Tapk Ekologija.lt bendruomenės nariu - Prisijunk su Facebook   arba Registruokis

Vandenilis – ateities dujos?

Autorius: ekologija.lt
Data: 2012.02.22 08:04

Reitingas:
475/0

Kamilė SAKALAUSKAITĖ

Terminas „vandenilio ekonomika“ pirmą kartą pavartotas 1970 m. Teksaso A&M universiteto profesoriaus John Bockris kalboje. Minėtos srities šalininkai skatina šio cheminio elemento, kaip potencialios varomosios jėgos, naudojimą įvairiose pramonės ir individualios veiklos srityse. Tinklalapio world-nuclear.org duomenimis, vandenilio dujos yra vertinamos kaip potencialus ateities transporto sistemos kuras, o jų produkcijos reikalingumas gali viršyti net šiuo metu sunaudojamos elektros energijos poreikį. Šių dujų naudojimas energijos gavimui ir kaupimui yra puiki alternatyva aplinką teršiančio iškastinio kuro vartojimui, todėl vandenilio ekonomika laikoma efektyviu sprendimu gamtosaugos ir energijos poreikių patenkinimo atžvilgiu.

Kodėl vandenilis?

Vandenilio naudojimas žymiai sumažina taršą. Šio elemento susijungimo su deguonimi metu susidaro energija bei aplinkai žalos nekeliantys šalutiniai produktai – vanduo ir šiluma. Priešingai nei iškastinio kuro vartojimo metu, neišskiriamos šiltnamio efektą sukeliančios dujos ar kitos pavojingos cheminės medžiagos. JAV Aplinkos apsaugos agentūros duomenimis, šioje šalyje per dieną sunaudojama maždaug 20 mln. barelių naftos ir 1 mln. tonų anglių kasmet. Daugiau nei 90 % šiltnamio efektą sukeliančių dujų, taip pat azoto oksidų, sieros dioksido, lakiųjų organinių junginių, sunkiųjų metalų ir kt. išsiskiria iškastinio kuro naudojimo metu. Šiais metais minėtos agentūros iniciatyva priimtas įstatymas, įpareigojantis 27 JAV valstijas žymiai sumažinti taršos rodiklius ir atitikti nacionalinius oro kokybės standartus (NAAQS). Vienu iš būdų, kuris galėtų padėti pasiekti šiuos reikalavimus, nurodomas vandenilinio kuro naudojimas.

Vandenilį galima išgauti iš daugelio šaltinių bei įvairiais būdais: generuojant iš gamtinių dujų, 1300º C temperatūroje vykdomoje anglies monoksido ir vandens reakcijoje, pasitelkiant anglies gazifikavimo arba vandens elektrolizės metodus ir kt. Galima biologinė šio cheminio elemento gavyba: iš dumblių bioreaktoriuje. Tinklalapio hydrogenenergycenter.org teigimu, žaliųjų dumblių terpėje pašalinus sierą fotosintezės metu paprastai išskiriamą deguonį pakeičia vandenilis. Taip pat šios dujos išgaunamos naudojant biologines atliekas: angliavandeniais maitinamos bakterijos išskiria anglies dvideginį ir vandenilį. Paprastai vandenilio tankis yra labai žemas, todėl norint sutalpinti į naudojimui tinkamą talpą, tenka jį suspausti. Suskystinant (atšaldant) šias dujas sunaudojamas trečdalis turimos jų energijos, o efektyvios medžiagos, užimančios mažai vietos ir leidžiančios didesnį kiekį vandenilio išlaikyti kieto būvio, kol kas nesurastos.

Alternatyvių vandenilio išgavimo būdų ieškoma iki šiol. Vasaros pabaigoje Kentukio ir Luisvilio universitetų mokslininkai nustatė, jog šį elementą iš vandens galima išgauti naudojant saulės šviesą. Jų teigimu, fotokatalizė šiuo metu yra viena iš aktualiausių temų mokslo pasaulyje, o šis naujas vandenilio išgavimo būdas gali turėti nemažą įtaka chemijos, fizikos bei inžinerijos sritims.

Naudojimo būdai

Raide H žymimas elementas naudojamas daugelyje cheminių procesų, tokių kaip naftos perdirbimas, amoniako gamyba, jo yra visose rūgštyse ir bazėse. Kadangi vandenilis labai degus, ypač jei sumaišomas su grynu deguonimi, jis naudojamas kaip raketų kuras. Deja, 1986m. JAV raketos „Space Shuttle Challenger“ vandenilio degalų bake atsitiktinai įsižiebus liepsnai, įvyko sprogimas, nei vienas įgulos narys neišgyveno. Avarinių situacijų, susijusių su neatsargiu ir neapgalvotu vandenilio naudojimu, būta ir anksčiau. XX a. pradžioje Vokietijoje sukonstruoti tvirti dirižabliai, pavadinti zeppelins („cepelinais“) ir naudoti žmonių bei krovinių transportavimui visoje Europoje. Didžiausias iš jų (Hinderburg), kirtęs Atlanto vandenyną 17 kartų, nesėkmingai nusileido Mančesteryje: elektros kibirkštis, uždegusi vandenilio sistemą, susprogdino „cepeliną“ bei nusinešė daugelio keleivių gyvybes. Po šio įvykio vandenilis dirižabliuose buvo pakeistas helio dujomis, naudojamomis iki šiol. Tai parodė, jog šios dujos yra pavojingos ir neatsargiai jas naudojant gali sukelti dideles nelaimes. Nepaisant to, netrukus buvo atrastas būdas panaudoti vandenilio energiją kariniams tikslams. Nustatyta, jog vandenilį šildant labai aukštoje, Saulės temperatūroje, susiformuoja helio branduoliai ir vykstant sintezei susikuria milžiniška, termobranduolinė energija. Panaudojus šios energijos galią, buvo išrasta vandenilinė, daug galingesnė už atominę, bomba. Pirmasis tokio tipo sprogmuo sukurtas 1952 m. JAV, praėjus metams – ir Rusijoje (tuometinėje SSRS).

Vandenilis taip pat naudojamas kaip varomoji transporto priemonių jėga. Tokių automobilių gamyba prasidėjo 1807 m. Nuo pirmojo vandeniliu varomo „Rivaz“ automobilio, sukurto šveicaro Francois Isaac de Rivaz, iki Musashi suprojektuotų „GM Electrovan“ modelių vandenilio transporto priemonių gamyba augo nepaprastai greitai. Los Alamos nacionalinės laboratorijos (LANL) duomenims, skirtingai nei daugelis šiuo metu rinkoje esančių hibridinių ir „žaliųjų“ automobilių, vandeniliniu kuru varomos mašinos nedaro jokio neigiamo poveikio aplinkai. JAV Aplinkos apsaugos agentūra tikina, jog iškastinį kurą naudojančios transporto priemonės kasmet į aplinką „išmeta“ 1,5 mlrd. šiltnamio efektą sukeliančių dujų (anglies dioksido ir monoksido, azoto oksido, mikroskopinių kietųjų dalelių ir kt.), taigi perėjimas prie vandenilį naudojančių automobilių galėtų išspręsti šią problemą. Dėl šių, bei, žinoma, ekonominių priežasčių daugelis transporto priemones gaminančių bendrovių, norėdamos kuo efektyviau panaudoti vandenilio energiją, stengiasi kurti bei integruoti naujas vandenilio dujų vartojimo sistemas. Didžiausios problemos, su kuriomis susiduria kūrėjai – mažas energijos kiekis tūrio vienete, didelis šio kuro talpų svoris ir spaudimas jose, sudėtingos transportavimo ir saugojimo sąlygos bei didelių investicijų poreikis. LANL specialistų teigimu, nepaisant to, jog JAV vyriausybė jau prieš dvejus metus nutraukė finansavimą vandenilinio kuro sistemų kūrimui, o prioritetą suteikė elektra varomų ir hibridinių transporto priemonių raidai, vandenilinio kuro sistemas turinčių automobilių naudojimas turėtų pradėti plisti nuo 2050 m.

Vandenilinis kuras Lietuvoje

2007 m. spalio pabaigoje Šiaulių universiteto Botanikos sode pristatytas pirmasis Lietuvoje sukurtas vandeniliu varomas automobilis, kurį sukonstravo Šiaulių universiteto Gamtos mokslų fakulteto dekanas Alfredas Lankauskas. Pasak mokslininko, pasaulyje šiuo metu spendžiama energijos iš atsinaujinančių šaltinių problema, kalbama ir apie vandenilio, kaip ateities kuro, viziją: „Atlikta nemažai įvairių laboratorinių eksperimentų bei teorinių skaičiavimų, tačiau visuomenę labiau domina praktinis įdiegimas, todėl ir kilo idėja sukurti tokį automobilį. Vandenilį šiai transporto priemonei pirkome jau pagamintą, svarbus, tačiau probleminis jo kokybės kriterijus – švarumas. Automobilio gaminimo metu susidūrėme su techninio pobūdžio problemomis, buvo sudėtinga pritaikyti ką nors standartinio didelei masei, teko patiems konstruoti bei skaičiuoti įvairius techninius parametrus. Nepaisant to, pagrindinį tikslą pasiekėme – parodėme, kad ir mūsų turimomis sąlygomis galima sukonstruoti vandeniliu varomą automobiliuką“.

Specialisto nuomone, vandenilinio kuro naudojimo perspektyvos palankios šalyse, kuriose nėra žiemos, kadangi vandenilinio kuro celės gali dirbti tik teigiamų temperatūrų diapazone: „Kalifornijos ir Floridos gatvėmis jau važinėja kelios dešimtys tūkstančių tokių automobilių, tačiau lietuviškų žiemų metu jų veikimas būtų problematiškas. Kitas didelis vandenilio trūkumas yra jo nebuvimas iškastiniame pavidale, todėl šią medžiagą tenka kuriuo nors būdu pasigaminti. Šiuo metu pasaulyje yra dvi mokslininkų ir ekspertų stovyklos: vieni vandenilinį kurą mato kaip realią išeitį gelbstintis nuo kylančių energijos kainų, o kiti mano, jog tai neverta dėmesio fikcija“. Kol kas vandeniliu varomos transporto priemonės Alfredas Lankauskas pirkti nerekomenduoja, nes ja važiuoti būtų šešis – septynis kartus brangiau, nei naudojant standartinį benziną.



Straipsnis iš http://www.ozonas.lt/uploads/block24/OzonasNr8_2011_40.pdf



Norėdami rašyti komentarus prisijunkite prie Ekologija.lt bendruomenės Prisujunk su Facebook  
© ekologija.lt, 2012. Visos teisės saugomos. Atsiliepimai, komentarai ir pagalba - pagalba@ekologija.lt