El hidrógeno es el combustible del futuro.

Los proyectos sobre el uso del hidrógeno como combustible del futuro en nuestro país parecen estar pasando del ámbito de la ciencia ficción a uno práctico. Rusia, conocida como un importante proveedor en el mercado internacional de petróleo y gas, pronto suministrará hidrógeno a los mercados europeos. Sus ventas están empezando a crecer. Según los especialistas, para el año 2050 la necesidad de hidrógeno se multiplicará por diez y ocupará 15 - 20% del mercado energético mundial total. A partir de 2040, planean dejar de vender automóviles con motor de gasolina en el Reino Unido y Europa. Esta decisión debería estimular la evolución de la energía del hidrógeno y su componente técnico completo en su totalidad.

Tras haberse arremangado, los científicos atómicos rusos se están haciendo cargo. Entonces, al final de 2018, la corporación estatal Rosatom anunció su decisión de incluir la energía del hidrógeno en sus "áreas prioritarias para el desarrollo tecnológico como parte de un proyecto nacional sectorial". Y VNIIAES JSC actúa como el principal cliente de soluciones técnicas para las necesidades de energía de hidrógeno atómico.


Aquí será importante aclarar que para los especialistas de la industria atómica, el hidrógeno es más bien un subproducto del proceso tecnológico, como lo es el gas asociado de los trabajadores de la industria petrolera. Acumulando, se vuelve peligroso y es más fácil de quemar que de encontrar algún uso práctico. Oh, no es de extrañar que la mezcla de hidrógeno con oxígeno se llame "gas detonante". Incluso una pequeña concentración de oxígeno en el hidrógeno lo hace explosivo. En las centrales nucleares de tipo WWER en el núcleo del reactor y en el sistema de contención, la radiólisis en agua ocurre con la evolución del hidrógeno. Para neutralizar este peligroso fenómeno y garantizar la seguridad contra explosiones de las centrales nucleares, se utilizan varios sistemas de control y limpieza de gases. VNIIAES JSC se dedica al desarrollo de tales sistemas, con una gran experiencia en la dirección de la energía del hidrógeno y un gran número de sus propios desarrollos. El hidrógeno se neutraliza de varias maneras, pero más a menudo se quema.

El sistema "postcombustión de hidrógeno" equipó algunas centrales nucleares en la parte europea de Rusia:
Kola NPP - unidad de potencia 4;
Rostov NPP - unidad de potencia 2;
Balakovo NPP - unidad de potencia 4;
Novovoronezh NPP - unidad de potencia 2;
Kalinin NPP - Unidad de potencia 3.

Aparentemente, las mentes brillantes de los científicos nucleares resolvieron este problema de la misma manera que el conocido personaje de la película "Prisionero del Cáucaso": "¡Quien nos moleste nos ayudará!"

¿Por qué debería quemarse el hidrógeno en vano? Los científicos atómicos han decidido cuándo ganar dinero vendiéndolo. Además, en Europa ahora la demanda aumenta cada año.

Durante 2019, JSC VNIIAES planea formar aplicaciones para proyectos avanzados y estudiar los requisitos técnicos de generación de hidrógeno, almacenamiento y tecnología de transporte.

Se planifican los siguientes desarrollos innovadores:
• compresor de termo-absorción de hidruro metálico con presión de hidrógeno en la salida de 80 MPa y rendimiento de 108 nm3Н2 / hora;
• generador de electrolizador-hidrógeno con 108 nm3 Н2 / rendimiento por hora;
• instalaciones para la producción de aleaciones (sorbentes) con una capacidad de 500 kg / día;
• Unidad de producción de metilciclohexano mediante hidrogenación de tolueno y un centro logístico para el transporte y entrega de productos VKEK (hidrógeno / oxígeno) a los consumidores y un centro de hidrógeno.

También es de destacar el problema que existe en los sistemas de energía con un horario de carga desigual durante el día. Las cargas máximas durante el día se alternan con el consumo en la noche. Al cambiar una parte de la energía de la central nuclear a la generación de hidrógeno durante períodos de bajo consumo, será posible igualar los gráficos de consumo de energía. El modo de operación con una distribución de carga uniforme es el más preferible para todos los equipos eléctricos generadores.

En uno de los proyectos, se está resolviendo la posible recarga de la capacidad de generación de parte de la central nuclear en la parte europea de Rusia para la producción de hidrógeno comercial para las necesidades de los consumidores. Para estos fines, se están considerando la central nuclear Kola y la Akademik Lomonosov, que actualmente se está preparando para la puesta en marcha de la central nuclear flotante (central térmica nuclear flotante). En el verano de 2019, se planea que la central nuclear flotante se ubique frente a la costa de la Región Autónoma de Chukotka, en el puerto de Pevek. Se planea que la central nuclear flotante pueda reemplazar dos grandes instalaciones eléctricas: la central nuclear Bilibino y la central nuclear de Chaunskaya.


El hidrógeno es el combustible del futuro.

FNPP “Akademik Lomonosov” - central térmica flotante nuclear


La declaración decía:
"El hidrógeno se puede utilizar para alimentar camiones en celdas de combustible de hidrógeno, como refrigerante en puntos autónomos de producción de electricidad y calor para áreas remotas".


En cuanto al calor generado por la combustión de hidrógeno con oxígeno, vale la pena señalar la alta temperatura de combustión de esta mezcla (casi 3000 grados Celsius) con la liberación de una gran cantidad de energía (hasta 24 000 J / G). Esta propiedad se utiliza en la fusión de metales refractarios, cuarzo, etc., para crear aleaciones, corte y soldadura de metales. La combustión de hidrógeno no produce la formación de sustancias nocivas, sino que solo se forma agua.

Detengámonos por separado en las células de combustible de hidrógeno, para que el lector pueda entender lo que se dice. Se puede imaginar una batería con una carga "infinita", en la que la fuente de energía no son los componentes que conforman la batería, sino los gases que fluyen constantemente a través de ella: hidrógeno y oxígeno. Se produce una reacción oxidativa dentro de la celda de combustible (2H2 + O2 → 2H2O), y la fuente de corriente es el movimiento de electrones en el medio iónico. El catalizador utilizado aquí es platino costoso, pero pronto los científicos planean reemplazarlo con materiales más baratos basados ​​en nanotecnología.


Celda de combustible alimentada por hidrógeno y oxígeno.



Principales aplicaciones de las pilas de combustible de hidrógeno.


Esto no es ficción. Hace unos años, comenzó la primera producción en serie de un automóvil que funciona con hidrógeno. El coche tenía un "motor" híbrido de electrohidrógeno. La energía es producida por la reacción oxidativa del hidrógeno en un generador electroquímico. En lugar de gases de escape nocivos - agua.


Toyota Mirai - un coche impulsado por hidrógeno


Conoce al Toyota Mirai (que significa "el futuro"). Potencia del motor 154 hp, par 335 Nm. Tiempo de aceleración del automóvil de 0 a 100 km / h de todos los segundos de 9. El llenado con hidrógeno lleva hasta 5 minutos. La máquina tiene un cilindro de alta presión 2 con una capacidad de litros de hidrógeno 60 y 62,4. Por cierto, ahora casi todos los principales fabricantes de automóviles lideran su desarrollo de celdas de combustible. El principal obstáculo para el desarrollo de esta dirección es la falta de un número suficiente de estaciones de llenado de hidrógeno, pero esto es algo nuevo.

Así es como se ve en la realidad en todo el mundo.












Operan estaciones móviles de llenado de hidrógeno (Australia)


Los alemanes incluso lanzaron un kit para niños. H2 Sprinter, que es un conjunto de: un automóvil de carreras con una celda de combustible de hidrógeno, recarga de hidrógeno (electrolizador) y un módulo solar que produce electricidad para la electrólisis.

Los niños vertieron agua del grifo en la gasolinera, esperaron a que el sol hiciera todo el trabajo, reabastecieron de combustible y condujeron esta máquina con combustible de hidrógeno.


Set de juego infantil H2-Sprinter


En Estados Unidos, Hyundai ofrece a sus clientes en Tucson FCEV para repostar con hidrógeno de forma gratuita.


Hyundai Tucson FCEV en hidrógeno


¿Y qué, volvemos a llegar tarde a esta "celebración de la vida"? ¿Dónde están nuestros diseños?

Sobre esto con más detalle puedes leer aquí.

Coche "Antel"

Una serie de coches experimentales "Antel": hubo un proyecto doméstico con la participación de institutos y empresas de investigación nacionales (como AvtoVAZ, RSC Energia, etc.). Al desarrollar "Antel-1" sobre la base de VAZ-2131, todos los componentes principales, desarrollados, por cierto, para los "Burans", se colocaron en el maletero. Además del hidrógeno, los cilindros de oxígeno estaban ubicados en el automóvil, lo que hacía que su operación fuera insegura. Además, había petróleo junto al oxígeno, lo que aumentaba el riesgo de incendio y explosión.


Auto 2131TE Celda de combustible Antel-1 (Moscow Motor Show 2001.)


El siguiente automóvil fue desarrollado sobre la base de VAZ-2111, pero lo más importante es que se deshicieron de los explosivos cilindros de oxígeno, reemplazándolos con un compresor de aire. El coche se ha vuelto mucho más fácil y ha mejorado su rendimiento. Kilometraje del vehículo a 350 km, velocidad máxima a 100 km / h. El volumen total de cilindros de hidrógeno - 90 l. La potencia máxima de un motor eléctrico es 90 kW.


Auto 2111TE "Antel-2" (Salón del automóvil de Moscú, 2003 g.)


Lo más probable es que los opositores del proyecto fueran las compañías petroleras más grandes o nuestros peores amigos, los "socios occidentales", aunque formalmente la financiación de estos desarrollos en la VAZ en 2004 se suspendió debido a la "difícil situación financiera". Y cuando en el año 2005 cambió la gestión de la fábrica de automóviles, el proyecto de Antel redujo completamente sus actividades.

Ahora miramos con envidia los autos extranjeros con celdas de combustible de hidrógeno, cuando podríamos adelantarlos a su debido tiempo. En otros países, ya se han creado trenes eléctricos, yates e incluso aviones sobre celdas de combustible de hidrógeno. Sí, nos superaron de nuevo.

Nuestro presidente habló recientemente de la necesidad de un "avance tecnológico" en el desarrollo del país, ¡así que estas tecnologías! Si no los implementamos, esto no detendrá el desarrollo progresivo de las tecnologías de hidrógeno en todo el mundo. Y, sin embargo, me gustaría esperar que no solo vendamos nuestros recursos de hidrocarburos o hidrógeno a otros países, sino que nosotros mismos podamos usar plenamente las "altas tecnologías" de nuestra propia producción.
autor:
Kantemirov Victor
Fotos utilizadas:
atomic-energy.ru, feedcars.ru, nr-portal.ru, ecology.md, buildinggreener.us, pbs.twimg.com, hheating.ru, nanometer.ru, modeli-vaz.ru, schulz.st autotopik.ru
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