TEMA BROJA
M. R.
Vodonik / Dr Miroljub Adžić, profesor emeritus,
Mašinski fakultet Univerziteta u Beogradu
Sve je u ruci čoveka
Kada sa kaže motori sa unutrašnjim sagorevanjem (MSUS), misli se uglavnom na benzinske i dizel motore, ali tu spadaju i gasne turbine, mlazni i raketni motori. Za proizvodnju električne energije i pogon vozila koriste se i gorivne ćelije, pa i njih treba uključiti u ovu priču, posebno kada je reč o vodoniku, jer je vodonik jedino gorivo za gorivne ćelije koje se koriste za pogon vozila, kaže dr Miroljub Adžić, profesor emeritus Mašinskog fakulteta Univerziteta u Beogradu.
U poređenju s fosilnim gorivima: benzinom, dizel gorivom, prirodnim gasom, propanom i butanom, vodonik ima najveću toplotnu moć (sadržaj energije) po jedinici mase, ali najmanju po jedinici zapremine. Mala energija po jedinici zapremine je jedan od ključnih problema primene vodonika. Problem se, veli dr Adžić, donekle rešava rezervoarom pod pritiskom, koji je standardizovan za putnička vozila, i iznosi 700 bara.
Otežavajuća svojstva i posledice
U odnosu na benzin i uopšte fosilna goriva koja se koriste u motorima sa unutrašnjim sagorevanjem, vodonik ima višestruko šire granice upaljivosti, nešto nižu temperaturu samopaljenja, za red veličine veću brzinu prostiranja plamena, nešto veću temperaturu plamena, oko dvadeset puta manju energiju paljenja, oko pet puta manje rastojanje gašenja plamena. Sva ova svojstva značajno otežavaju primenu vodonika u postojećim motorima.
Naš sagovornik kao moguće posledice navodi: nekotrolisano paljenje u usisnom sistemu motora, ukoliko se smeša vodonika i vazduha priprema u usisnom sistemu, povratak plamena u usisni sistem kroz male zazore između usisnog ventila i sedišta ventila. “Neki delovi komore, ventila, klipa, svećica su lokalno pregrejani i mogu da izazovu nekontolisano paljenje smeše vodonika i vazduha, što nije sliučaj kada se koriste druga goriva. Javlja se i problem neželjene povećane emisije oksida azota (koja je ograničena propisima) kada se koristi vodonik.”
|
Gorivne ćelije su komercijalizovani uređaji koji koriste vodonik kao gorivo. Gorivne ćelije nemaju pokretnih elemenata, pretvaraju hemijsku energiju goriva direktno u električnu energiju i toplotu, radna temeperatura im je oko 80oC. U komercijalnoj upotrebi je nekoliko tipova gorivnih ćelija. Za pogon vozila koriste se gorivne ćelije sa čvrstim elektrolitom na bazi polimera. Njihov stepen korisnosti (odnos proizvedene električne energije i hemijske energije unete vodonikom) u praksi je oko 50%. Po masi i zapremini i snazi, gorivne ćelije dostižu motore sa unutrašnjim sagorevanjem.
-Međutim, uz ova dobra svojstva, imaju i značajne nedostatke. U njihovoj proizvodnji neophodna je upotreba plemenitih metala, veoma su osetljive na i najmanje prisustvo primesa u vodoniku koje može da ih trajno onesposobi. Tokom upotrebe dolazi do degradacije elemenata gorivnih ćelija što uzrokuje pad stepena korisnosti. Poseban nedostatak je veoma visoka cena gorivnih ćelija.
Upotreba vodonika u klipnim motorima sa unutrašnjim sagorevanjem ne razlikuje se suštinski od upotrebe konvencionalnih fosilnih goriva i moguće je u principu koristiti postojeće motore.
Razvoj višegorivnih motora
-Rešenja prethodno navedenih problema su u pripremi smeše vodonika i vazduha metodom direktnog uvođenja vodonika u cilindar, kontrola pripreme smeše goriva i vazduha, aerodinamike i procesa prostiranja plamena u cilindru, kaže prof. Adžić. Pogotovo što današnji nivo razvoja motora sa unutrašnjim sagorevanjem, senzora, razumevanja procesa sagorevanja, kontrole i upravljanja omogućuju razvoj višegorivnih motora, uključujući i motora koji koriste vodonik. Istovremeno stepen korisnosti (potrošnje goriva) MSUS se polako približava gorivnim ćelijama. Poslednjih godina, nekoliko proizvođača automobila (praktično svi japanski i većina evropskih) se intenzivno bavi razvojem motora koja koriste vodonik kao gorivo. Neki od njih za pogon koriste gorivne ćelije.
Počela je zapravo komercijalizacija motora sa unutrašnjim sagorevanjem koji mogu da koriste vodonik. Koju pogonsku grupu odabrati kada je reč o vodoniku? Prema mišljenju prof. Adžića, ako je srednje radno opterećenje visoko, motori sa unutrašnjim sagorevanjem su povoljnija varijanta, za manja srednja radna opterećenja povoljnije su gorivne ćelije.
Nedostatak propisa, standarda i njihova neusklađenost, transport, skladištenje i distribucija vodonika su jedan od ključnih problema za dalji razvoj i primenu gorivnih ćelija u vozilima. Trenutno u Evropi postoji preko sto javnih pumpi sa vodonikom za putnička, teretna vozila i autobuse, od čega se oko dve trećine nalazi u Nemačkoj.
Za razliku od proizvođača klipnih motora, neki proizvođači gasnih turbina (General Electric,Mitsubishi, Siemens, italijanski Ansaldo) su otišli korak dalje i već su prilagodili i komercijalizovali neke svoje gasne turbine za korišćenje vodonika, kako za proizvodnju električne energije tako i za kombinovanu proizvodnju električne i toplotne energije. Postoje komercijalizovane gasne turbine koje koriste i 100% vodonik kao gorivo, ali njih niko za sada ne koristi. Važno je napomenuti da je stepen korisnosti gasnih turbina veći u odnosu na klipne motore.
Vodonik je gorivo čije vreme dolazi. Vodonik kao gorivo, ima niz svojstava koja su povoljna sa stanovišta tendencije energetike u svetu, zaštite životne sredine (koncepta smanjenja emisije ugljendioksida), ka sve većem udelu energije iz obnovljivih izvora i energetskoj nezavisnosti. Odličan je medijum za skladištenje viška energije. Geopolitički razlozi uvođenja vodonika su sasvim izvesni. Usvojeni cilj Evropske unije je da do 2050. godine u ukupnom energetskom bilansu vodonik učestvuje sa 13-14 odsto.
Preradom fosilnih goriva 98 odsto
Približna procena je da se u svetu proizvede oko 70 miliona tona vodonika godišnje, od čega se preko 95% koristi za industrijske potrebe. U svetu se 98% vodonika proizvede termohemijskim procesima prerade fosilnih goriva, pre svega preradom prirodnog gasa i uglja. Samo oko 2% se proizvede elektrolizom vode, kaže prof. Miroljub Adžić sa Mašinskog fakulteta u Beogradu.
Profesor Adžić napominje da je vrlo važno imati u vidu da je termohemijskim procesima prerade fosilnih goriva neizbežna emisija CO2, što nije u skladu sa konceptom proizvodnje energije bez emisije ugljendioksida. Rešavanje ovog problema se zasniva na ideji izdvajanja i skladištenja CO2 u fazi proizvodnje vodonika.
Ove tehnologije su u razvoju i za sada nisu široko primenjene. One imaju i svoju cenu. Iz tog razloga je proizvodnja vodonika elektrolizom vode, korišćenjem električne energije iz obnovljivih izvora, kao tehnologija dobijanja vodonika bez emisije CO2, trenutno najaktuelnija za dobijanje vodonika za energetske potrebe. Za tako proizvedeni vodonik se odomaćio naziv „zeleni“ vodonik.
U Srbiji, naftna i industrija veštačkih đubriva su najveći proizvođači i potrošači vodonika. Proizvodnja je reda veličine desetina hiljada tona godišnje.
-Trenutna visoka cena vodonika je ključni činilac za njegovu primenu - kaže prof. Adžić. Njegova proizvodna cena zavisi od primenjene tehnologije i proizvedene količine. Konkretne procene raznih institucija se razlikuju, ali se slažu da je najmanja cena vodonika dobijenog gasifikacijom uglja. Bez izdvajanja i skladištenja CO2, proizvodna cena vodonika gasifikacijom uglja je oko 1,3 američka dolara/kg vodonika. Reformisanjem prirodnog gasa sa izdvajanjem i skladištenjem CO2, oko 1,5 dolara/kg.
Vodonik dobijen elektrolizom vode - izvor energija vetra 6, a fotonaponski izvori oko 15 dolara po kilogramu. Američka vlada planira razvoj tehnologije proizvodnje vodonika čiji je cilj da do 2030. godine cena po kilogramu bude oko 1 dolar. Trenutna cena vodonika za pogon vozila sa pogonskom grupom na bazi gorivne ćelije na pumpnim stanicama u Nemačkoj je 9,5 evra/kg. |
M. R.
Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"
|
