46Если метан потом сжигать, то опять будет углекислый газ и вода. Так что в теории цикл замкнутый и если энергия получается без выбросов углерода, а углекислый газ берут из атмосферы, то будет "нейтральный метан". Хотя опять же, раз надо брать где-то водород, то зачем добавлять шаг и делать из водорода метан?
Как я понял, сам процесс Хабер-Боша не требует углекислого газа, но там надо иметь высокую температуру. Ее обычно достигают путем сжигания ископаемого топлива. Греть это электричеством видимо дорого. Отсюда эти стартапы, которые позволят получать аммиак хитрым электролизом, как, например, предлагает ученые из Jupiterionics.ru1z
18.04.2022 16:16+1В теории все циклы замкнутые, но все-равно сжигают ископаемые углеводороды.
делать из водорода метан?
Наоборот это как раз обычно водород получают из метана. Аммиак и его производство гораздо важнее метана и любых углеводородов, для них этот водород и используется.Хабер-Боша не требует углекислого газа, но там надо иметь высокую температуру. Ее обычно достигают путем сжигания ископаемого топлива. Греть это электричеством видимо дорого
Я не производственник, но имхо, обычно у производств есть какая-то очевидная логика. Например, раз водород получают из природного газа, то им же и отопляются, тем более что температуры и давление — значительные (да и синтез аммика — экзотермичная реакция, по сути). И основная проблема — именно генерация водорода, а не температура/сжигание ископаемого топлива. Вероятно, в будущем водород будут преимущественно электролизом добывать, но до этого еще далеко (скорее начнут из биогаза водород получать).
YDR
18.04.2022 18:12закон сохранения энергии все равно не обмануть. Синтезируешь метан - тратишь энергию на добывание СО2 и С из СО2, +запасаешь энергию. Нагрев перед реакцией - чистые потери (поскольку потом просто охлаждаешь - и все. Можно этой энергией при охлаждении, конечно, дома или теплицы отапливать - но так, наверное, никто не делает).
В любом случае, энергии при сжигании этого СН4 выделится меньше, чем затратишь на производство.
При электролизе воды можно попутно извлекать дейтерий. Пока он, правда, особо не нужен в таких количествах.
аммиак, предполагаю, в удобрениях пока, все-таки полезнее, особенно с учетом текущей ситуации.
СО2 лучше бы тоже в аграрной промышленности как-то использовать. Растения, вроде бы, с удовольствием потребляют избыточный СО2 при хорошем освещении. Правда, в обычной теплице, если там увеличивать СО2 >2000ppm , находиться человеку будет опасно. Ждем автономных вертикальных ферм-теплиц.
ru1z
18.04.2022 21:03При электролизе воды можно попутно извлекать дейтерий. Пока он, правда, особо не нужен в таких количествах.
В теории, он очень даже нужен для некоторых футуристических идей, но пока слишком дорог.
Tiriet
18.04.2022 15:49+1зато представьте себе аварию автомобиля с аммиаковым баком. вони-то будет... без шуток- дырка в баке такого автобуса спокойно может убить всех пешеходов на остановке, у тех, кто в самом автобусе- вообще не будет шансов на спасение. Судно в океане? авария такого танкера может сделать небольшую экологическую катастрофу масштабом с Азовское море.
Shmidtk Автор
18.04.2022 16:09+1так и есть. Поэтому вопрос, будет ли аммиак топливом для судов - открыт. Для городского транспорта эта идея кажется еще менее подходящей.
ru1z
18.04.2022 16:09спокойно может убить всех пешеходов на остановке, у тех, кто в самом автобусе- вообще не будет шансов на спасение
Почему вы так решили? Про какие обьемы идет речь? В предполагаемом баке автобуса по вашему будет достаточно для «всех пешеходов на остановке?
Я думаю, что в этом примере слишком много допущений. Я могу с такой же уверенностью утверждать, что в будущем городские автобусы будут только на электрохимических батареях, а аммиачные и бензиновые автобусы уйдут в прошлое как излишне пахнущие.Судно в океане? авария такого танкера может сделать небольшую экологическую катастрофу масштабом с Азовское море
Аммиак довольно быстро перерабатывается, в отличие от нефти/нефтепродуктов. Взрывы с аммиаком случались ранее, но насколько я знаю, кроме непосредственных повреждений на месте, других заметных последствий не наблюдается.Tiriet
19.04.2022 07:35+1Объем бака городского автобуса МАЗ-107 составляет 220 литров. вот столько примерно аммиака в нем и будет. Аммиак там будет сжиженный, то есть- газ под давлением. А дышать в атмосфере аммиака тяжело- проверьте- возьмите пузырек нашатыря на 100 мл, и пролейте его в туалете с вытяжкой- вдыхание паров аммиака в высокой концентрации вызывает остановку дыхания. 50 литров чистого аммиака, пролитых на автобусной остановке вызовут потери сознания у людей и их падение в лужи этого самого аммиака, с ожогами, отравлениями и смертями от удушья. Зарин и зоман тоже быстро перерабатываются и через месяц заметных последствий не наблюдается.
pda0
18.04.2022 16:55+1Возможно стоит применять в автоматизированных судах без экипажа. А экологической катастрофы не будет. Аммиак биоперерабатываемый, по сравнению с морем размеры любых баков смешные. Возможно локальное отравление рыб и птиц, если они окажутся в непосредственной близости от места аварии. Долгосрочные последствия с разливом топлива даже близко не сравнимы.
Tiriet
19.04.2022 07:36баки аммиака по сравнению с морем смешных размеров, а баки с топливом- не смешных?
JuriM
18.04.2022 22:39В советском флоте широко использовался аммиак в качестве хладагента для морозильных установок, сейчас кажется уже только фреон. В случае утечки аммиака, а его может быть пару тонн (прорвало трубу например) только полное затопление рефрижераторного помещения.
VT100
19.04.2022 22:13Аммиак, ЕМНИП, вообще широко распространён в промышленных холодильных установках.
boscholeg
18.04.2022 14:03+3Угарный газ тоже горит. И водород для него не требуется. Но конечно это очередная обманка. Зеленые технологии - это термояд и атомная энергия замкнутого цикла. Остальное пока дорого и неэффективно.
Hardcoin
18.04.2022 15:10На термояда, ни замкнутого цикла не существует пока, к сожалению. До первого 30 лет осталось, как обычно. Второе связано с риском попадания какой-нибудь ракеты, поэтому энтузиазма в мире не так много, как могло бы быть
Tiriet
19.04.2022 13:46+1энтузиазма в мире по поводу замкнутого цикла мало не по причине ракет. Проектируй сразу с защитой, раз, и два- кого ты там бояться-то собрался? Путина что-ли? Или Северную Корею? уперлось кому-то ракетами в Ваши эльфийские электростанции стрелять...
Отсутствие энтузиазма по поводу ЗЯТЦ объясняется более прозаично- утрата компетенций. Не модно нынче быть инженером высокой квалификации в цивилизованном мире. А ЗЯТЦ требует компетенций. Очень много и очень разных.
Hardcoin
19.04.2022 13:59Сегодня не уперлось, через 20 лет уперлось. Мало ли, лидеры поменялись, не бессмертные же они пока ещё. А срок службы электростанций намного больше 20 лет.
Германия, например, закрывает атом именно по причине рисков. Авария по любой, совершенно невероятной (сейчас) причине и половина территории отправляется в утиль. А обвинять Германию в отсутствии инженеров было бы более чем странно.
Tiriet
19.04.2022 14:37+1Война- это крайняя форма политики, а политика- это продолжение экономики. Какой экономический смысл неевропейцам нападать на европейцев? Что там у них ловить? Их часть континента отработана полностью. Все ресурсы, которые можно было добыть- Европа уже добыла. Земли? так они там так же все ушатаны, держатся на одних удобрениях. Население? Уровень образования падает, падает и падает. Че там ловить? Лидеры поменялись...
Германия пишет в газетах, что закрывает атом по причине рисков. А Франция почему-то рисков не сильно боится. И Китай, и Турция, и Россия- рисков не боятся. Мы че, все как-то неправильно их оцениваем, риски эти?
А обвинять Германию в отсутствии инженеров было бы более чем странно.
так ведь 20ть лет-то (о которых Вы говорили :-)) прошли. 20 лет назад я учился в техническом ВУЗе, Сименс тогда был топ, а китайские инженеры тогда смешным явлением, китайские инженеры сейчас- это 60% топовых публикаций по материаловедению и инженерии, и это 5G, свои атомные ракеты, свои самолеты 4++, своя авионика и радиолокация и свои процессоры, в 2000 до китайского реактивного двигателя для истребителя было 50лет. в 2010 китайский реактивный двигатель истребителя работал до капремонта 20 часов, в 2020- это обычный двигатель. 20-ть лет. Вам странно, что в Германии беда с инженерами? А они тот же путь проделали в обратном направлении. привыкайте :-) мир изменился.
Hardcoin
19.04.2022 14:54Логика "нет смысла нападать, значит не нападут" - ущербна. С точки зрения формальной логики это вообще бессмыслица, а с точки зрения бытовой - просто ошибка индюка, который думал. Нельзя предсказать будущее с такой точностью, нельзя быть уверенным, что "смысл" не возникнет. Но вы, конечно, можете быть уверенным, это ваше право.
так ведь 20ть лет-то (о которых Вы говорили :-)) прошли.
И следующие 20 пройдут. Это для вас сейчас время переосмысления и планировать каких-то изменений на 20 лет вперёд вы уже не будете. В мировой экономике не так.
Довод, что китайские инженеры хороши звучит странно. Конечно хороши, как это доказывает, что в Германии плохи? Приведите более серьезный довод, почему немецкие инженеры плохие, если у вас он есть.
Shmidtk Автор
18.04.2022 15:47Если вы посмотрите на цифры, то в масштабе сейчас это солнце и воздух, а не атом. И темпы роста такие, что атом возможно уже не успеет со своим ренессансом. Я очень люблю ядерные технологии, но факты показывают, что объемы денег текут в солнце, ветер и батареи и текут огромными реками.
boscholeg
18.04.2022 16:19+3А вы уверены, что солнце и воздух при нынешнем уровне развития технологий это экологично? Я полон пессимизма в плане солнечных панелей и ветряков. Существует проблема утилизации всего этого оборудования по истечении срока эксплуатации.
Может быть геотермальные генераторы или приливные еще будут жизнеспособны и даже окупятся. Но они требуют колоссальных вложений.Никто пока вразумительных и экономичных решений не предложил.
Доработать атомный реактор на мой взгляд разумнее, чем пытаться экспериментировать.
А куда там текут деньги вопрос тоже спорный. Думаю в ближайшие несколько лет мы увидим или сокращение дотаций на зеленку или даже разворот в обратную сторону. И деньги стремительно перетекут еще куда нибудь.
Shmidtk Автор
18.04.2022 22:21
Как видим, с 2015 года возобновляемая энергетика это основной или второй по величине объем новой электрической генерации. 8 Twh это примерно 1 Гвт электростанция (типичная мощность электростанции или энергоблока АЭС)
Tiriet
19.04.2022 07:42+1Так в этом-то и проблема. Мы видим, что основной объем новой генерации- это ветряки и панели. И мы видим, что это ошибочное решение с точки зрения энергетики! Но массовое. Значит, у этого решения есть какие-то причины, но лежащие не в энергетике. вот и все. Ошибочное потому что "пила генерации", расчет затрат носит больше биржевой характер, нежели энергетический, зеленая генерация вводится в ущерб и за счет обычной (налоги и пени обычным и дотации и повышенные закупочные цены зеленым) и много еще чего. а внедряют. и это- стратегическое решение. почему?
boscholeg
19.04.2022 09:27Это некоторая манипуляция. В графу возобновляемой энергетики так же входит геотермальная, и гдро энергетика и возможно что-то еще. И вероятно доля этой энергии весьма велика. И неплохо бы увидеть ссылку на источник. А то не слишком понятно какова доля именно ветряков и тех самых пресловутых панелек.
Tiriet
19.04.2022 13:39+1насколько я знаю, с гидроэнергетикой уже усе- везде, где можно было- поставили плотины еще в прошлом веке, новых мест нет. Геотермальная- тоже редкость, ибо места геотермально-удобные сильно не там, где места энергопотребительские. В основном действительно эта "зелень"- это ветряки и панели. Над Европой если днем лететь- лопасти до горизонта. везде понатыканы по Португалии, Италии, Франции, даже Голландия- и та застраивается. При этом надо внимательно следить- есть диаграммки с выработкой возобновляемой энергии- там да, основная гидро, и чуток зеленки, а есть диаграммы с приростом выработки- так вот там как раз основное- именно зеленка.
boscholeg
19.04.2022 13:52+1Я читал, что обычно очень зеленые европейские страны возмещают недостаток энергии за счет соседей у которых генерация более сбалансированная. То есть пока дебет от "ветропанелей" достаточный, все прекрасно, но стоит поменяться погоде, как резко начинается подкачка энергии от соседей с грязной генерацией. Внешне очень красиво. Но ведь это очередной мыльный пузырь. Когда лопнет - будет эффект домино.
Я уже не говорю, что никто не придумал как утилизировать старые ветряки и панельки и никто не посчитал сколько это будет стоить и где это будут делать.Я думаю уже все видели фотки старых ветряков которые закапывают в землю. Сомнительная экологичность имхо.
Tiriet
19.04.2022 14:23+2одинокая зеленая страна может балансировать свою энергосистему за счет грязных угольно-атомных соседей- переток электроэнергии на 100-500-1000 км это не страшно. А что делать зеленому континенту? целый континент не может ни скинуть излишки ни компенсировать недостатки. Ладно с ней, с экологичностью, она отступает на второй план на фоне проблем с устойчивостью.
kuza2000
18.04.2022 14:38А если топливный бак с аммиаком вдруг потек, какие перспективы развития событий?
Wizard_of_light
18.04.2022 15:05Эвакуация порта и вызов бригады химзащиты, конечно. Но это если в порту, а самое веселье будет если бак посреди моря потечёт. Тайна "Марии Челесты", дубль два - "куда это они все попрыгали?".
Tiriet
18.04.2022 15:53если на кожу попадает жидкий- то вызывает ожоги. растворитель для многих видов органики. как газ- 4й класс опасности, то есть- почти безопасен, но жидкий- уже 2, высокоопасный.
pda0
18.04.2022 16:46+1Насчёт кожи не пробовал, но подойти к сосуду с аммиаком, откуда расходятся его пары… Это, так скажем, самый незабываемый опыт в жизни. :)
Radisto
18.04.2022 16:55+1Даже идея вылить в раковину 1% раствор аммиака оказалась не самым приятным опытом))
ru1z
18.04.2022 21:15Это резкие токсические эффекты высоких концентраций (а точнее очень высокой чувствительности к аммиаку и вообще к аминам у человека), но при этом влияние не особо пахнущих/резких нефтепродуктов на экологию — далеко не подарок.
А незабываемые впечатления можно испытывать от многих вещей. Например, если сухой лед остался только на дне бочки и вам приходится его набирать наклоняясь, то хотя углекислый газ не пахнет, но впечатления тоже незабываемые. Многое от количества зависит, те же инертные газы (да и природный тоже), при высоких концентрациях приводят к наркотическому эффекту или даже смерти.
Shmidtk Автор
18.04.2022 15:51Кажется никто аммиак для частного транспорта даже и не рассматривает. Серьезно смотрят на аммиак, как топливо для судов и самолетов. Для личного транспорта вполне подходят электрокары. А вот для судов этих батарей надо на пол грузоподъемности поставить, что убивает смысл грузовоза, а самолеты так вообще не смогут летать. Для судов похоже больше всего прогресса в части аммиака. А в масштабах судов, там у вас что не потечет, все экологическая катастрофа. Но как мы видим течет не так уж и часто, хотя и бывает.
Часть идеи и в синергии. Аммиака и так производится миллионы тонн и его уже умеют возить на судах. Так что вроде как мало надо модернизаций для использования его в качестве топлива.
VT100
18.04.2022 20:48Водяной пар, вообше-то — тоже парниковый газ.
При реакции угля с водой, как уже упомянули, получается не двуокись углерода, а горючий угарный газ. Он гаходит применение и сам по себе.
kostushka
19.04.2022 08:57+1Для начала - аммиак токсичен, вызывает отек легких и поражение нервной системы!
Далее, теплота сгорания аммиака крайне низкая*, открываем ученики химии, и видим, что чистый аммиак даже не дает самоподдерживающейся реакции горения, для устойчивого горения нужен дополнительный источник энергии, например, добавка другого горючего. Жидкий аммиак тем более трудногорючая субстанция, потому что гореть ему нужно в паровой (газовой) фазе, и теплового излучения горящих паров недостаточно для его испарения (хотя это плюс)
* теплота сгорания аммиака 18 МДж/кг, тогда как у метана 50, у водорода 130
ru1z
Jury_78
Может по весу... :)
tark-tech
Там, емнимс, проблема с утечками водорода через стенки и прочей гадостью типа наводораживания и растрескивания металла даже не в размере атома, а что-то там связанное с электронами и их взаимодействием.
ru1z
Гелий тоже просачивается, сложно его хранить и сжижать. Водород легче чем гелий, наверное давление выше, может быть с этим связано еще. А с электронами, это наверное больше про растворение во всяких металлах платиновой группы.
Serge3leo
Хм, а это ничего, что, как пишут, радиус атома водорода - 25 пм, а радиус атома гелия - 31 пм? ????
Что до молекулы H₂, то у неё размеры, как говорят, 25х74 пм, т.е., грубо говоря, она в «дырку» 25 пм тоже может пройти.
Смотрите там же: https://ru.wikipedia.org/wiki/Радиус_атома#Измерение_радиуса_атома_опытным_путём
ru1z
Ключевое здесь ковалентные радиусы и измеренные опытным путем, заодно посмотрите год той таблицы (и стандартное отклонение раз уж на то пошло).
en.wikipedia.org/wiki/Covalent_radius
Ну или если проще картинками, то
Serge3leo
Хм, ну давайте взглянем на эту таблицу и на эти стандартные отклонения:
H - 31 ± 5 пм;
He - 28 ± н/д пм;
Очевидно, что и согласно этой таблицы и этим стандартным отклонениям Вы всё равно не можете утверждать, что "наименьший размер не у водорода".
P.S.
А на картинке, похоже H - 31 ± 6 пм.
ru1z
Очевидно, что раз речь идет о водороде и конкретно молекулярном водороде H2, то вы легко можете нагуглить ковалентный радиус водорода в молекуле H2.
Сравнивать стандартные отклонения ковалентного радиуса с радиусом атома гелия, это любопытный конкурс.