CZY WODÓR BĘDZIE UNIWERSALNYM NOŚNIKIEM ENERGII?
W związku z podjętymi działaniami Parlamentu Europejskiego oraz Rady Unii Europejskiej na rzecz ograniczenia emisji CO2 i poprawy efektywności energetycznej szuka się nowych ekologicznych me-tod pozyskiwania energii elektrycznej, cieplnej oraz paliw transportowych. Coraz częstsze wyko-rzystanie odnawialnych źródeł będzie wymagało opracowania metod magazynowania nadwyżek przetworzonej energii. Przewiduje się, że w tym celu będzie można wykorzystać wodór jako nośnik energii. Zanim jednak gospodarka zostanie oparta na wodorze, należy dopracować technologie pozy-skiwania taniego H2, bez emisji dwutlenku węgla, jego magazynowania i transportu oraz metod wykorzystania.
Słowa kluczowe: wodór, paliwo, nośnik energii.
WSTĘP
Polityka energetyczna krajów Unii Europejskiej dąży do uzyskania w 2020 roku 20-procentowego ograniczenia emisji dwutlenku węgla w odniesieniu do roku 1990. Efekt ten ma zostać osiągnięty w wyniku wzrostu udziału w uzysku energii elektrycznej i cieplnej ze źródeł odnawialnych oraz poprawy szeroko rozumianej efektywności energetycznej. Energia ze źródeł odnawialnych wywiera istotny wpływ nie tylko na ograniczenie emisji gazów cieplarnianych oraz innych form zanieczyszczeń. W przyszłości zapewni również zwiększenie bezpieczeństwa do-staw energii (w tym ograniczenie importu energii lub paliw), postęp techno-logiczny oraz zwiększenie zatrudnienia. Parlament Europejski oraz Rada Unii Europejskiej przez dyrektywę dotyczącą energii odnawialnej wymaga, aby państwa członkowskie podjęły działania mające na celu osiągniecie 20-procentowego (w Polsce 15-procentowego) udziału w uzysku energii ze źródeł odnawialnych do roku 2020 [10, 18].
Wartość otrzymanej energii elektrycznej z odnawialnych źródeł energii, takich jak energia wiatrowa czy słoneczna, nie jest stała (rys. 1). W przypadku turbin wiatrowych ilość przetworzonej energii zależy od prędkości wiatru, której średnie wartości zmieniają się wraz z porą roku oraz dnia. Wydajność ogniw fotowoltaicz-nych zależy od nasłonecznienia. Mogą to być przyczyny braku stabilności ener-getycznych sieci przesyłowych. Wiąże się również z potrzebą magazynowania prądu elektrycznego. Bezpośrednie magazynowanie energii elektrycznej jest bardzo trudne. Można do tego wykorzystać kondensatory lub superkondensatory, ale ich
pojemność elektryczna jest stosunkowo niewielka. Najczęściej stosuje się konwersję energii elektrycznej na inne formy energii, np. mechaniczną w postaci energii po-tencjalnej wody lub sprężonych gazów lub energii kinetycznej wirujących mas (kół zamachowych). Jako zasobniki energii wykorzystuje się także akumulatory lub magazynuje się ją w postaci energii chemicznej wodoru cząsteczkowego, etylenu albo metanolu [4, 22, 30, 34, 35, 41]. miesiąc m ie się cz na w ar to ść prz et w or zonej e nergii [kW h/ m -c ]
ogniwo fotowoltaiczne turbina wiatrowa
(moc szczytowa 2 kW) (WHI-500, moc nominalna 3 kW)
Rys. 1. Miesięczna wartość przetworzonej energii przez hybrydowy system zasilania złożony z ogniwa fotowoltaicznego i turbiny wiatrowej [1]
Fig. 1. The monthly value of processed energy by hybrid power system consisting of solar cells and wind turbin [1]
Wspomniana dyrektywa narzuca dodatkowy obowiązkowy cel, mianowicie 10-procentowy udział energii dla transportu ma pochodzić ze źródeł odnawialnych, a mają go osiągnąć wszystkie państwa członkowskie. Przewiduje się, że w przy-szłości jedynym stosowanym w Unii Europejskiej paliwem w transporcie samo-chodowym będzie wodór [10, 18].
1. WŁAŚCIWOŚCI WODORU
Zainteresowanie wodorem jako nośnikiem energii wynika z dużej wartości opałowej tego paliwa w odniesieniu do jednostki masy. Wartość opałowa wodoru wynosi 120 MJ/kg. Dla porównania wartość opałowa tradycyjnych paliw węglo-wodorowych jest blisko trzykrotnie mniejsza. Należy jednak pamiętać, że wodór charakteryzuje się bardzo małą gęstością. Masa właściwa wodoru w temperaturze 0°C o ciśnieniu 0,1 MPa wynosi 80 g/m3. Natomiast ciekły wodór o temperaturze poniżej 20 K ma gęstość 71 kg/m3. Wartość opałowa wodoru odniesiona do jed-nostki objętości jest niewielka. Wodór gazowy o ciśnieniu 0,1 MPa w temperaturze
15°C cechuje się wartością opałową równą jedynie 10 MJ/m3, czyli blisko 3 tysiące razy mniejszą od benzyny czy oleju napędowego. Wartość opałowa ciekłego wodoru wynosi około 8500 MJ/m3 [20, 36].
2. PRODUKCJA WODORU
Gospodarka, która ma być oparta na wodorze jako nośniku energii, musi sta-nowić sieć powiązań pomiędzy produkcją wodoru cząsteczkowego, jego transpor-tem do konsumenta, magazynowaniem oraz wykorzystaniem.
Produkcja wodoru obecnie nie stanowi dużego problemu technologicznego. Światową produkcję H2 szacuje się na 500 mld m3. Wodór wykorzystywany jest w głównej mierze przez przemysł chemiczny do produkcji amoniaku i metanolu (rys. 2). Znaczną część wodoru (35%) zużywa przemysł petrochemiczny, np. do odsiarczania paliw czy zwiększenia liczby oktanowej benzyny. W celach energe-tycznych stosuje się niewielką ilość tego pierwiastka [21].
przemysł petrochemiczny 35% amoniak 51% cele energetyczne 1% produkcja metanolu 8% inne 5% Wykorzystanie wodoru
Rys. 2. Wykorzystanie wodoru przez przemysł [21]
Fig. 2. The use of hydrogen by industry [21]
elektroliza wody 4% ropa naftowa 30% węgiel 18% gaz ziemny 48% Surowce do produkcji wodoru
Rys. 3. Konwencjonalne surowce do produkcji wodoru [36]
Obecnie wodór cząsteczkowy pozyskuje się głównie w wyniku reformingu parowego metanu (gazu ziemnego), utleniania ciężkich frakcji ropy naftowej oraz zgazowania węgla (rys. 3). Elektrolizę wody stosuje się w niedużym stopniu. Przy-czynę małego wykorzystania elektrolizy wody do pozyskiwania cząsteczkowego wodoru stanowi aspekt ekonomiczny. Wodór otrzymywany w wyniku elektrolizy jest dużo droższy od pozostałych obecnie stosowanych metod uzyskiwania tego produktu (rys. 4). Przy czym najdrożej wychodzi produkcja wodoru z wody, gdy do zasilania elektrolizera wykorzystuje się energię elektryczną pozyskaną ze źródeł odnawialnych [32, 36].
Produkcja wodoru z gazu ziemnego, węgla czy ropy naftowej wiąże się z emisją CO2. Dlatego poszukuje się nowych, bezemisyjnych metod otrzymywania H2. Można do nich zaliczyć:
• termiczny rozkład wody; • termochemiczny rozkład wody; • fotokatalizę;
• biokatalizę;
• fermentację biomasy; • bioelektrolizę;
• pozyskiwanie z hydratów metanu.
1 – reforming gazu ziemnego 2 – zgazowanie węgla 3 – utlenianie ropy naftowej 4 – zgazowywanie biomasy 5 – elektroliza (siłownia jądrowa) 6 – elektroliza (elektrownie wodne) 7 – elektroliza (elektrownie wiatrowe) 8 – elektroliza (ogniwa fotowoltaiczne)
Rys. 4. Koszt pozyskiwania wodoru w zależności od rodzaju surowca [32] Fig. 4. The cost of producing of hydrogen according to the type of raw materials [32]
Termiczny rozkład wody na H2 i O2 odbywa się w temperaturach od 1800 do 5000°C. Do termolizy wody wykorzystuje się piece (reaktory) słoneczne, z lustrami parabolicznymi, o mocy kilku megawatów, osiągające temperaturę układu 2250°C. W niższej temperaturze dochodzi do szybkiego utlenienia wodoru (rekombinacji) [12, 20].
Procesy termochemiczne polegają na rozkładzie wody metodą wiązania wodo-ru z wody w związek, z którego może on być łatwo zdysocjowany cieplnie. Ener-gia cieplna użyta do tego procesu może pochodzić z reaktorów jądrowych IV gene-racji (HTGR), w którym ośrodek chłodzący – hel – może osiągnąć temperaturę ponad 1000°C [28]. 1 2 3 4 5 6 7 8 ko sz t produk cj i wodoru [ $ /G J]
metoda pozyskiwania wodoru
60 50 40 30 20 10 0
Przykładem termochemicznego rozkładu wody jest wielocykliczny proces siarkowo-jodowy, w którym stosuje się kwas siarkowy oraz wodorek jodu (rys. 5). W procesie tym zachodzą endotermiczne reakcje rozkładu kwasu siarkowego na dwutlenek siarki, wodę i tlen oraz wodorku jodu na jod i wodór cząsteczkowy [28].
Rys. 5. Wielocykliczny siarkowo-jodowy (S-I) proces termochemicznego rozkładu wody [28] Fig. 5. The polycyclic sulfur-iodine (S-I) process of thermochemical decomposition of water
Fotokataliza zachodząca na półprzewodnikach (np. TiO2) jest zainicjowana absorpcją fotonu. W konsekwencji powstają pary elektron (e–) – dziura elektro-nowa (h+). Elektron z pasma podstawowego półprzewodnika przechodzi do pasma przewodzenia i może zredukować H+ do H2. Natomiast w paśmie podstawowym powstają dodatnio naładowane dziury elektronowe h+, które mogą utlenić H2O do O2 [21].
Biokataliza występuje w dwóch odmianach: jako proces bezpośredni oraz proces pośredni. Biokataliza bezpośrednia to biologiczny, fotosyntetyczny proces produkcji wodoru, w którym energia świetlna (hν) jest wykorzystana do rozbicia cząsteczki wody na wodór i tlen (1), w obecności biokatalizatora, hydrogenazy. Przebiega w komórkach glonów (alg), takich jak zielenice, np. Chlamydomonas reinhardtii, Chlorella fusca, Scenedesmus obliquus [25, 33].
, O H 2 O H 2 2 + hν→ 2+ 2 (1) gdzie: h – stała Plancka [Js],
ν – częstotliwość fali promieniowania elektromagnetycznego [Hz].
W wyniku biokatalizy pośredniej wodór produkowany jest przez sinice (np. Nostoc, Anabaena, Oscillatoria, Calothrix) na skutek redukcji atmosfe-rycznego N2 do NH3 (równanie 2) przy udziale nitrogenazy jako katalizatora [33]:
, P 16 ADP 16 H NH 2 ATP 16 e 8 H 8 N2+ ++ −+ → 3+ 2+ + i (2)
gdzie:
ATP − adenozyno-5'-trifosforan, ADP − adenozyno-5'-difosforan,
Pi – anion fosforanowy.
Wodór cząsteczkowy może być również pozyskiwany z tzw. mokrej biomasy. Schemat instalacji przedstawiono na rysunku 6. W pierwszym reaktorze, z udziałem określonych beztlenowych bakterii (np. Enterobacter aerogenes, Alcaligenes eutrophus, Caldicellulosiruptor saccharolyticus), przebiega fermentacja węglowo-danów do wodoru, dwutlenku węgla oraz kwasów: masłowego, mlekowego i octo-wego, np. według reakcji (3):
COOH CH 2 CO 2 H 4 O H 2 O H C6 12 6 + 2 → 2 + 2+ 3 , (3) 2 2 2 3COOH 4H O h 8H 4CO CH 2 + + ν→ + . (4) kwasy organiczne węglowodany kwasy organiczne separator gazów kolektor reaktor 1 reaktor 2
Rys. 6. Schemat instalacji do pozyskiwania wodoru w wyniku fermentacji „mokrej” biomasy [19]
Fig. 6. Diagram of a installation for producing hydrogen from the fermentation of wet biomass [19]
Wytwarzanie wodoru przez bakterie heterotroficzne w wyniku fermentacji, bez udziału energii świetlnej, ma wiele zalet. Do najważniejszych należą: duża szybkość wytwarzania H2 w porównaniu do biokatalizy oraz możliwość wyko-rzystania jako surowców odpadów organicznych [33].
W drugim reaktorze (tzw. fotobioreaktorze) w obecności bezsiarkowych bak-terii (np. Rhodospirillum rubrum, Rhodopseudomonas sp., Rhodobacter sphaeroides) z udziałem określonych enzymów (np. hydrogenazy) oraz światła przebiega prze-miana kwasów organicznych do H2 oraz CO2. W końcowej operacji, obejmującej oczyszczanie wytworzonego wodoru, usuwa się dwutlenek węgla [19, 37].
Przemiana związków organicznych stanowiących produkt fermentacji wodo-rowej na H2 i CO2 wymaga dostarczenia energii, przy czym możliwe jest wyko-rzystanie energii elektrycznej zamiast energii świetlnej. Prowadzone są badania nad możliwością uzyskania paliwa wodorowego w wyniku bioelektrolizy ścieków przemysłowych i komunalnych [33].
Wodór można produkować również z biomasy poprzez jej gazyfikację albo pirolizę. W wyniku gazyfikacji biomasy powstaje tzw. gaz syntezowy składający się głównie z H2, CO, CO2, CH4 oraz zanieczyszczeń, np. smoły, grafitu, popiołu. Biomasę wykorzystywaną do pozyskiwania cząsteczkowego wodoru mogą stano-wić rośliny zarówno lądowe jak i wodne, w tym glony charakteryzujące się szyb-kim przyrostem biomasy, a także odpady pochodzące z sektora rolno-spożywczego i leśnego, roślinność pochodząca z oczyszczenia rowów melioracyjnych czy odpady powstałe przy utrzymywaniu zieleni miejskiej [9].
W Stanach Zjednoczonych Ameryki podejmuje się próby pozyskiwania wodo-ru z hydratów metanu (substancja krystaliczna złożona z cząsteczek wody i metanu) zalegających na dnie Oceanu Spokojnego. Metan poddaje się reformingowi paro-wemu, a otrzymany dwutlenek węgla gromadzi się na dnie oceanu [36].
3. MAGAZYNOWANIE WODORU
Ograniczeniem w stosowaniu wodoru jako nośnika energii na szeroką skalę jest jego magazynowanie. Mimo wielu możliwości wykorzystania wodoru w energetyce oraz transporcie metody jego magazynowania napotykają trudności uniemożliwiające wypromowanie wodoru jako paliwa zapewniającego stabilność i bezpieczeństwo energetyczne. Wodór ocenia się jako dużo bardziej niebezpieczny nośnik energii niż benzynę, olej napędowy albo metan. Charakteryzuje się niską energią zapłonu (0,02 mJ) o rząd wielkości mniejszą od paliw węglowodorowych, ponadto cząsteczka wodoru jest na tyle mała, że dyfunduje przez większość ma-teriałów oraz przyczynia się również do ich korozji [9, 23].
O ile przechowywanie wodoru w zbiornikach stacjonarnych jest opracowane (najczęściej są to zbiorniki sprężonego gazu lub zbiorniki krioskopowe), o tyle ciągle nie udało się osiągnąć zadowalających wyników magazynowania wodoru w pojemnikach przeznaczonych dla samochodów używających H2 jako paliwa. Główny problem stanowi osiągnięcie zdolności zmagazynowania 5–7 kg H2 w objętości około 60–70 dm3, czyli odpowiadającej pojemności zbiornika na pali-wa płynne w samochodach z silnikiem spalinowym. Obecnie najmniejsze zbiorniki wodoru w samochodach osobowych zajmują ok. 200 dm3. Należy zaznaczyć, że przechowywanie wodoru w tradycyjnych zbiornikach wymaga stosunkowo dużych nakładów energii potrzebnych do sprężenia lub skroplenia gazu [39].
W związku z małą gęstością wodoru dla zgromadzenia odpowiedniej ilości energii obecnie potrzeba zbiorników o dużej objętości i większej masie niż przy stosowaniu konwencjonalnych paliw. Na przykład dla samochodu osobowego z silnikiem spalinowym o zapłonie iskrowym w celu pokonania dystansu 700 km (założony poziom zapotrzebowania na energię to 1560 MJ) potrzeba 13 kg wodoru.
Objętość zbiornika H2 o parametrach stanu: 283 K i 0,1 MPa powinna wynosić wówczas 156 m3. Po sprężeniu wodoru do ciśnienia 70 MPa pojemność zbiornika będzie równa 260 dm3. Po skropleniu wodoru (temperatura ok. 20 K) pojemność zbiornika można ograniczyć do 180 dm3 (rys. 7).
66 dm3 Benzyna LPG GH2 (283 K, 25 MPa) 260 dm3 650 dm3 184 dm3 50 dm3 GH2 (283 K, 70 MPa) LH2 (20 K)
Rys. 7. Zapotrzebowanie na paliwo w celu uzyskania energii o wartości 1560 MJ [32] Fig. 7. Fuel consumption in order to obtain energy of 1560 MJ
Do budowy wysokociśnieniowej butli gazowego wodoru stosuje się często kompozyty węglowe pokryte od środka powłoką polimerową, której zadaniem jest niedopuszczenie do dyfuzji wodoru (rys. 8).
Produkowane są zbiorniki gazowego wodoru wykorzystujące tzw. macierze kapilarne składające się z rur szklanych o średnicy kilku mikrometrów. W poje-dynczej macierzy o pojemności 32 dm3 można zmagazynować 1,4 kg wodoru pod ciśnieniem 12 MPa (rys. 9) [11].
metalowa warstwa ochronna
warstwa z węglowego materiału kompozytowego warstwa polimerowa chroniąca przed dyfuzją wodoru czujnik temperatury czujnik ciśnienia reduktor ciśnienia elektromagnetyczny zawór gazowy zawór bezpieczeństwa
Rys. 8. Budowa wysokociśnieniowej butli „TriShield” do magazynowania gazowego wodoru o ciśnieniu 70 MPa firmy Quantum [32]
Fig. 8. The construction of the high-pressure cylinders "TriShield" for the storage of hydrogen gas at a pressure of 70 MPa by Quantum [32]
przewód zaworu bezpieczeństwa
przewód odprowadzający/doprowadzający
kadłub zbiornika
macierz kapilarna
Rys. 9. Budowa zbiornika wodoru wykorzystująca tzw. macierze kapilarne [11] Fig. 9. Construction of a hydrogen tank using a capillary matrices [11]
Problematycznie przedstawia się pomysł magazynowania wodoru w samocho-dach w postaci ciekłej (LH2). Problem stanowi utrzymanie wodoru w zbiorniku samochodowym w stanie ciekłym. Istnieje zatem potrzeba zastosowania albo sys-temu chłodzenia zbiornika ciekłego wodoru, np. w wyniku odparowania ciekłego azotu bądź izolacji próżniowej. Zbiornik ciekłego wodoru bez układu chłodzenia umieszczony jest wewnątrz drugiego zbiornika, w którym panuje próżnia – takie rozwiązanie zastosowano w samochodzie BMW Hydrogen 7. Ciekły wodór można przechowywać w opisanym zbiorniku jedynie do 14 dni w związku z dyfuzją odpa-rowanego wodoru przez ścianki zbiornika [23].
Innym sposobem magazynowania wodoru jest możliwość wypełnienia zbior-ników materiałami, które z wodorem tworzą roztwory stałe lub związki komplek-sowe. W tym przypadku problem stanowi mały udział masowy wodoru w stosunku do masy zbiornika (tab. 1) [8, 12, 38, 43].
Tabela 1. Przykłady faz międzymetalicznych oraz związków kompleksowych wykorzystywanych do magazynowania wodoru [32]
Table 1. Examples of intermetallic phases and the complex compounds used for hydrogen storage [32]
Faza międzymetaliczna Udział masowy wodoru [%] Związek kompleksowy Udział masowy wodoru [%] Mg2Ni 3,60 NaAlH4 7,5 TiFe 1,86 LiAlH4 10,6 ZrNi 1,85 Mg(AlH4)2 9,3 ZrMn2 1,77 NaBH4 10,7 LaNi5 1,49 LiBH4 18,5 Mg(BH4)2 14,9
Wodór można magazynować w zbiornikach, w których jako adsorbenty wyko-rzystuje się materiały węgłowe, takie jak nanorurki, grafen lub karbin. Nanorurki umożliwiają uzyskanie udziału masowego wodoru równego 11%, a stężenie maso-we może wynieść 60 kg/m3. Trwają prace badawcze nad możliwością stosowania
grafenu do adsorbowania cząsteczek wodoru. Szacowany udział masowy H2 to 8 do 14%, a stężenie masowe – nawet 75 kg/m3. Przewiduje się możliwość użycia karbinu – wówczas udział masowy wodoru wyniósłby do 50% [5, 14, 42].
Rozważa się możliwość dystrybucji wodoru poprzez wykorzystanie infra-struktury przesyłu gazu ziemnego. Siedemnastoprocentowy udział wodoru nie wpływa znacząco na bezpieczeństwo eksploatacji rurociągów gazu ziemnego. Wodór mógłby znaleźć wówczas zastosowanie jako komponent gazu ziemnego, zmniej-szający deficyt tego gazu w krajach Unii Europejskiej [16, 23].
4. WYKORZYSTANIE WODORU
Wykorzystywanie wodoru jako paliwa w konwencjonalnych silnikach spali-nowych, jak w silniku Wankla, jest możliwe ze względów technicznych i ekono-micznych (tańsze rozwiązanie niż ogniwa paliwowe). Jednak przystosowanie silni-ka do zasilania tylko tym paliwem wiąże się z koniecznością dokonania wielu istotnych zmian w konstrukcji elementów i układów silnika. Podstawowe problemy konstrukcyjne i technologiczne w pojazdach przystosowanych do zasilania wodo-rem to zapewnienie: zmiennych faz rozrządu, zmiennego kąta wyprzedzenia zapło-nu, żeliwnej tulei cylindrowej i chromowanej gładzi cylindrowej (w celu zapobie-żenia korozji wodorowej), zwiększonej szczelności zaworu ssącego, wentylowa-nego karteru (w celu uniknięcia samozapłonu wodoru przedostającego się przez pierścienie tłokowe), doboru odpowiednich środków smarnych oraz opracowania układu zasilania [15, 40].
Istnieje możliwość współspalania w silniku wewnętrznego spalania trady-cyjnych paliw płynnych, jak również gazowych (LPG, CNG) z udziałem wodoru. W takich przypadkach często nie ma konieczności interwencji w konstrukcję silnika. Adaptacji wymaga jedynie układ zasilania. Współspalanie pozwala na ogra-niczenie emisji węglowodorów, tlenku węgla oraz zadymienia spalin. Zwiększa się natomiast emisja NOx. Wprowadzenie zasilania wodorem silnika samochodowego jako dodatku do paliwa oryginalnego powoduje zmniejszenie momentu obrotowe-go silnika i skłonność mieszanki paliwowo-powietrznej do spalania stukoweobrotowe-go [2, 3, 13, 24].
Koncern Enel uruchomił pierwszą działającą na skalę przemysłową elektrow-nię stosującą wodór do zasilania turbiny gazowej o mocy 12 MW. Zakład powstał w miejscowości Fusina niedaleko Wenecji [27].
Za najbardziej perspektywiczny sposób wykorzystania wodoru jako paliwa transportowego uznaje się zastosowanie go głównie w niskotemperaturowych ogniwach paliwowych (np. PEMFC lub PAFC) ze względu na wyższą sprawność tych urządzeń niż silników spalinowych [29, 36].
Ogniwa paliwowe stosuje się jako elektrownie lub elektrociepłownie dużych (np. ogniwa MCFC lub SOFC) i małych mocy w energetyce rozproszonej (np. PRMFC albo PAFC). Zaletą ogniw paliwowych jest możliwość ich eksploatacji w szerokim zakresie zmienności obciążeń elektrycznych, przy zachowaniu wyso-kiej sprawności przetwarzania energii pierwotnej na użyteczną [6, 7, 26].
W celach energetycznych w przyszłości będzie można pozyskiwać energię cieplną i elektryczną w wyniku fuzji izotopów wodoru, trytu i deuteru. W tokama-kach (reaktorach termojądrowych) plazma utrzymywana jest z dala od ścian reak-tora za pomocą silnego pola magnetycznego. Pozwala to na podgrzanie jej do ko-niecznej temperatury 100–150 milionów stopni Celsjusza i podtrzymanie reakcji fuzji. Jądra helu produkowane w reakcji fuzji unoszą w formie energii kinetycznej około 20% energii wyprodukowanej w czasie reakcji. Energia ta przekazywana jest plazmie. Pozwala to na samo podgrzewanie się plazmy i utrzymanie odpowiedniej temperatury, koniecznej dla procesu syntezy. Neutrony produkowane w reakcji unoszą 80% wyzwolonej energii. Ponieważ nie mają one ładunku elektrycznego, nie są utrzymywane w polu magnetycznym i trafiają w „blanket” – wyłożenie ścian reaktora, gdzie oddają swoją energię. Przepływające przez blanket medium chło-dzące odbiera tę energię [17, 31].
PODSUMOWANIE
Rozwój gospodarki opartej na wodorze jako wtórnym nośniku energii będzie uzależniony od:
• postępu w dziedzinie bezemisyjnych sposobów uzyskiwania cząsteczkowego wodoru;
• rozwiązań dotyczących magazynowania wodoru. W przyszłości przewiduje się wykorzystanie alotropowych odmian węgla, takich jak grafen czy karbin, jako adsorbentów wodoru;
• rozwoju infrastruktury przeznaczonej do dystrybucji wodoru; • decyzji administracyjnych.
LITERATURA
1. Alternatywne źródła energii dla rodziny, http://biuro-inzynierskie.com/turbina wiatrowa.html. 2. Biały M., Wendker M., Gęca M., Identyfikacja spalania stukowego w silniku Wankla zasilanym
paliwem wodorowym, Autobusy: Technika, Eksploatacja, Systemy Transportowe, 2012, nr 3. 3. Biały M., Wendeker M., Kamiński Z. et al., Samochody zasilane wodorem, Autobusy: Technika,
Eksploatacja, Systemy Transportowe, 2011, nr 12.
4. Boczar T., Szczyrba T., Ocena wpływu warunków meteorologicznych na sprawność turbin wia-trowych, Pomiary, Automatyka, Kontrola, 2012, nr 58.
5. Brazhe R.A., Olenin I.S., Supracrystalline analogues of carbon nanomaterials for the hydrogen storage, Journal of Physics: Conference Series, 2012, vol. 345, no. 1.
6. Butlewski K., Ogniwa paliwowe w elektrociepłowniach rolniczych, Problemy Inżynierii Rolniczej, 2013, nr 21.
7. Ceran B., Ogniwa paliwowe w generacji rozproszonej, Poznan University of Technology Aca-demic Journals. Electrical Engineering, 2013.
8. Denys R.V., Zavalii I.Y., Paul-Boncour V., Pecharsky V., Characteristic features of the sorption– desorption of hydrogen by Mg–M–Ni (M= Al, Mn, Ti) ternary alloys, Materials Science, 2013, vol. 49, iss 2.
9. Dudek M., Dębowski M., Grala A. et al., Produkcja wodoru w procesach biologicznych prowa-dzonych przez glony, [w:] Interdyscyplinarne zagadnienia w inżynierii i ochronie środowiska, t. 4, T. Traczewska (red.), Wyd. Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2014.
10. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/28/WE z dnia 23.04.2009 r. w sprawie pro-mowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych zmieniająca i w następstwie uchylająca dy-rektywy 2001/77/WE oraz 2003/30/WE (Dz.Urz. L 140, 5.06.2009).
11. Eliezer D., Holtappels K., Beckmann-Kluge M., An innovative technology for hydrogen storage in portable and mobile systems, Proceedings of the 18th World Hydrogen Energy Conference 2010, Essen 2010.
12. Gandia L.M., Arzamedi G., Dieguez P.M., Renewable Hydrogen Technologies: Production, Purification, Storage, Applications and Safety, Elsevier Science, 2013.
13. Grabowski Ł., Pietrykowski K., Wendker M., Model samochodowego silnika zasilanego wodo-rem, Autobusy: Technika, Eksploatacja, Systemy Transportowe, 2012, nr 13.
14. Grafenowe zbiorniki na wodór, materiały informacyjne platformy „L.E.M. Nano” Agencji Roz-woju Przemysłu, 2013.
15. Ho T., Karri V., Lim D., Barret D., An investigation of engine performance parameters and artifi-cial intelligent emission prediction of hydrogen powered car, International Journal of Hydrogen Energy, 2008, vol. 33, no. 14.
16. Hydrogen iniection into natural gas grid, Water Electrolysis and Renewable Energy System, 2013, May, http://www.fuelcelltoday.
17. ITER: the world's largest Tokamak, https://www.iter.org.
18. Krajowy Plan Działania w zakresie energii ze źródeł odnawialnych, Ministerstwo Gospodarki, 2010.
19. Krużewski W., Innowacyjność w zakresie odnawialnych źródeł energii i wizja rozwoju bioener-gii, materiały konferencyjne, Upowszechnienie badań na temat odnawialnych źródeł energii oraz wsparcie ochrony własności intelektualnej z tego obszaru, Kazimierz Dolny 2010.
20. Lewandowski W.M., Proekologiczne odnawialne źródła energii, Wydawnictwa Naukowo--Techniczne, Warszawa 2012.
21. Ludwiczak M., Właściwości i aktywność modyfikowanych perowskitów tytanowych w fotokatali-tycznym rozkładzie wody, praca niepublikowana, Uniwersytet im. A. Mickiewicza w Poznaniu, Poznań 2012.
22. Majchrzak H., Tomasik G., Kwiatkowski M., Wykorzystanie technologii magazynowania energii do integracji energetyki wiatrowej z systemem elektroenergetycznym, Energetyka, 2012, nr 10. 23. Marzec A., Problemy wodorowego paliwa, Polityka Energetyczna, 2007, t. 10, nr 1.
24. Merkisz J., Indzior M., Bajerlejn M., Daszkiewicz P., Wpływ dodatku wodoru do oleju napę-dowego na parametry silnika z zapłonem samoczynnym, Czasopismo Techniczne. Mechanika, 2012, nr 109.
25. Moritz M., Biologiczne metody otrzymywania wodoru, Chemik, 2012, t. 66, nr 8.
26. Ochodek T., Michalski M., Mikrobiogazownia z ogniwem paliwowym typu SOFC do wysoko-sprawnościowej produkcji energii elektrycznej i ciepła, Instal, 2014, nr 3.
27. Olszowiec P., Prąd z wodoru, Energia Gigawat, 2011, nr 3.
28. Pieńkowski L., Energetyka jądrowa w Polsce. Synergia przemysłu węglowego i energii jądrowej, Polityka Energetyczna, 2006, nr 9.
29. Polakowski K., Samochody elektryczne pojazdami najbliższej przyszłości, Prace Instytutu Elektro-techniki, Politechnika Warszawska, 2011, z. 252.
30. Popławski T., Szeląg P., Wykorzystanie własności podobieństwa procesów do prognozowania mocy przez turbiny wiatrowe, Rynek Energii, 2011, nr 1.
31. Romaniuk R.S., Fuzja: perspektywa 2050, Elektronika: Konstrukcje, Technologie, Zastosowania, 2013, vol. 54, nr 6.
32. Romański L., Wodór nośnikiem energii, Wyd. Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu, Wrocław 2007.
33. Sikora A., Produkcja wodoru w procesach prowadzonych przez drobnoustroje, Postępy Mikro-biologii, 2008, nr 47.
34. Sikora R., Zeńczak M., Magazynowanie energii elektrycznej w systemie elektroenergetycznym, Napędy i Sterowanie, 2011, nr 13.
35. Sroczan E., Programowanie pracy odbiorników i niekonwencjonalnych źródeł energii w budynku energooszczędnym, XV Sympozjum „Klasyczne i inteligentne sieci oraz instalacje – projekto-wanie, budowa, eksploatacja”, Poznań 2012.
36. Surygała J., Wodór jako paliwo, WNT, Warszawa 2008.
37. Szewczyk K.W., Biologiczne wytwarzanie wodoru, Postępy Mikrobiologii, 2008, t. 47, nr 3. 38. Szymak P., Metody magazynowania wodoru w platformach podwodnych, Logistyka, 2011, nr 3. 39. Tomczyk P., Szanse i bariery rozwoju energetyki wodorowej, Polityka Energetyczna, 2009, nr 12. 40. Verhelst S., Sierens R., Verstraeten S., A critical review of experimental research on hydrogen
fueled SI engines, SAE Technical Paper, 2006, no. 430.
41. Wasilewski J., Baczyński D., Krótkoterminowe prognozowanie produkcji energii elektrycznej w systemach fotowoltaicznych, Rynek Energii, 2011.
42. Włudyka M., Karbin – odmiana węgla lepsza niż grafen, http://materialyinzynierskie.pl.
43. Zadorozhnyy V.Y., Klyamkin S.N., Kaloshkin S.D. et al., Mechanochemical synthesis and hydrogen sorption properties of nanocrystalline TiFe, Inorganic Materials, 2011, vol. 47, no. 10.
HYDROGEN, A UNIVERSAL ENERGY CARRIER?
In connection with the activities of the Parliament and the Council of the European Union to reduce CO2 emissions and improve energy efficiency are sought for new, more environmentally friendly methods to generation of electricity and heat, as well as transport fuels. The increasing use of renewable sources will require the development of methods for storing surplus processed energy. It is expected that for this purpose may be will use hydrogen as an universal energy carrier. However, before the economy will be based on hydrogen should be developed inexpensive technologies of H2 production (without carbon dioxide emissions), its storage and transport, and methods of use. Keywords: hydrogen, fuel, energy carrier.
