Блог им. TraderPY

Экологические проблемы сжигания водорода

Все мы знаем формулу Н2О. Некоторые еще знают, что при сжигании водорода выделяется энергия (около 140 МДж/кг). Особо упоротые еще знают, что водород производят на водородных станциях, а кислород на кислородных станциях.
Еще кто-то слышал, что это самое экологичное топливо, так как выхлоп целиком состоит из водяного пара Н2О.
На этом «знания» заканчиваются.

Про то, что водяной пар — это главный парниковый газ я писал тут: 
https://smart-lab.ru/blog/659641.php
 
Теперь перейдем непосредственно к самому процессу сжигания.
Приблизительно процесс описывается формулой 2H2 + O2 = 2H2O + E
Проблема в том, что при сжигании водорода используют не чистый водород, а атмосферный воздух.
атмосферный воздух состоит из азота на 78%, кислорода на 21 % — кислород. 1% приходится на другие газы, включая ныне нелюбимый всеми СО2.

Так что же происходит?
Всё дело в том, что при температуре горения более 600 оС, а особенно после 1500оС начинается реакция азота и кислорода:
Экологические проблемы сжигания водорода
тепловой эффект реакции −180,9 кДж
NO не имеет запаха, но при вдыхании может связываться с гемоглобином, подобно угарному газу переводя его в форму, не способную переносить кислород.
При комнатной температуре и атмосферном давлении происходит окисление NO кислородом воздуха:
Экологические проблемы сжигания водорода

Оксид азота (IV) NO2 (диоксид азота; двуокись азота) в высоких концентрациях раздражает лёгкие и может привести к серьёзным последствиям для здоровья. NO2 соединяется с водой, хорошо растворяется в жире и может проникать в капилляры лёгких, где он вызывает воспаление и астматические процессы. Концентрация NO2 свыше 200 ppm считается летальной, но уже при концентрации свыше 60 ppm могут возникать неприятные ощущения и жжение в лёгких. Долговременное воздействие более низких концентраций может вызывать головную боль, проблемы с пищеварением, кашель и лёгочные заболевания.
В клинике острого отравления оксидами азота различают четыре периода: латентный, нарастания отёка лёгких, стабилизации и обратного развития[3]. В скрытом периоде мнимого благополучия, который может продолжаться 4—12 часов, больного может беспокоить конъюнктивит, ринит и фарингит за счёт раздражения слизистых оболочек, проявляющиеся кашлем, слезотечением, общим недомоганием, однако его общее состояние в целом удовлетворительное. Затем состояние больного ухудшается: по мере развития отёка лёгких появляется влажный кашель со слизистой или кровянистой мокрота, одышка, цианоз, тахикардия, субфебрильное или фебрильное повышение температуры. Возникает чувство страха, психомоторное возбуждение и судороги. В отсутствие квалифицированной медицинской помощи это может привести к летальному исходу.

 Токсичность! Оксид азота (II) — ядовитый газ с удушающим действием.


Ответствен за смог!
 Смог — это чрезмерное загрязнение воздуха вредными веществами, выделенными в результате работы промышленных производств, транспортом и теплопроизводящими установками при определённых погодных условиях. Выбросы NOx считаются одной из основных причин образования фотохимического смога:
Экологические проблемы сжигания водорода

ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BC%D0%BE%D0%B3
Но это мелочи!
Соединяясь с парами воды в атмосфере, NOx образуют азотную кислоту, и, вместе с оксидами серы, являются причиной образования кислотных дождей.
Лес после кислотного дождя:
Экологические проблемы сжигания водорода

Именно по оксидам азота сильно ударили экологические нормы ЕВРО, начиная с ЕВРО-3:
Экологические проблемы сжигания водорода
ru.wikipedia.org/wiki/%D0%95%D0%B2%D1%80%D0%BE-6

И так, а что же при сжигании водорода?
Температура более 1500 градусов, что приводит к недопустимо высоким выбросам NOx!!!

при горении водорода в воздухе достигается температура около 2000°С.

(Кстати, эти любимые всеми клапана EGR в автомобилях как раз и призваны снижать образование оксидов азота)

Особо забавно читать выводы по эксплуатации экспериментальных энергических установок на водороде:

Газовая турбина на водороде

Ключевая технология, необходимая для масштабного использования водорода в газовой электроэнергетике, – водородная турбина. По оценке компании Mitsubishi Hitachi Power Systems (MHPS), на существующих газотурбинных установках можно увеличить долю водорода до 20% в смеси его с природным газом без существенных изменений в конструкции. MHPS успешно испытала в Японии сверхмощную газовую турбину серии J в работе на топливной смеси из природного газа (70%) и водорода (30%). Испытания были проведены на заводе в Такасаго на парогазовой установке мощностью 700 МВт (КПД – 63% с температурой газов после камеры сгорания ГТУ – 1600°C). Для сжигания топлива использовались горелки с вихревым перемешиванием. Благодаря водороду выбросы CO2 сократились на 10%, а выбросы оксидов азота, по мнению компании, «остались на удовлетворительном уровне».

www.ngv.ru/magazines/article/vodorodnaya-energetika-mify-i-realnost/

Т.е. если мы меняем смесь природного газа и водорода на (60%) и (40%), то очевидно что выбросы оксидов азота, даже по мнению компании оказываются уже на каком-то совершенно неприличном уровне!

Кроме того, водород чрезвычайно взрывопожароопасен!
10 июня 2019 года на водородной заправочной станции компании Uno-X в Саннвике (Норвегия) произошёл мощный взрыв, причиной которого послужила утечка водорода из баллона высокого давления. В результате взрыва не было погибших, однако воздействие взрыва было столь велико, что ощущалось как землетрясение в радиусе 28 километров. 
norwaytoday.info/news/explosion-sandvika-hydrogen-tank/

Кстати, ранее именно из-за оксидов азота был похоронен проект автомобиля на газотурбинном двигателе:


★5
47 комментариев
водяной пар..
хм.
посмотрел на датчик влажности воздуха 
20%.
включил увлажнитель.
летом ок 30%

влажно там где влажно.
а где не влажно — там и не влажно.
тут вам не питер. хоть 10 установок поставить — полупустыня этого не заметит.

так что ваш водяной пар — это процесс жизни планеты, а человеческий фактор в его производстве это как пукнуть на сквозняке. на сотую долю секунды может и будет заметно.

avatar
товарищ масон, излишки выльются дождем, без проблем. А вот про оксид азота — интересно, не знал. Значит нужны фильтры, его улавливающие, или  чистым кислородом сжигать.
avatar
Sergey_Sergeevich, чтоб промышленно получать кислород, нада много электричества,  и опять упирается в углеводородные тепловые электростанции. 
avatar
Спицин Дмитрий, АЭС вас чем не устраивают? 
avatar
Sergey_Sergeevich, АЭС успешно снабжают нас электроэнергией без костылей
avatar
Павел, АЭС в машину не засунешь (дорого, неэффективно). Ключевое слово — мобильность. 
avatar
Sergey_Sergeevich, нормально можно засунуть реактор и в машину. Это не делают по другим причинам
avatar
Павел, я не говорил что не возможно! Дорого и неэффективно. Одна БЗ только серьезно увеличит массу. Да и других проблем куча. 
avatar
Sergey_Sergeevich, фильтры невозможны. Нужны катализаторы.
Чистый кислород и чистый водород вместе хранить нельзя. Иначе может рвануть покруче чем в Бейруте раз в 10
avatar
Павел, катализаторы… Фильтры… Ну вы же поняли что я имею в виду. Изделие для уменьшения концентрации оксида азота. 
avatar
товарищ масон, так и углекислый газ — это процесс жизни планеты
avatar
Павел, 
и на его количество в атмосфере человек не влияет.
слишком мЕлок человечишко.
avatar
товарищ масон, а как же налог воздух? Человек выдыхает СО2 — парниковый газ! Выдохнул — заплати!
avatar
А топливные элементы кто придумал? Пушкин?
avatar
Анатолий, глава Tesla Илон Маск, считает, что автомобильные и бытовые водородные двигатели — это тупиковый путь.
avatar
Планируется Генерация ВИЭ  день ночь с водородными аккумуляторами замкнутого цикла. В ЦК не дураки сидят — ночь полетите!

От водородной генерации пока открещиваются, это наши свою заинтересованность демонстрируют. Я так понимаю


А Маску — вот когда круизный лайнер сделает на 5000 пассажиров, тогда поговорим.
avatar
MPlus, какие такие водородные аккумуляторы? Это уже фантазии!
avatar
MPlus, на картинке бред полный нарисован.
КПД топливного элемента сколько? 40-50%?
электролит топливного элемента — это экологично?
Водород где хранить? Там такой маленькой бочки не хватит.
Где вы столько спецов возьмете на электролизеры?

И картинка не полная! Топливный элемент вырабатывает постоянный ток. Как вы собираетесь его в ЛЭП запихнуть?
avatar
Павел, вроде как есть устройства по переводу постоянного тока в переменный, но это ахренеть как дорого будет:)
avatar
Владимир, инвертор называется, у меня в машине лежит. А еще на аккумуляторах подводные лодки могут работать, там тоже  есть преобразователи. 
avatar
Sergey_Sergeevich, да может всё работать на постоянном токе дома, кроме холодильника и стиральной машины
avatar
Павел, может, но зачем? Промышленности заточена на переменный. Акк. это резервный/ аварийный источник питания 
avatar
Sergey_Sergeevich, не промышленность, а асинхронные двигатели переменного тока, коих 90%.
Постоянный ток лучше в быту — это хранить добыть легко, легко и дёшево хранить
avatar
Павел, а асинхронные двигатели переменного тока не промышленность выпускает? 
avatar
Sergey_Sergeevich, почему в метро используют постоянный ток? И много где на Ж/Д?
avatar
Павел, не интересовался. 
avatar
MPlus, слышали мы эти сказочки. Про атом, потом про термояд…
avatar
Павел, корейцы на днях поставили рекорд, токамак работал 20 сек, термояд всё ближе
avatar
emc2, не смешно
avatar
Павел, какие шутки, всё круто и настолько же серьёзно, это действительно рекорд, который показывает, что идеи из 1950х человечество наконец-то может как-то реализовать.

Корейский токамак KSTAR, если кому интересно.
avatar
emc2, Еще лет 100, и рекорд подрастет до 30 секунд))
avatar
Но с электромобилями такая же проблема, что баланс по ущербу экологии и баланс по экономической эффективности не сходятся, а кого это останавливает?
avatar
Сергей Семин, с электромобилями все хорошо в парке аттракционов:
avatar
Павел, в смысле, что весь этот бред с электромобилями — это просто для отвлечения внимания и перехвата контроля за остатками нефти? Как-то уже слишком масштабно, заигрались в электро, аж глава Тойоты не сдержался :)
avatar
Кроме того, водород чрезвычайно взрывопожароопасен!

А насколько бензин чрезвычайно взрывоопасен по сравнению с дровами и углем. И все же перешли на бензин как топливо для автомобилей.

Использование водорода как моторного топлива потребует иных технологий и культуры использования.
avatar
sergik99, не стоит забывать что очень много машин ездят на метане, тот же сжатый взрывоопасный газ, разве что у водорода требуется меньше энергии для подрыва «гремучей смеси», нижний придел взрываемости ~3% от объема. против ~5% у метана, ну и вылезут всякие ништяки на типа наводороживание стали и как следствие потеря механических свойст. Про давление в баллонах и энергии их разрушения нечего сказать не могу.
avatar
sergik99, бензин взрывается при контакте с воздухом?
avatar

Металогидриды
1 объем палладия поглощает до 900 объемов водорода
Глянте патент, в аккумуляторе НКБН 25 УЗ скапливалось 800 литров водорода.


findpatent.ru/patent/267/2671322.html
avatar
Makc%, это же всё очень дорого и в массовый сегмент не пойдет
avatar

«атмосферный воздух состоит из азота на 78%, кислорода на 21 % — кислород. 1% приходится на другие газы, включая ныне нелюбимый всеми СО2.

Так что же происходит?
Всё дело в том, что при температуре горения более 600 оС, а особенно после 1500оС начинается реакция азота и кислорода:
» 
Двс работающий на метане, бензине, дизеле тоже потребляет атмосферный воздух, температура в камерах сгорания до 2000С, где обещанные кислотные дожди ?

ну и на счет «Про то, что водяной пар — это главный парниковый газ я писал тут: 
https://smart-lab.ru/blog/659641.php» вы представьте площадь мирового океана, рек и озер сколько они испаряют воды в час? + сколько грунтовой влаги испаряют леса? даже при выдохе у всех теплокровных идет испарение воды.

Ну и на предприятиях давно есть нормы по выбросу оксида азота, иногда его восстанавливают до молекулярного азота.

В общем привет с кафедры ОХТ.
avatar
ДискоЖаба, можно я не буду на этот высер отвечать?
Привет с кафедры энергетики!
avatar
Павел, ну а все же, условия горения примерно одинаковые, оба двигателя сжигают атмосферный воздух с содержанием азота в 78%, так почему же двс на водороде должны загрязнять окружающею среду оксидами азота, а двс на углеводородах не должны?
avatar
ДискоЖаба, В двигателе бензин горит в среднем при температуре 900-1100 градусов.


avatar
Павел, еще рас прошерстил интернет, температура 1800-2000, от куда данные про 900-1100?
avatar
ДискоЖаба, температура 1800-2000 — это метан
avatar

теги блога Павел

....все тэги



UPDONW