5.7: Інші альтернативні відновлювані джерела енергії

Last updated
Save as PDF

Page ID: 28782

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

5.7.1: Водень

Газ водню може стати важливим чистим паливом майбутнього. Водень вважається енергоносієм, як електрика і батареї, він несе енергію, яку можна перетворити для використання пізніше. Газ водню, як правило, не існує вільно, а навпаки, атоми водню зв'язуються з іншими атомами, а молекули входять у все, від води до органічних сполук. Тому для отримання газу водню для палива потрібна енергія, щоб змусити ці речовини вивільнити свої атоми водню. Одна з таких процедур відома як електроліз, при якому через воду пропускається електричний струм для розкладання молекули води на кисень і водень (рис.\(\PageIndex{1}\)). Водень також можна отримати з вуглеводнів, таких як природний газ та вугілля, бродіння рослинних відходів та використання водоростей.

Нація Ісландії намагається стати першою енергетичною економікою на основі водню, використовуючи свої рясні геотермальні енергетичні ресурси. Деякі експерти з енергетики вважають, що поєднання водневого палива та електроенергії може послужити основою для чистої, безпечної та енергоефективної енергетичної системи. Електроенергія, вироблена з переривчастих відновлюваних джерел, таких як вітер та сонячна енергія, може бути використана для виробництва водневого палива для паливних елементів, які потім генерують електроенергію для живлення транспортних засобів, комп'ютерів, теплових будинків та багатьох інших цілей. Енергетична система на основі водню полегшить залежність від іноземного палива та допоможе боротися зі змінами клімату. Водень є найпоширенішим елементом у Всесвіті, і ми ніколи не вичерпаємо його.

Знімок екрана (65) .png — Малюнок\(\PageIndex{1}\): а) Електричний струм, що проходить через воду, що призводить до відділення атомів водню від кисню для отримання водневого палива. б) Електролізер, який використовується у виробництві водню компанією CambridgeBayWeather. Після виробництва водень використовується для надування повітряних куль, до яких прикріплений радіозонд. Вироблений кисень вентилюється назовні.

Паливні елементи

Паливні елементи - це високоефективні електростанції, які виробляють електроенергію, використовуючи водневе паливо в хімічній реакції, яка є зворотним процесом електролізу, який виробляв водневе паливо (рис.\(\PageIndex{2}\)). Енергія виділяється екзотермічною електрохімічною реакцією, яка поєднує іони водню та кисню через електролітний матеріал для отримання електроенергії та тепла. Розроблено експериментальні паливні елементи, здатні живити автомобілі (рис.\(\PageIndex{2}\)).

Знімок екрана (66) .png — Малюнок\(\PageIndex{2}\): Електрохімічні процеси, що показують, як водневе паливо поєднується з киснем, що генерує теплову енергію разом з водою як відпрацьованим продуктом. Деякі транспортні засоби, які використовують паливний елемент, включають автобуси (фото водневий паливний автобус на Тауерському мосту Лондон, фото Шлам Г.), автомобілі (автомобіль Toyota Fine N на основі технології паливних елементів, фото Кріса 73, CC BY-SA 3.0) і мотоцикли (Suzuki Burgman паливних елементів модель відрізу, показана тут, Фото Маріо CC BY-SA 3.0) .

Виклики водню

В даний час інфраструктура для використання водневого палива не вистачає, і перетворення такої країни, як США, на водень, вимагатиме масового та дорогого розвитку об'єктів для виробництва, зберігання, транспортування та забезпечення палива. Вплив на навколишнє середовище виробництва водню залежить від джерела матеріалу, який використовується для постачання водню. Наприклад, джерела біомаси та викопного палива призводять до викидів на основі вуглецю. Деякі дослідження показують, що витік водню від його виробництва, транспортування та використання може потенційно руйнувати стратосферний озон. Дослідження цього ще тривають.

5.7.2: Електромобілі

Електромобілі - це транспортні засоби, які виключно залежать від електрики для роботи. Вони заряджаються за допомогою джерел енергії викопного палива (рис\(\PageIndex{3}\). А), але вони дуже ефективні. Хоча це може здатися науковою фантастикою, електромобіль вже тут, і був тут протягом останніх ста років. Основна проблема електромобіля полягає в тому, що він не може зайти дуже далеко, перш ніж його потрібно буде зарядити, що займає від трьох до шести годин. Були досліджені різні моделі (рис.\(\PageIndex{3}\) b), але наразі більшість автомобілів обладнані як гібрид із резервним резервуаром з використанням викопного палива.

Знімок екрана (67) .png — Малюнок 5.7.3: а) Цей електромобіль RevAI заряджається на вулиці в Лондоні. (кредит: Френк Хебберт). б) 1985 Mercedes-Benz/Alpha Real «Тур де Соль» Solarmobile; побудований для 1985 Tour de Sol Centennial ралі, сонячної автомобільної гонки від Боденського озера до Женевського озера.