Получение водорода с использованием солнечной энергии

Многообещающей и перспективной альтернативой промышленным процессам получения водорода является разложение воды с использованием солнечной энергии в процессах фотосинтеза и биоконверсии. [c.341]

Косвенные методы использования солнечной энергии для получения водорода из воды 423 [c.5]

Биологические методы. В процессах фотосинтеза солнечная энергия на всей планете запасается в виде химической энергии в количестве (1,7— 2,22)-10 кДж. Для этой области использования солнечной энергии можно реально рассматривать лишь отходы лесного и сельского хозяйства. КПД фотосинтеза в среднем по земному шару составляет лишь доли процента. В то же время известно, что такие водоросли как хлорелла повышают КПД фотосинтеза до 6 %. Важно изучить и затем использовать механизм биологического преобразования солнечной энергии для целей получения метана и водорода. Работы в этом направлении развернуты в ряде стран. [c.30]

Максимально достигнутый энергетический КПД в фотоэлектрохимических элементах с поликристаллическими электродами составляет 7 % и приблизительно вдвое ниже, чем средний КПД серийных твердотельных солнечных батарей. Но можно полагать, что фотоэлектролиз станет экономически выгодным способом получения водорода как горючего, если его энергетический КПД достигнет, по крайней мере, 10—15 % [513]. Пока наиболее перспективным представляется двухстадийный метод получения водорода с использованием солнечной энергии. Первый этап — получение электрического тока от солнечных батарей (твердотельных либо жидкостных), распределенных на большой площади, и использование полученного электрического тока в электролизере современного типа [513]. Имея в виду фрагментарность изложения и новизну задачи, рекомендуем для более подробного изучения литературу [947—956]. [c.341]

На рис. 11.11 [898] даны прогнозные оценки стоимости водорода (в зависимости от базовой стоимости первичной энергии — ископаемых горючих угля, нефти, природного газа) и прогнозная оценка стоимости водорода на основе использования солнечной и атомной энергии. Как видно из прогнозной оценки за пределами 2000 г., лишь такие первичные источники энергии, как атомная и солнечная, могут считаться перспективными для получения доступного по цене водорода. При рассмотрении этого рисунка следует учитывать, что водород может явиться центральным звеном при непосредственном приеме и использовании солнечной энергии в виде тепла и с использованием этого тепла для получения водорода электролизом или термохимическим разложением. Позднейшие расчеты [449] показали, что в первом случае будет получаться водород по стоимости 20, а во втором — [c.601]

Косвенным методом использования энергии солнца является рассмотренная нами технология биологического превращения биомассы растений в водород. И хотя общий КПД, начиная от производства биомассы до получения водорода, очень мал и составляет менее 1 %, необходимо помнить, что подвод солнечной энергии ко всем этим косвенным методам ее использования очень велик и повсеместен, поэтому перспективы ее использования рассмотренными методами вполне реальны. [c.423]

В долгосрочной перспективе (30—50 лет) следует ожидать дальнейших структурных изменений среди потребителей водорода (табл. 10.4). Эти изменения, вероятно, будут связаны с получением водорода из воды на базе использования термохимических циклов. Использование таких энергетических источников, как атомная и солнечная энергия, откроет новые возможности для широкого использования водорода в качестве энергетического и бытового горючего, минуя процессы гидрирования твердого горючего. Данные прогноза представлены в табл. 10.5 и 10.6 [767]. Можно сделать следующие основные выводы из этого прогноза [c.508]

Судя по результатам исследований последних лет, достижения электрохимической науки могут послужить основой и для решения ряда принципиальных задач технологии будущего. В частности, представляется весьма перспективным использование электрохимических методов для получения дешевого водорода, прямого превращения химической энергии в электрическую на базе топливных элементов, работающих непосредственно на углеводородном топливе, а также для преобразования солнечной энергии в электрическую или химическую. В последние годы была показана перспективность электрохимических методов для очистки промышленных выбросов и контроля чистоты окружающей среды, для обработки [c.5]

По энергоемкости на единицу массы водород в 2,6 раза превос ходит природный газ, в 3,3 раза — нефть, в 8,3 раза — целлюлозу Единственным продуктом сгорания водорода является вода Сле довательно, водород — идеальное, экологически чистое топливо Преимущества энергетики, основанной на использовании водорода достаточно очевидны. Желание исследователей создать простей шую технологию получения водорода и кислорода из воды за счет солнечной энергии привело к необходимости разработки систем, достаточно эффективно работающих в лабораторных условиях. Оригинальные решения явятся в дальнейшем основой создания устройств н целых заводов по получению водорода и кислорода из воды только за счет солнечной энергии. [c.40]

В век научно-технической революции мы наблюдаем бурный рост электрохимических способов производства. Появились не только новые технологические схемы, но и получают дальнейшее развитие давно известные процессы. Так, разработанный еще в конце прошлого века процесс получения водорода электролизом воды через некоторое время, по-видимому, найдет широчайшее применение как источник водорода — основного топлива будущего. И дело здесь не столько в том, что электролиз воды дает относительно дешевый продукт, а в том, что этот процесс в сочетании с исполь- зованием солнечных источников электрической энергии позволит создать экологически чистый цикл производства и использования водородного топлива. [c.3]

По прогнозам экспертов, энергетическая система будущего столетия будет водородной , т. е. будет основана на применении двух энергоносителей — электричества и водорода, наиболее удобного для использования в промышленных технологиях (металлургия, химия) и на транспорте. Создание будущего крупномасштабного производства водорода ставит перед наукой задачи поиска наиболее экономичных путей получения водорода из воды с использованием таких источников первичной энергии, как энергия деления тяжелых элементов (11, ТЬ, Р1, Ре), термоядерного синтеза и солнечная. Уже к 2000 г. в СССР ядерные электростанции будут вырабатывать около половины всей электроэнергии. К тому же времени ожидается создание реакторов термоядерного синтеза. В связи с этим большое значение приобретает разработка методов термохимического разложения воды. Температура чисто термического разложения [c.128]

Для превращения энергии ветра в удобный вид энергии наиболее разумным было бы использовать группу роторов [21], например по 10 шт., и подавать энергию от них в какую-либо промежуточную систему, например, на электролизную установку для получения водорода из морской воды. Однако не следует забывать, что таким установкам обычно должны сопутствовать заводы по переработке образующегося хлора. Альтернативным можно считать метод опреснения воды с помощью солнечной энергии и подачу пресной воды к месту ее использования. [c.468]

СТИ ОТ стоимости атомной и солнечной энергии решится вопрос, будет ли метанол только энергетической средой или он станет основным источником энергии, таким, как нефть или уголь. Естественно, что метанол будет дороже водорода, так как последний является исходным сырьем для получения метанола. По сравнению с бензином метанол гораздо меньше загрязняет окружающую среду, но в результате его сгорания будет накапливаться избыточный СОг. Оптимальным можно считать вариант использования для синтеза метанола диоксида углерода, полученного из атмосферы. [c.479]

До появления фотосинтезирующих организмов земная атмосфера, по-видимому, почти не содержала кислорода. Он создавался и создается в наше время фотосинтезирующими организмами путем разложения воды за счет энергии солнечного света. При фотосинтезе водород используется для синтеза органических веществ (восстановления СО ), а кислород является побочным продуктом. С образованием кислородной атмосферы стало возможным развитие организмов, использующих энергию органических веществ (иначе говоря, энергию солнечного света, запасенную в органических веществах) путем их окисления кислородом. Такой путь получения энергии гораздо более эффективен, чем те, которые возможны в отсутствие кислорода и действуют у анаэробных организмов. Однако вместе с преимуществами кислород принес и новую опасность для жизни. Молекулярный кислород, не слишком реакционноспособный в своем основном состоянии, может образовывать высокоактивные формы, способные даже убить живую клетку. В связи с этим одновременно с механизмами использования кислорода в ходе биологической эволюции вырабатывались и механизмы защиты от его повреждающего действия. С другой стороны, фагоцитирующие лейкоциты используют активные формы кислорода для разрушения бактерий и других клеток. [c.452]

Поскольку солнечный свет является мощным источником энергии, а количество имеющейся биомассы ограничено, некоторые биотехнологи, работающие над проблемами энергетики, занялись разработкой двух проблем, решение которых позволило бы повысить эффективность использования солнечной энергии. Во-первых, они пьггаются найти практические способы повышения эффективности конверсии солнечного света в биомассу, например путем выращивания водорослей при высокой концентрации углекислого газа и ограниченной освещенности в биореакторах со строго контролируемыми условиями роста. Во-вторых, они изучают возможность получения водорода путем расщепления воды при участии фотосистемы фотосинтезирующих организмов, т.е. путем биофотолиза. Технически проще всего получать водород, используя интактные сине-зеленые водоросли или процессы ферментации (брожения). Надо сказать,, однако, что если биотехнология всерьез намерена внести в будущем весомый вклад в производство энергии, то ей придется решить нетривиальную техническую задачу на основе биофотолиза разработать сложный реактор, включающий упорядоченные стабильные биофотосистемы. [c.22]

Наибольший интерес представляет фотоэлектрохимнческая ячейка, в которой были использованы Р1-электрод и электрод из 2пО, окрашенный Бенгальским розовым (рис. 1.7) [65]. Фотопроцесс разложения воды шел эффективно при облучении светом с длиной волны 563 нм. Квантовый выход разложения воды 15%. Такая высокая эффективность действия ячейки обусловлена, по-видимому, малым сопротивлением и пористостью 2пО-электрода, т. е. большой поверхностью, покрытой светопоглощающим красителем. Описанный фотоэлектрохимический способ получения молекулярного водорода из воды открывает путь к техническому использованию солнечной энергии с высокой квантовой эффективностью. [c.44]

Традиц. способы получения (см. Водород) для В.э. экономически не выгодны. Для нужд В. э. предполагается усовершенствовать традиц. методы и разработать новые, нетрадиционные, используя ядерную и солнечную энергию. Предлагаемое усовершенствование осн. традиц. метода получения Н -каталитич. конверсии прир. газа и газов нефтепереработки - заключается в том, что процесс проводят в кипящем слое катализатора, тепло подводят от высокотемпературного ядерного газоохлаждаемого реактора (ВТГР). Применение этого метода позволит более чем в 10 раз увеличить объемную скорость процесса, снизить т-ру в хим. реакторе на 150°С, уменьшить затраты на произ-во Н2 на 20-25%. Однако ВТГР, обеспечивающие высокие т-ры теплоносителя (ок. 1000°С), пока находятся в стадии разработок. Др. вариант получения Н -водно-щелочной электролиз под давлением с использованием дешевой разгрузочной электроэнергии, вырабатываемой в ночное время атомной электростанцией. Расход электроэнергии на получение 1 м Н2 составляет 4,3-4,7 кВт ч (по обычному способу 5,1-5,6 кВт ч), напряжение на ячейке 1,7-2,0 В при плотности тока 3-5 кА/м и давлении в электролизере до 3 МПа. Использование установок по получению Н2 в ночное время на атомных электростанциях позволит регулировать график их суточной нагрузки и снизить себестоимость Н2. Полученный Н2 может направляться на нужды пром-сти либо использоваться как топливо на электростанции для выработки дополнит, электроэнергии в дневное время. [c.405]

С помощью водородной энергетики ученые надеются преодолеть главную трудность на пути широкого использования энергии Солнца — ее низкую концентрацию на поверхности Зе.мли. Используя те или иные систе.мы для получения с по.мощью солнечной энергии водорода,. можно было бы таким образо.м концентрировать и запасать энергию Солнца. Возможно, для этой цели в будущем станут создавать водородные плантации , на которых специально выведенные водоросли будут производить водород как продукт фотосинтеза. Через водородную энергетику ядерная и солнечная энергетика стали бы косвенно исполь-зозаться на неэлектрифицированном транспорте. [c.10]

Основой установки для двухстадийного производства водорода за счет солнечной энергии является сочетание солнечной батареи и электролизера. В рассмотренных ниже установках были использованы, ка правило, коммерческие образцы солнечных батарей из монокристалли-ческого кремния и электролизеров для разложения воды (хотя, конечно, можно вести электролиз и других веществ). Солнечная батарея может быть соединена с электролизером непосредственно или через согласующее устройство (преобразователь мощности, см. ниже). Полная установка должна включать в себя, конечно, и устройства для хранения полученного водорода и его - последующего использования, т.е. для получения из Fiero электрической энергии (топливный элемент) и/или тепла (горелка для сжигаЕШя водорода) но мы ограничимся обсуждением собственно взаимодействия солнечной батареи с электролизером. [c.81]

На модельной системе [530] был исследован процесс получения водорода из воды с использованием природных и синтетических катализаторов и солнечной радиации в качестве источника энергии. Солнечный свет поглощается мембраной из хлоропласта в качестве катализатора процесс переноса электронов использовали ферредоксин, флаводоксин, цитохром, красители на основе виологена, синтетические кластеры, содержащие Ре — Мо — 5-центры, а в качестве активатора протонов — гидрогеиазу или РЮг. Основная модельная система состояла из мембраны — буферной суспензии изолированного хлоропласта, энзима гидрогеназы и носителя электронов. При освещении такой системы выделяется водород. Скорость и продолжительность выделения водорода зависит от природы хлоропласта и гидрогеназы, содержания кислорода в системе, природы переносчика электронов [530]. [c.345]

По другим вычислениям, город с населением 1 млн. человек и уровнем потребления 10 кВт на человека можно снабдить энергией, полученной от использования водорода, снятого в виде урожая с территории в 410 км [532]. Приводятся [81] и более оптимистические результаты вычислений. Основываясь на экспериментальных данных с бактериями АпаЬаепа су11п(1г1са и считая среднегодовую интенсивность солнечного света в диапазоне (3—7)-10" м, равной 9-10" Вт/см , а также принимая КПД теплового использования водорода равным 28 %, получаем, что для обеспечения тепловых потреб юстей жителей указанного города потребуется плантация сине-зеленых водорослей площадью всего лишь 17,5 км . [c.347]

Электролиз воды с целью получения водорода для технологического и энергетического использования имеет безусловные перспективы в самых различных вариантах а) в комбинации с атомными электростанциями при условии улучшения КПД по электролизу до 70—90 % и роста общеэнергетического КПД до 30—35 % б) при использовании дешевой внепиковой энергии электростанций в) при получении водорода и дальнейшем использовании его в газовых турбинах вместо строительства насосноаккумули-рующих гидросиловых установок г) на силовых установках, использующих температурный градиент между верхним и нижним слоями воды тропических морей, и в ряде других случаев, например при использовании для электролиза воды электроэнергии от солнечных батарей или солнечных котельных установок. [c.613]

Особенно привлекательной кажется идея об использовании топливных элементов для утилизации солнечной энергии. Рассчитано, что, использовав лишь 0,2 % солнечной энергии, падающей на землю, человечество сможет удовлетворить все свои потребности в энергии. Уже созданы солнечные батареи около 10% солнечной энергии превращают они в электрический ток, а в ближайшие годы их кпд будет значительно увеличен. Но солнечные батареи работают только днем, значит надо запасать энергию, а затем использовать ее в ночное время. Решить эту задачу в крупных масштабах с помощью аккумуляторов невозможно слишком много придется затратить цветных металлов. Здесь опять могут помочь топливные элементы. Днем энергия солнечных батарей будет частично расходоваться на электролитическое получение водорода и кислорода, а ночью эти вещества будут служить топливом для элемента. Ножалуй, в настоящее время основная трудность в реализации этого плана — дороговизна солнечных батарей, работающих на полупроводниковых материалах сверхвысокой частоты. [c.105]

Выработанную жидкостными солнечными батареями электрическую энергию можно использовать, превратив ее непосредственно в полезную работу или в тепло, либо запасти впрок, переведя в химическую энергию с помощью электрических аккумуляторов традиционного типа или электролизеров. Последний случай, т.е. сочетание солнечная батарея + электролизер , был подробно рассмотрен в разд. 3.4 на примере твердофазных (кремниевых) солнечных батарей. Этот подход применим, конечно, и к жидкостным солнечным батареям. Действительно, изложенный в разд. 3.4.2 метод оптимизации был использован [220] при создании установки для получения водорода за счет солнечной энергии. Эта установка включает жидкостную солнечную батарею с тонкопленочным поликристаллическим фотоанодом из dSe,, gs t eo js и полисульфидным электролитом (к.п.д. 1,5%) и электролизер с твердым полимерным электролитом (подобный описанному в разд. 3.4.1). Оптимизированная установка имеет высокий к.п.д. преобразования электрической энергии, вырабатываемой солнечной батареей, в химическую энергию водорода (85%) к.п.д. солнце-водород равняется 1,3%. [c.154]

Использование высокотемпературной тепловой энергии ядерных реакторов в традиционных технологиях — газификации и конверсии топлив — также должно существенно повысить их эффективность. Проблема эксплуатации солнечной энергии является сейчас предметом активных исследований. Это связано как с угрозой истощения запасов топлива, так и с все более остро стоящим вопросом о защите окружающей среды, так как топливная энергетика играет не последнюю роль в тепловом и химическом загрязнении воздушного и водного бассейнов. Количество солнечной энергии, падающей на землю, на много порядков превышает количество всех видов вторичной энергии. Лишь 0,1—0,2% ее поглощается земными растениями и только 1% образованных при фотосинтезе продуктов идет в пищу человека. Поэтому все более требовательно встает задача более эффективного использования энергии Солнца. Современная наука ищет решения этой задачи в различных направлениях. Нас интересуют те из них, которые могут быть связаны с получением водорода. Проблема фотоводорода активно обсуждается [Кондратьева, Гоготов, 1976 Кондратьева, 1978]. Рассмотрим несколько методов. [c.129]

И все же человечество пока вынуждено сжигать большую часть нефти и газа. Выход из сложившейся энергетической ситуации — это не только наращивание разведанных запасов нефти и газа и рациональное использование ископаемых ресурсов, но и разработка новых, безопасных технологий возобновляемь х источников энергии, таких, как солнечная, термоядерная, искусственное получение водорода и другие. В ближайшие двадцать — тридцать лет уголь, нефть и газ останутся основой обеспечения энергией как у нас в стране, так и за рубежом, хотя технология получения и будет меняться. [c.6]