Pembangkit listrik hidrogen — tren dan prospek

Meskipun pembangkit listrik tenaga nuklir telah lama dianggap sangat aman, kecelakaan di pembangkit listrik tenaga nuklir Fukushima Jepang pada tahun 2011 sekali lagi memaksa para insinyur energi di seluruh dunia untuk memikirkan kemungkinan masalah lingkungan yang terkait dengan jenis energi ini.

Pemerintah di banyak negara, termasuk sejumlah negara UE, telah menyatakan niat yang jelas untuk mentransfer ekonomi mereka ke energi alternatif, tidak menyisihkan investasi, menjanjikan miliaran euro untuk industri ini selama 5-10 tahun ke depan. Dan salah satu jenis alternatif yang paling menjanjikan dan ramah lingkungan adalah hidrogen.

Jika batu bara, gas, dan minyak benar-benar habis, maka hidrogen tidak terbatas jumlahnya di lautan, meskipun tidak disimpan di sana dalam bentuk murni, tetapi dalam bentuk senyawa kimia dengan oksigen - dalam bentuk air.

Hidrogen merupakan sumber energi yang paling ramah lingkungan. Memperoleh, mengangkut, menyimpan, dan menggunakan hidrogen membutuhkan perluasan pengetahuan kita tentang interaksinya dengan logam.

Ada banyak masalah di sini.Berikut adalah beberapa di antaranya yang menunggu solusinya: produksi isotop hidrogen yang sangat murni menggunakan filter membran (misalnya, dari paladium), pembuatan baterai hidrogen yang menguntungkan secara teknologi, masalah memerangi biaya bahan hidrogen, dll.

Keamanan lingkungan dari hidrogen, dibandingkan dengan jenis sumber energi tradisional lainnya, tidak ada yang meragukan: produk pembakaran hidrogen lagi-lagi adalah air dalam bentuk uap, sementara itu sama sekali tidak beracun.

Hidrogen sebagai bahan bakar dapat dengan mudah digunakan di mesin pembakaran internal tanpa perubahan mendasar, begitu juga di turbin, dan lebih banyak energi yang diperoleh daripada bensin. Jika panas spesifik pembakaran bensin di udara sekitar 44 MJ / kg, maka untuk hidrogen angkanya sekitar 141 MJ / kg, lebih dari 3 kali lipat. Produk minyak bumi juga beracun.

Penyimpanan dan pengangkutan hidrogen tidak akan menimbulkan masalah khusus, logistiknya mirip dengan propana, tetapi hidrogen lebih mudah meledak daripada metana, jadi masih ada nuansa di sini.

Solusi penyimpanan hidrogen adalah sebagai berikut. Cara pertama adalah kompresi dan pencairan tradisional, ketika diperlukan untuk memastikan suhunya yang sangat rendah untuk mempertahankan keadaan cair hidrogen. Ini mahal.

Cara kedua lebih menjanjikan - ini didasarkan pada kemampuan beberapa spons logam komposit (paduan vanadium, titanium, dan besi yang sangat berpori) untuk secara aktif menyerap hidrogen dan, pada pemanasan rendah, melepaskannya.

Perusahaan minyak dan gas terkemuka seperti Enel dan BP secara aktif mengembangkan energi hidrogen saat ini.Beberapa tahun lalu, Enel Italia memulai pembangkit listrik tenaga hidrogen pertama di dunia, yang tidak mencemari atmosfer dan tidak mengeluarkan gas rumah kaca. Tetapi titik bakar utama ke arah ini terletak pada pertanyaan berikut: bagaimana cara membuat produksi industri hidrogen lebih murah?

Masalahnya adalah elektrolisis air membutuhkan banyak listrik, dan jika produksi hidrogen dialirkan secara tepat melalui elektrolisis air, maka bagi perekonomian di satu negara metode produksi industri hidrogen ini akan sangat mahal: tiga kali, jika tidak empat kali lipat , dalam hal panas ekuivalen pembakaran produk minyak bumi Selain itu, maksimum 5 meter kubik gas per jam dapat diperoleh dari satu meter persegi elektroda dalam elektroliser industri. Ini lambat dan tidak praktis secara ekonomi.

Salah satu cara yang paling menjanjikan untuk menghasilkan hidrogen dalam volume industri adalah metode plasma-kimia. Di sini, hidrogen diperoleh lebih murah daripada elektrolisis air. Dalam plasmatron non-kesetimbangan, arus listrik dilewatkan melalui gas terionisasi dalam medan magnet, dan reaksi kimia terjadi dalam proses transfer energi dari elektron yang "dipanaskan" ke molekul gas.

Suhu gas berkisar dari +300 hingga +1000 ° C, sedangkan laju reaksi yang mengarah pada produksi hidrogen lebih tinggi daripada elektrolisis. Metode ini memungkinkan untuk mendapatkan hidrogen, yang ternyata dua kali (bukan tiga kali) lebih mahal daripada bahan bakar tradisional yang diperoleh dari hidrokarbon.

Proses plasma-kimia berlangsung dalam dua tahap: pertama, karbon dioksida terurai menjadi oksigen dan karbon monoksida, kemudian karbon monoksida bereaksi dengan uap air, yang menghasilkan hidrogen dan karbon dioksida yang sama pada awalnya (tidak dikonsumsi, jika Anda melihat seluruh transformasi loop).

Pada tahap percobaan - produksi plasma-kimia hidrogen dari hidrogen sulfida, yang tetap menjadi produk berbahaya di mana-mana dalam pengembangan ladang gas dan minyak. Plasma yang berputar hanya mengeluarkan molekul belerang dari zona reaksi dengan gaya sentrifugal, dan reaksi kebalikan dari konversi menjadi hidrogen sulfida tidak termasuk. Teknologi ini menyamakan harga hidrogen yang dihasilkan dengan bahan bakar fosil jenis tradisional, selain itu, belerang ditambang secara paralel.

Dan Jepang telah melakukan pengembangan praktis energi hidrogen saat ini. Kawasaki Heavy Industries dan Obayashi berencana untuk mulai menggunakan energi hidrogen untuk menggerakkan kota Kobe pada tahun 2018. Mereka akan menjadi pionir di antara mereka yang benar-benar akan mulai menggunakan hidrogen untuk produksi listrik skala besar, tanpa emisi berbahaya.

Pembangkit listrik hidrogen 1 MW akan dibangun langsung di Kobe, yang akan memasok listrik ke pusat konvensi internasional dan kantor kerja untuk 10.000 penduduk lokal. Dan panas yang dihasilkan di stasiun dalam proses menghasilkan listrik dari hidrogen akan menjadi pemanas yang efisien untuk rumah dan gedung perkantoran setempat.

Turbin gas yang diproduksi oleh Kawasaki Heavy Industries tentunya tidak akan disuplai dengan hidrogen murni, melainkan dengan campuran bahan bakar yang hanya mengandung 20% ​​hidrogen dan 80% gas alam.Pabrik tersebut akan mengkonsumsi setara dengan 20.000 kendaraan sel bahan bakar hidrogen per tahun, namun pengalaman ini akan menjadi awal dari pengembangan tenaga hidrogen utama di Jepang dan sekitarnya.

Cadangan hidrogen akan disimpan langsung di wilayah pembangkit listrik, dan bahkan jika terjadi gempa bumi atau bencana alam lainnya, bahan bakar akan tersedia di stasiun, stasiun tidak akan terputus dari komunikasi vital. Pada tahun 2020, pelabuhan Kobe akan memiliki infrastruktur untuk impor hidrogen besar karena Kawasaki Heavy Industries berencana mengembangkan jaringan besar pembangkit listrik hidrogen di Jepang.