ВодородътВодородът – – новото новото

горивогориво

Александър ПоповАлександър Попов ( (Българска Българска академия на наукитеакадемия на науките) ) ииЦвети Цветков Цвети Цветков ((Химикотехнологичен и Химикотехнологичен и металургичен университет)металургичен университет)

Общ преглед:Общ преглед: Въведение – защо водородВъведение – защо водород?? Приложение на водородната Приложение на водородната

енергияенергия

• Двигатели с вътрешно горенеДвигатели с вътрешно горене

• Горивни елементи и видове горивни Горивни елементи и видове горивни елементиелементи

Производство на водородПроизводство на водород Инфраструктура на водородната Инфраструктура на водородната

енергетикаенергетика

Един от критериите за Един от критериите за развитието на едно развитието на едно

общество еобщество е количеството количеството

консумирана енергияконсумирана енергия

Европа – 573 млрд.Европа – 573 млрд.WW, ,

с тенденция за с тенденция за повишаване с 1,8% на повишаване с 1,8% на

година.година.

0

200

400

600

800

1000

1200

1940 1960 1980 2000 2020 2040 2060 2080 2100

Ръст на потреблението на Ръст на потреблението на електроенергия електроенергия

(в милиона барела на ден в нефтен (в милиона барела на ден в нефтен еквивалент)еквивалент)

CC + О + О22 СО СО22 + + QQ

От къде идва От къде идва тя?тя?

IrVIS 2CO VISVISible – ible – видимвидим IInfra nfra rred – ed – инфрачервенинфрачервен

Парников ефектПарников ефект

Тенденция на отделяне на Тенденция на отделяне на СОСО22 в Европа, в Европа,в млрд. тонав млрд. тона

0.9

1.5

3.6

0

1

2

3

4

1985 сега (573 GW)

2025

Глобално повишаване на Глобално повишаване на температурата за последните температурата за последните

70 год.– 70 год.– около 1,8 около 1,8 ººСС;;

Повишаване на морското Повишаване на морското равнище с 22равнище с 22 cm cm при тези темпове при тези темпове на повишаване на температурата на повишаване на температурата

на въздуха с 1,8 на въздуха с 1,8 ººСС;;

Глобално повишаване на Глобално повишаване на температурата на морската температурата на морската вода от 1995г.вода от 1995г. с с 0,06 0,06 ººСС;;

Други емисии:Други емисии:

(N(NxxOOyy, SO, SO22, SO, SO33) + H) + H22O O киселинакиселина

CO + Hb CO + Hb карбоксикарбокси Hb Hb

сажди – смогсажди – смог

Ръст на потреблението Ръст на потреблението на горива в последно на горива в последно

време (млн. време (млн. t)t)

0

1000

2000

3000

4000

5000

1900 1920 1940 1960

общовъглищанефтдърва

Темпове на консумация Темпове на консумация на природни ресурсина природни ресурси

% от общите запаси на % от общите запаси на ЗемятаЗемята

8 8 държавидържави – 81% – 81% течните гориватечните горива

6 6 държавидържави – 70% – 70% природен газприроден газ

8 8 държавидържави – 89% – 89% въглищавъглища

АЕЦ – в далечна АЕЦ – в далечна перспектива перспектива

суровините са проблем, суровините са проблем, а продуктите са проблем а продуктите са проблем

и в момента;и в момента;

ВЕЦ – вече няма ВЕЦ – вече няма голяма голяма възможност възможност

за развитие.за развитие.

Възобновяеми Възобновяеми източници на токизточници на ток

Вятър, слънце, океани (вълни, Вятър, слънце, океани (вълни, приливи/ отливи)приливи/ отливи)– Технически не достатъчно Технически не достатъчно

разработени;разработени;– Непостоянни във времето.Непостоянни във времето.

ТЕЦ (отпадъци) – не решава ТЕЦ (отпадъци) – не решава проблема с въздуха.проблема с въздуха.

Новата формула на Новата формула на горенегорене

НН22 + + ½½ОО22 НН22О + О + QQ

Къде има водород?Къде има водород?

11//22 от масата на от масата на Слънцето и Слънцето и

звездитезвездите

основна съставна основна съставна част на част на

междузвездното междузвездното пространствопространство

“радиационен слой”“радиационен слой”

2/2/3 3 от земната от земната

повърхност е водаповърхност е вода

Водородната Водородната икономикаикономика

ПроизводствоПроизводство

СъхранениеСъхранение

ДоставкаДоставка

ПриложениеПриложение

Водородна Водородна икономика - схемаикономика - схема

Водородна икономика - Водородна икономика - инвесицииинвесиции

8 130340

1200

240

0

500

1000

1500

1988-1992 1999-2002

2003-2007

САЩ Япония

Инвестиции в мил. евро

БългарияБългария

Ограничени залежи на Ограничени залежи на въглеродни горивавъглеродни горива

Задължение да затвори 3-ти и Задължение да затвори 3-ти и 4-ти блок на АЕЦ “Колзодуй”4-ти блок на АЕЦ “Колзодуй”

Българско Водородно Българско Водородно ОбществоОбщество

Приложение - Приложение - ДВГ:ДВГ:

Водородът – 3 пъти Водородът – 3 пъти по-калорично горивопо-калорично гориво

Незамърсяващ околната Незамърсяващ околната средасреда

Очаква се да достигне Очаква се да достигне ефективността на най-ефективността на най-добрите дизелови двигателидобрите дизелови двигатели

ДВГ с газова уредба ДВГ с газова уредба на водородна водород

Приложение - ГЕПриложение - ГЕ

1 1 molmol водород + 0.5 водород + 0.5 molmol кислород = кислород = 53 53 AhAh

ГЕ - предимстваГЕ - предимства Коефициент на полезно действие:Коефициент на полезно действие:

Конвенционални:Конвенционални: (КПД = 10 – 40%) (КПД = 10 – 40%)

Горивни елементи: (КПД > 90%)Горивни елементи: (КПД > 90%)

Безшумни и безотпадни;Безшумни и безотпадни; Не изразходват гориво на празен Не изразходват гориво на празен

ход.ход.

Хим. Проц.

Топлина Мех. Движ.

Електричество

Хим. Проц.

Електричество

Кратка Кратка историяистория

II вово съобщение за Н съобщение за Н22-О-О22 ГК батерия – ГК батерия – Гроув, Гроув, 1842г.1842г.

II вава реализация на Н реализация на Н22-О-О22 ГК батерия – ГК батерия –Бейкън, Бейкън, 120120 години по-късно. години по-късно.

II виви Н Н22-тръбопровод, пуснат в експлоатация -тръбопровод, пуснат в експлоатация Европа, Европа, 1938г.1938г.

II ви ви малък автобус на горивни елементи – малък автобус на горивни елементи – САЩ, 1993г.САЩ, 1993г.

ГЕ – направление на ГЕ – направление на развитие развитие

Нови катализаториНови катализатори

Кислородния електрод Кислородния електрод (катод)(катод)

Водородния електрод Водородния електрод (анод)(анод)

Електролитна средаЕлектролитна среда

ГЕ - видовеГЕ - видове Алкални ГЕ (Алкални ГЕ (AFC)AFC)

ГЕ с протоннообменна мембрана ГЕ с протоннообменна мембрана ((PEMFC)PEMFC)

Директни метанолови ГЕ (Директни метанолови ГЕ (DMFCDMFC))

Фосфорнокисели ГЕ (Фосфорнокисели ГЕ (PAFC)PAFC)

ГЕ със стопен карбонат (ГЕ със стопен карбонат (MCFCMCFC))

Твърдооксидни ГЕ (Твърдооксидни ГЕ (SOFCSOFC))

Водородно Водородно технологии - схематехнологии - схема

ГЕ - системиГЕ - системи Стек от ГЕ в Стек от ГЕ в

пакет (батерия)пакет (батерия)

РезервоарРезервоар

ПомпаПомпа

КомпресорКомпресор

ОвлажнителОвлажнител

ТоплообменникТоплообменник

Алтернатор Алтернатор (пост/пром. ток)(пост/пром. ток)

ЕлектропроводницЕлектропроводниции

Електромотор/Електромотор/консуматорконсуматор

Контролни Контролни устройства и др.устройства и др.

ГЕ - приложениеГЕ - приложение Генератори и батерииГенератори и батерии

Аварийни ситеми и Аварийни ситеми и непрекъсваеми устройстванепрекъсваеми устройства

Мобилни устройстваМобилни устройства

Автомобилостроене и транспортАвтомобилостроене и транспорт

Приложения - Приложения - генераторигенератори

Батерии и генератори на основа ГЕ

Аварийно захранване и непрекъсваеми устройства

Захранване на подемници и електромобили

ТранспортнТранспортни и

устройства устройства на ГЕна ГЕ

Градско минибусчеГрадско минибусче

дължина: 5дължина: 5mm вместимост: 22вместимост: 22

човекачовека пробег: 200пробег: 200kmkm max max скорост: 33 скорост: 33

km/hkm/h мощност: 25мощност: 25kWkW съхранение: под съхранение: под

наляганеналягане

НисаНисанн

Водород - Водород - съхранениесъхранение

Под налягане (до 70Под налягане (до 70MP)MP)

Течно състояние Течно състояние (криогенни резервоари)(криогенни резервоари)

ХидридиХидриди

АбсорбентиАбсорбенти

РеформингРеформинг

Транспорт и Транспорт и съхранение съхранение

в течно в течно състояниесъстояние

Водород - Водород - производствопроизводство

РеформингРеформинг

ЕлектролизаЕлектролиза

БиомасаБиомаса

Производство - Производство - реформингреформинг

Производство - Производство - електролизаелектролиза

H2 О2

H2

О

H2

О

Производство - Производство - PEMPEM

PEM горивни елементи се използват за евтино и ефективно генериране на водород (твърдофазен електролит)

Производство – Производство – биомасабиомаса

Термохимично разлаганеТермохимично разлагане

Фотосинтез от Фотосинтез от микроорганизми и микроорганизми и ензимиензими

ИнфраструктураИнфраструктура Инсталации за Инсталации за

получаване на водородполучаване на водород СъхранениеСъхранение ИзползванеИзползване Разпределение и Разпределение и

транспорттранспорт КонсумацияКонсумация

ГазостаГазостанции на нции на водородводород

Газостанции в Газостанции в ЕвропаЕвропа

НорвегиНорвегияя

програма за програма за прокарване прокарване

на на водородни водородни газопроводгазопроводи в Северна и в Северна

ЕвропаЕвропа

Благодаря Благодаря за за

вниманиетовниманието!!