Комментарии 53
Перечитал пост, и понял, что про Кулоновскую эффективность я лажу прогнал. Основное падения эффективности восстановления кислорода из-за высокого перенапряжения. Это когда термодинамически для восстановления надо 1.23 В, а кинетически реакция идет при 0.9 В. В итоге ток (т.е. количество электричества) остается такой же, а ЭДС ячейки падает, то есть падает выделяющаяся на единицу топлива энергия. А Кулоновская эффективность - это доля протекания целевой реакции, то есть 1 минус доля побочных. При восстановлении кислорода есть одна побочка - выделение перекиси водорода, но на платине она ничтожно мала.
проверять способность профессиональных водителей/машинистов/моряков безопасно работать с водородом. В случае личного транспорта это абсолютно нереально.
почему ? NamX HUV со сменными картриджами - никаких заправок газом, картридж вынул - вставил.
Сжать-то можно, вот только выше 250 бар при температурах близких к н.у. плотность метана почти не растет с повышением давления.
так там уже не газ, а газо-жидкость, насколько я помню.
Сверхтекучесть - это явление резкого увеличения коэффициента диффузии вещества (не обязательно газа) через материалы.
не только, но гелий и гелий-4 пропустим, но для занудства оставлю этот комментарий
Не представляет водородное охрупчивание сколько-нибудь значимой проблемы для баллонов.
при правильной эксплуатации и своевременном ТО.
Еще забыт пункт 6, работа сосудов под переменным давлением. Когда в сосуде то +200 .. +700 атмосфер, то ноль, и этот цикл идет раз в 2-3 дня, то необходимо сначала провести массовые испытания всей системы баллонов на количество циклов до начала протечек. В большей степени запорной арматуры, но в сборе.
И отдельно тесты работы системы понижения давления от +200 до рабочей.
маленькие ГАЭС неэффективны, поэтому их может себе позволить только государство, ну, возможно, крупнейшие госмонополии, а водородную буферную станцию - любое более-менее крупное предприятие.
ГАЭС это дорого, мыши могут пожрать дамбу. Может перекосить станцию. Утечки же водорода в малых размерах - это же не пропан и не кислород, чтобы стекать в низины и там копиться, он будет почти моментально улетать куда-то в атмосферу. И это не хлор, чтобы были какие-то серьезные проблемы, если вдруг все хранилище схлопнется \ протечет. Меры безопасности конечно нужны.
Но есть нюанс. На шахтах сколько раз уже было, что датчики метана заклеивают. если на каком-то хранилище водорода допустят его смешение с воздухом при неправильном обслуживании емкостей под давлением - как время от времени бывает с очисткой цистерн, то даже небольшая емкость 20*20*5 жахнет так, что мало не покажется. Значит, надо будет выносить куда-то подальше от города, в промзону \ на трассу.
Фактор дурака неизбежен, но, повторюсь - водород в промышленности хранят в больших объемах уже больше 100 лет. Было бы странно предполагать, что хранение водорода на буферной электростанции чем-то принципиально отличается от хранения на заводе. Даже больше - на заводе опаснее из-за соседства с другими источниками опасности.
Водород хранят в криогенных ёмкостях. Так значительно падает вероятность утечек и детонации всего обьёма сразу. В Корее ёмкость пустая так жахнула, что пролетела пару километров, обошлось без жертв, а что будет если полная?
А вообще, в транспорте водород, это дорого. Используют композитные баллоны и менять их каждые пять лет, если не ошибаюсь, очень накладно. А если накроется ячейка, то приплыли. Сейчас, их цена такова, что покупая машину, вы покупаете машину без топливной ячейки, а её вам как бы в аренду производитель даёт и в наличии для быстрой замены, она точно не будет у дилера.
Кроме платиновых катализаторов и щёлочи есть и другие варианты.
А так то, с щёлочью тихо опущен момент, что оно: "расплав солей", т.е. там температуры от 500 до 700 °С.
В других катализаторах "плохим газом" являются соединения серы, например.
Метановые заправки как-то в городах, с обвальцовкой заправок, не прижились. Да и схема заправки, когда всем выйти и спрятаться - не обнадёживает.
Какие 500 градусов, вы о чем? Водный электролит, комнатная температура: https://en.m.wikipedia.org/wiki/Alkaline_fuel_cell Molten salt ячейки это вообще другая история, и там не щелочь а смесь солей.
Метановые заправки в городе вполне себе прижились. В Питере у меня в пяти минутах ходьбы от дома была.
Почему? Метановых заправок в городах валом, есть даже приложение для смартфона показывающее где они.
буферных систем накопления энергии для сглаживания неравномерности генерации ВИЭ
Разве для этого используются топливные элементы? Насколько я знаю, водород просто подается на обычные газовые электростанции. Современные турбины могут работать на смеси природного газа и водорода в широких пределах, то есть не требуется практически никаких изменений инфраструктуры.
Эмм...ну я же пишу не про текущее состояние, а про перспективы. Но, кстати, уже есть несколько станций, где топливные ячейки используются. И ещë строят. У них КПД несколько выше, чем у ГТД, они линейно масштабируются.
Для турбин эл станций, вероятно, смысла в использовании водорода мало. Электростанции находятся в удалении от городов и не особо загрязняют городской воздух, а вот превращение метана в водород - очень большая потеря денег, что приведет к сильному росту цен на электроэнергию.
Но всё это мелочи по сравнению с главной проблемой водорода как транспортного топлива - он получается из метана.
Но это же не единственный способ его получения. То есть я точно знаю что у нас уже продаются системы где при помощи ВИЭ делают водород и используют его вместо аккумуляторов.
Допустим его начнут производить таким образом в больших объёмах там, где энергии из ВИЭ много и она дешёвая. Это будет вариант?
Это самый дешевый способ. Электролиз дороже. Поэтому заменять водородом метан как транспортное топливо бессмысленно. А в буферных системах метан водороду не конкурент.
Это самый дешевый способ. Электролиз дороже. Поэтому заменять водородом метан как транспортное топливо бессмысленно.
Он везде и всегда будет дороже? Даже если например электричество для электролиза будет бесплатным потому что идёт из "избытков" ВИЭ?
Кроме того метан он тоже не то чтобы на дороге валяется. И не то чтобы обязательно дешевеет с течением времени.
Насчет всегда говорить не буду, но пока что везде. Потому что излишки от ВИЭ - это не бесплатное электричество. Эта энергия в любом случае пойдет в буферную систему, и потом продастся. Тут надо оценивать, какая из буферных систем дает меньшие альтернативные издержки.
Электричество не может быть бесплатным. Хоть из ВИЭ, хоть из чего.
Если у вас ВИЭ в какой-то момент производят электричество, которое некуда девать, то его можно использовать для чего-то полезного. Например для получения водорода.
Чтобы было электричество, которое некуда девать, должен быть большой объем избыточной мощности ВИЭ, на производство которых нужно потратить кучу денег и энергии, что далеко не бесплатно. Для эффективного получения водорода электролизом нужно очень дорогое и сложное оборудование, которое тоже не бесплатно. Для эффективного хранения водорода нужно оборудование, позволяющее его сильно сжимать или даже лучше сжижать. И это тоже ВНЕЗАПНО, не бесплатно.
В общем, как в известном анекдоте про парижских женщин. Бесплатные женщины, конечно, у нас есть. Но они стоят дороже.
Чтобы было электричество, которое некуда девать, должен быть большой объем избыточной мощности ВИЭ
Да, и что? Если он уже есть, то он уже есть. А ВИЭ в принципе имеет смысл делать с определённым "запасом".
Для эффективного получения водорода электролизом нужно очень дорогое и сложное оборудование
Это уже отдельный вопрос, который мало что общего имеет с "бесплатностью" электроэнергии.
Если он уже есть
Что значит "если он уже есть"? А он сам собой от плесени бесплатно завелся? Или Аллах дал?
Это уже отдельный вопрос, который мало что общего имеет с "бесплатностью" электроэнергии.
Это никакой не отдельный вопрос. Цена электроэнергии как раз и складывается из расходов на ее получение, хранение и преобразование. Если смотреть по-вашему, то рыба в море тоже бесплатная. Только почему-то в магазине ее бесплатно отдавать отказываются.
Что значит "если он уже есть"?
Потому что даже нынешние объемы в подходящих условиях производят больше электричества чем готовы потреблять. Тут даже где-то на хабре рядом была статья что в Калифорнии это стало своеобразной "проблемой".
Это никакой не отдельный вопрос
Вполне себе. К "платности" или "бесплатности" электричества это отношения не имеет.
И вопрос как раз и заключался в том что окупится ли это если за электричество платить не надо.
Насколько я понимаю, водород был модной темой когда казалось что вот-вот будет термояд. А теперь его снова пиарят в связи с популярности ВИЭ и низкоуглеродной темой.
А в водородных накопителях энергии проблемыы CO2 быть не должно вовсе если хранить не только водород но и кислород полученный при электролизе.
Можно и так. Ответа на вопрос, что дешевле - хранить кислород или чистить воздух от СО2 - у меня нет.
Думаю, хранить кислород. Та же инфраструктура, что и для водорода - компрессоры и баллоны. Чтобы добыть кислород из воздуха, воздух надо криогенно сжижать - фазовый переход. Энергозатраты гораздо больше, чем на охлаждение компрессоров, где фазового перехода нет.
Кислород из воздуха выделять не надо. Надо только CO2 удалить.
Тогда расход должен быть пятикратный относительно кислорода - тут не возникнут никакие проблемы? Площадь поверхности электрода, например, или пропускная способность, или в целом ограниченная скорость реакции.
Нет. Азот-то не хемосорбируется на платине. А ячейки все равно работают в режиме кинетического контроля, грубо говоря, каждый активный сайт на катализаторе занят, а за забором очередь из молекул кислорода. Есть небольшой эффект за счет уменьшения парциального давления кислорода в смеси, но там крохи.
Намного больше проблем доставляют небольшие примеси отравляющих газов - углекислого газа, всяких там сероводородов.
Не сорбируется, но все равно ведь ненулевое время болтается возле платины, занимая место на поверхности, разве нет? Может я конечно что-то не понимаю в принципе работы ячейки, но по здравому смыслу 80% инертной примеси в реагенте явно ведь должно сильно ухудшать течение реакции?
Чтобы занять место на поверхности, надо сорбироваться. Азот не сорбируется. Точнее, сам по себе он сорбируется, но физической сорбцией, и изотерма сорбции у него 3-5 кДж моль-1. А у кислорода это около 20 кДж моль-1 (цифры примерные, лень гуглить). А изотерма сорбции под экспонентой в выражении для константы, поэтому разница в константе сорбции вылезает уже на несколько порядков. То есть эти 5 раз никак не могут забороть разницу в константах сорбции. Да, чуть-чуть подгаживают, но эффект не стоит того, чтобы ради его устранения тратиться на систему хранения кислорода. А главное - эффект проявляется в плотности тока, а не в перенапряжении. А небольшие изменения в плотности тока фиксятся экстенсивным путем.
Само давление увеличивается в 3.5 раза, но и толщина стенки раза в 2-2.5 увеличивается.
Почему только в 2-2,5 раза? При той же прочности материала стенки, она должна быть толще в 3,5 раза. Плюс, наверное, дополнительный запас прочности из-за повышения опасности.
Кудос автору за опровержение зеленушных истерик по поводу "ой он же утекает навсегда из атмосферы", "ой он же из любого баллона просочится наружу" и "ой он же всё охрупчит сразу же" (из предыдущей статьи по теме). Ну и за остальную техноту тоже, нонче на хабре такая глубина анализа -- редкость.
1 мм изнутри будет охрупчиваться минимум 10 лет.
Для баллона это ерунда, а вот для трубопровода...
Перечитал пост, и понял, что про Кулоновскую эффективность я лажу прогнал. Основное падения эффективности восстановления кислорода из-за высокого перенапряжения. Это когда термодинамически для восстановления надо 1.23 В, а кинетически реакция идет при 0.9 В. В итоге ток (т.е. количество электричества) остается такой же, а ЭДС ячейки падает, то есть падает выделяющаяся на единицу топлива энергия. А Кулоновская эффективность - это доля протекания целевой реакции, то есть 1 минус доля побочных. При восстановлении кислорода есть одна побочка - выделение перекиси водорода, но на платине она ничтожно мала.
Спасибо за статью! Очень увлекательно.
Отмечу только про китайские статьи из фотошопа 10 летней давности. Увы они никуда не делись. Более того, китайцы не только результаты и статьи подделывают, но и сами журналы. Постоянно сталкиваюсь с тематическими статьями по своему профилю из физрева или материаловедческого сообщества и только потом оьнаруживается, что это не тот физрев, а китайский, фейковый...
Раз водород сравнивается с метаном, было бы интересно почитать про перспективность использование метана в топливных ячейках. Ну и других газов/жидкостей. Что сейчас наиболее перспективно?.. Что является наиболее энергоёмким?..
Интересно, а тема с метановыми топливными элементами заглохла?
Спасибо за статью, много нового узнал для себя. Термояд походу не дождемся, будем ездить на газу или электричестве из газа))
Сверхтекучесть - это явление резкого увеличения коэффициента диффузии вещества (не обязательно газа) через материалы.
Что, простите?
А что вас не устраивает?
Никогда не видел подобного определения. Откуда оно?
Сверхтекучесть - это макроскопический квантовый эффект, который описывает состояние жидкости, при котором она теряет всякое внутреннее трение. Сверхтекучие вещества не обладают энтропией и имеют почти идеальную теплопроводность. Растворение же водорода в металлах не является квантовым эффектом, а классическим физико-химическим процессом.
Ок, спасибо, про сверхтекучесть прочитал. Действительно, это не сверхтекучесть, а газовая сверхпроницаемость. И там всë сложно. Надо читать.
Но это не так важно, потому что внешний эффект явления заключается именно в увеличении коэффициента диффузии. А причины этого явления находятся за пределами обсуждения в статье.
То есть, вы даете в статье а) некорректное определение явления сверхтекучести, которое б) не имеет никакого отношения к обсуждаемому эффекту? Иправьте, пожалуйста.
Эффект сверхпроницаемости здесь, вообще, мало смысла обсуждать, разве что привести для "общего развития". Он наблюдается для а) атомарного водорода с энергией порядка 1 эВ (что соответствует примерно 11000 К), и б) на мембранах толщиной в доли миллиметра, в основном из V, Nb и Ta. Для молекулярного водорода скоростьопределяющей стадией будет диссоциация молекулы H2 на поверхгности металла, поскольку растворяться может только атомарный водород.
del
Водорот выходит из Земли в больших объёмах, официального объяснения этому нет, но есть разные гипотезы, вот такая например - https://ru.wikipedia.org/wiki/Гипотеза_изначально_гидридной_Земли. Автор предполагал, что в районе Байкала вообще можно выкачивать газ по трубам из земли.Так что для водородной энергетике может быть место т.к. мы его, потенциально, можем много добывать.
Как правильно готовить водородную энергетику