211service.com
Ūdeņraža ekonomika bez piesārņojuma? Ne tik drīz
Padomājiet par ūdeņradi — tīru nākotnes degvielu. Tas sadedzina ar skābekli, veidojot ūdens tvaikus un tikai ūdens tvaikus — bez sodrējiem, bez slāpekļa oksīdiem, bez oglekļa dioksīda, un tas var izraisīt siltumnīcas sasilšanu. Savā vēstījumā par stāvokli Savienībā janvārī prezidents Bušs paziņoja par nozīmīgu jaunu iniciatīvu. Viņš ierosināja 1,2 miljardu dolāru finansējumu pētniecībai, kas, viņaprāt, ļautu ASV ieņemt vadošo pozīciju pasaulē tīru, ar ūdeņradi darbināmu automašīnu izstrādē. Šā jaunā federālā atbalsta mudināts, Bušs sacīja, ka mūsu zinātnieki un inženieri pārvarēs šķēršļus šo automašīnu nogādāšanai no laboratorijas uz izstāžu zāli, lai pirmā automašīna, kuru vadīja šodien dzimis bērns, varētu darboties ar ūdeņradi un bez piesārņojuma. Viņa pārsteiguma paziņojums saņēma entuziastiskus aplausus.
Tagad šeit ir pesimistiskāks skatījums uz ūdeņraža ekonomiku: milzīgas atklātās raktuves rada rētas daudzās Pensilvānijas, Ilinoisas, Jūtas un Kolorādo daļas. Katru gadu atmosfērā tiek izmesti miljardi tonnu oglekļa dioksīda no iekārtām, kas ražo ūdeņradi, sadedzinot fosilo kurināmo ogles, naftu un dabasgāzi.
Kur ir patiesība? Neapšaubāmi, kaut kur pa vidu, bet tas, iespējams, ir saistīts ar spēcīgu fosilā kurināmā sadedzināšanu.
Galvenais fakts ir šāds: ūdeņradis nav enerģijas avots. Tas ir tikai veids, kā to uzglabāt un transportēt. Lai gan ūdeņradis ir visizplatītākais elements Visumā (un tuvākajā apkārtnē tas veido 90 procentus no Saules un Jupitera atomiem), uz Zemes praktiski nav ūdeņraža gāzes. Mūsu gravitācija ir tik vāja, ka būtībā viss mūsu pirmatnējais ūdeņradis, izņemot to, kas saistījās smagākos savienojumos, izplūda kosmosā pirms miljardiem gadu. Tātad ūdeņraža degviela ir jāražo, ekstrahējot to no ūdens un metāna. Jūs saņemat no ūdeņraža degvielas tikai to enerģiju, ko ieguldāt ieguvē, vai no oglekļa sadedzināšanas procesā.
Ūdeni var sadalīt ūdeņradī un skābeklī ar elektrisko strāvu, ko sauc par elektrolīzi. Arī vienkāršs karstums palīdzēs. Virs 2700 C ūdens spontāni sadalās. Pie pietiekami karstas uguns (piemēram, Kuveitas naftas urbumā) ūdens sadalās un pēc tam atkal apvienojas, kad tas atdziest virs akas.
Bet ūdens sadalīšana ir dārga, un mums nav vajadzīgs skābeklis. Ir daudz lētāks veids, kā ražot ūdeņradi: izsmidziniet tvaiku uz karstām oglēm, un izplūst galvenokārt ūdeņraža gāze (40 procenti) un oglekļa monoksīds (50 procenti), maisījums, kas pazīstams kā ūdens gāze. Tas ir lētākais ūdeņraža iegūšanas veids. Diemžēl kopā ar to iegūtais oglekļa monoksīds ir ļoti indīgs. Lai iegūtu pēdējo enerģijas daļu, oglekļa monoksīdu var sadedzināt, un tas pārvērš to siltumnīcefekta gāzē oglekļa dioksīdā.
Ūdens gāzes ražošana nopietni sākās 1870. gados. Otra izplatītā ražotā gāze tolaik bija ogļu gāze, ko ieguva no bitumena oglēm, karsējot tās bezskābekļa vidē. Ogļu gāze tika izmantota ielu lampās un mājās, un bīstamāko ūdens gāzi izmantoja rūpniecība. Ūdens gāze joprojām tiek plaši izmantota tērauda ražošanā un tā sauktajā Fišera-Tropša procesā, ko izmanto sintētiskā benzīna un spirtu ražošanai.
20. gadsimta 20. gados atklājot lielas pazemes metāna rezerves, tika nodrošināta lētāka alternatīva akmeņogļu gāzei. Tā kā tas netika ražots, to sauca par dabasgāzi, un šis nosaukums tiek lietots arī mūsdienās. Metāns arī aizstāja ogles ūdens gāzes ražošanā. Tāpat kā ar oglēm, ražojot ūdeņradi no metāna, tiek iegūts bagātīgs oglekļa monoksīds, kas pēc sadegšanas kļūst par oglekļa dioksīdu.
Bet ziņas nebūt nav sliktas. Par to pašu piegādāto enerģiju, ražojot ūdeņradi no metāna, atmosfērā tiek izgāzts apmēram uz pusi mazāk oglekļa dioksīda nekā fosilā kurināmā dedzināšana. Tas lielā mērā ir tāpēc, ka uz ūdeņradi balstīti kurināmā elementi ir efektīvāki nekā iekšdedzes dzinēji. Turklāt tiek īstenotas nopietnas pētniecības programmas, lai atrastu veidu, kā piesaistīt oglekļa dioksīdu neatkarīgi no tā, vai tas nāk no ūdeņraža ražošanas vai jebkura cita procesa, kurā tiek sadedzināts fosilais kurināmais. Viens lēts risinājums varētu būt to aprakt izsmeltos gāzes un naftas urbumos. Tomēr mana pesimistiskā likme ir tāda, ka sekvesterēšana būs dārga. Politiķi izvēlēsies izmest oglekļa dioksīdu atmosfērā un maksāt slēpto piesārņojuma cenu, nevis lūgs sabiedrībai maksāt avansu par sūkni.
Tomēr ūdeņradis ir tālu no ideālas automašīnu degvielas. Pat visblīvākajā formā (šķidrumā) ūdeņradim ir tikai viena trešdaļa enerģijas uz litru nekā benzīnam. Ja to uzglabā kā saspiestu gāzi 300 atmosfēru temperatūrā (praktiskāka iespēja), tā nodrošina mazāk nekā vienu piekto daļu enerģijas uz tilpumu kā benzīns. Šāds zems enerģijas blīvums nozīmē, ka ar ūdeņradi darbināmā automašīnā degvielas uzglabāšana aizņemtu daudz vietas, vai arī neliela degvielas tvertne ievērojami ierobežotu transportlīdzekļa diapazonu starp uzpildīšanas reizēm. Tehnoloģija, kas tiek izstrādāta, lai nodrošinātu lielāku spiedienu, padarītu ūdeņraža automašīnas pievilcīgākas.
Zināmās ASV dabasgāzes rezerves beigsies pēc dažām desmitgadēm vai ātrāk, ja mēs to sāksim izmantot automašīnām. Šķiet, ka galvenais ūdeņraža ekonomikas virzības pieņēmums ir pārliecība, ka Amerikas Savienotajās Valstīs un visā pasaulē pastāv milzīgas, neatklātas dabasgāzes rezerves. Bet pat tad, ja šī pārliecība izrādās nepareiza, mēs vienmēr varam atgriezties pie ūdeņraža iegūšanas no oglēm; mums ar to pietiek simtam, ja neiebilstam par atklātajām raktuvēm.
Es uzskatu, ka ūdeņraža ekonomika ir neizbēgama. Acīmredzot arī lielie investori, kas veido ostas iekārtas liela apjoma sašķidrinātās dabasgāzes importam nākotnē.
Es arī uzskatu, ka ūdeņradis tiks ražots ar vislētāko metodi. Īstermiņā mēs varētu atgriezties pie elektrolīzes, ko darbina elektrība no atomelektrostacijām. Pašlaik kodolenerģija ir dārga, manuprāt, galvenokārt noteikumu dēļ, ko nosaka uztvertais radioaktivitātes risks. Tomēr es domāju, ka oglekļa dioksīds atmosfērā rada daudz lielākus ilgtermiņa draudus videi un veselībai nekā atomelektrostacijas. Mēs piedzīvojām kodolenerģijas briesmas Černobiļā. Uz oglekli balstītai ekonomikai Černobiļas ekvivalents nav tikai globālā sasilšana; tas ir karš. Mēs to redzējām Irākā. Līdz ar to es dodu priekšroku kodolenerģijas ražotajam ūdeņradim, nevis metānam.
Kad ar saules enerģiju ražotā elektroenerģija kļūst lētāka nekā dabasgāze vai ogles, mēs varam atstāt fosilo kurināmo zemē un iegūt labāko no visām pasaulēm. Lēta saules enerģija ir neizbēgama, un mums nebūs jāapmet Kalifornijas štats ar saules baterijām, lai izbaudītu tās priekšrocības. Vienā kvadrātkilometrā saules gaismas ir 1000 megavati saules enerģijas, kas ir līdzvērtīgs lielai atomelektrostacijai. Pat ja tikai 10 vai 20 procenti no saules gaismas tiek iegūti kā elektrība, saules bateriju platība nebūs daudz lielāka par to, ko mēs pašlaik veltām atomelektrostacijām, gāzes vai ogļu stacijām. Enerģiju var uzglabāt naktī (un mākoņainās dienās) ūdeņradi. Saules nākotne tuvojas.
Ūdeņraža ekonomikas izveide ir labs mērķis. Taču tuvākajā laikā, neņemot vērā kodolenerģijas atjaunošanos, pāreja uz ūdeņradi, iespējams, nozīmēs pieaugošu atkarību no importētās dabasgāzes un nepārtrauktu atmosfēras piesārņojumu ar oglekļa dioksīdu. Neskatoties uz prezidenta Buša optimismu, maz ticams, ka pirmās mūsdienu bērnu automašīnas tiks darbinātas ar tīri ražotu ūdeņradi. Bet varbūt viņu bērnu mašīnas būs. Un ilgtermiņā mūsu pāreja uz ūdeņradi varētu atvieglot pāreju uz ekonomiku, kas darbināma ar saules enerģiju.