Атомно-воднева енергетика

А́томно-водне́ва енерге́тика — напрям водневої енергетики, що використовує як носій енергії водень, добутий із використанням атомних або термоядерних енергетичних установок.

Структура

Атомно-воднева енергетика включає:

  • добування водню з води та іншої природної сировини з використанням атомних або термоядерних (їх ще розробляють) енергетичних установок;
  • зберігання водню в газуватому та скрапленому станах або у вигляді штучно одержуваних хімічних сполук;
  • транспортування водню до споживача з малими втратами.

Характеристика

Використання водню зумовлене його екологічною безпечністю. У цієї речовини найвищий з усіх хімічних сполук питомий енерговміст, висока теплопровідність, низька в’язкість, необмежені запаси сировини. Водень може бути використаний як паливо в багатьох хімічних і металургійних процесах, в авіації й автотранспорті, як самостійне паливо, а також у вигляді добавок до моторного пального.

Виробництво водню

Традиційні способи добування водню, засновані на електролізі води, для атомно-водневої енергетики економічно не вигідні, тому її становлення передбачає вдосконалення й розроблення нових, нетрадиційних, із використанням ядерної й сонячної енергії. Одне з таких удосконалень ґрунтується на каталітичній (див. Каталіз) конверсії природного газу та газів нафтопереробки (див. Нафтопереробна промисловість), яку проводять у киплячому шарі каталізатора. Тепло до каталізатора підводять від високотемпературного газоохолоджуваного ядерного реактора (ВТГР), що забезпечує високі температури теплоносія (близько 1 000 °С). На 2021 реактори типу ВТГР перебувають на стадії промислового впровадження. Застосування цього методу дасть змогу більш ніж удесятеро збільшити об’ємну швидкість процесу, знизити температуру в хімічному реакторі на 150 °С, зменшити витрати на виробництво водню на 20–25 %. Перспективним є використання термохімічних способів виробництва водню на основі високотемпературних процесів із використанням тепла від ВТГР і кераміки на основі ZrО2 з добавками оксидів металічних елементів, переважно Y2О3, CaО, Sc2О3 як електролітів. За використання такого методу витрати електроенергії на 30–40 % менші порівняно з традиційним способом, температура процесу становить 800–1 000 °С, досяжний рівень витрат електроенергії на добування водню об’ємом 1 м3— 2,5 кВт · год за густини струму 3–10 кА/м2.

Зберігання й транспортування водню

Для зберігання й транспортування водню можливе використання твердих гідридів металічних (ГМ) та інтерметалічних (ГІМ) елементів, здатних реагувати з великими кількостями водню за невисоких температур і тисків. Із ГІМ найперспективнішими є сполуки на основі Ti, Fe, Mg, Ni, La й V. Вони здатні накопичувати водень об’ємом до 400 см3 у гідриді масою 1 г, виділяють його за нагрівання до порівняно низьких температур (150–200 °С) і відносно дешеві. Для зберігання ГІМ розроблено спеціальні ємності — гідридні баки, які можуть бути використані, зокрема, на автотранспорті. Їх установлюють на автомобілі й обігрівають відпрацьованими газами двигуна: гідрид розкладається з виділенням водню, який надходить у двигун як добавка до бензину. Розробляють методи зберігання й транспортування водню за допомогою карбонових (вуглецевих) нанотрубок, які можуть накопичувати водень, маса якого становить до 10 % від їхньої маси.

Перспективи розвитку

На 2021 атомно-водневу енергетику розглядають як перспективну технологію; способи добування, зберігання й транспортування водню ще перебувають на стадії дослідно-конструкторських розробок і лабораторних досліджень.

У 2020 ЄС визначив Україну одним із партнерів у розвитку Водневої стратегії; спільно з Європейською економічною комісією ООН (англ. UNECE) та Програмою розвитку ООН (англ. UNDP) провадиться робота з розробки дорожньої карти розвитку сфери виробництва та використання водню в Україні із врахуванням міжнародного досвіду та стандартів.

Література

  1. Легасов В. А. Атомно-водородная энергетика и технология : в 8 вып. Москва : Атомиздат, 1978. Вып. 1. С. 11–36.
  2. Щур Д. В. Углеродные наноматериалы и фазовые превращения в них. Днепропетровск : Наука и образование, 2007. 680 с.
  3. Verfondern K. Nuclear Energy for Hydrogen Production. Jülich : Forschungszentrum, Zentralbibliothek, 2007. 199 p. URL: http://juser.fz-juelich.de/record/58871/files/Energietechnik_58.pdf
  4. Naterer G. Hydrogen Production from Nuclear Energy. Berlin : Springer, 2015. 508 p.

Автор ВУЕ

В. І. Ткаченко


Покликання на цю статтю

Покликання на цю статтю: Ткаченко В. І. (Енергетика) Атомно-воднева енергетика // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Атомно-воднева енергетика (дата звернення: 26.02.2021).


Оприлюднено

Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено:
15.02.2021

Офіційний телеграм-канал ВУЕОфіційний телеграм-канал ВУЕ