Энергетический обзор №9. «Газпром» повышает ставки. В фокусе — транспортировка водорода
«Уровень 1»
Vkontakte
Twitter
Одноклассники
Развитие водородной энергетики в России и Мире
«⚡Подписка»
Обзор мировых тенденций водородной энергетики.
Высвобождение силы Сибири: как этот регион повлияет на мировое энергетическое будущее...
«⚡Подписка»
Пока в Европе мечтают о водородной энергетике, в России начали водородный переход более 30 лет назад...
«⚡Подписка»
На "верхах" прекрасно это осознают...
Мировая экономическая модель нашла выход из кризиса – обнуление через внедрение водородной энергетики…
Если взвесить все доводы за и против внедрения водорода как нового энергоносителя, то минусов окажется значительно больше, и выгода от этого для развития нашей цивилизации сегодня весьма сомнительна.
К 2050 году развитые страны нацелены внедрить водород во все экономические структуры в качестве нового энергоносителя.
Главный аргумент за переход на водород – это его экологичность. При
его окислении в чистом кислороде не создаётся никаких отходов, кроме водяного пара.
Однако массово производить дешёвый и экологически чистый водород человечество пока ещё не умеет, а залежей свободного водорода на Земле попросту нет из-за чрезвычайной химической активности данного химического элемента.
По этой причине водород всегда будет вторичным энергоносителем, который требует для своего производства первичные ресурсы.
Сегодня такими ресурсами являются:
- Вода и электроэнергия;
- Природный газ (уголь) и тепловая энергия;
- Металлы и реагенты.
Всё это никак не вписывается в рамки современной экономической модели мироустройства.
То есть, добывая нефть и газ и перерабатывая их в топливо, мы получаем как минимум в 10 раз больше энергии, чем затратили на их добычу и переработку.
По расчётам европейских учёных в 2013 году положительный энерговыход от использования природного газа превышал энергозатраты на его добычу, переработку и транспортировку в 28 раз (EROI = 28), угля - в 30 раз.
Именно подобный EROI традиционных источников энергии и создал всю нашу цивилизацию.
Прогноз мирового объёма торговли энергетическим водородом к 2050 году (в триллионах долларов США).
Однако энерговыход от использования водорода всегда будет меньше, чем мы затратили на его производство, главным образом потому, что мы не добываем его в привычном понимании, а именно производим.
- Водород становится энергетически убыточен сразу после его производства, так как его ещё нужно транспортировать до места потребления, затратив на это дополнительную энергию, что ещё больше снижает его энергоэффективность.
Таким образом, использование водорода в качестве энергоносителя приведёт к значительному снижению свободной энергии на душу населения.
Например, 1 кубометр газа производит полезные 10,3 кВт*ч энергии (согласно статистике центрального европейского газового хаба).
Россия экспортировала по итогам 2020 года 241,8 миллиарда кубометров газа, что в пересчёте на энергетическую ценность эквивалентно 2489,51 Тераватт-часам энергии. Для обеспечения схожей энергетической ценности водородного энергоносителя требуется произвести 68 миллионов тонн водорода. Для этого нужно затратить:
- Методом парового риформинга метана – 4488 Тераватт-часов тепловой энергии;
- Методом электролиза воды - в среднем 4284 Тераватт-часа электрической энергии.
При этом за весь 2020 год в России было произведено только 1092 Тераватт-часа электроэнергии. Интересненько получается.
Внедрение водородной тематики в сознание людей уже началось. Зачастую водород преподносится как единственно возможный выход из сложившегося экологического кризиса.
Например, Германия, которая задумала перевести всю свою экономику на водородную энергетику к 2050 году, в 2020 потребила 3198 ТВт*ч энергии, включая 489 ТВт*ч электроэнергии. Тогда только для замещения тепловой энергетики водородом его понадобится произвести как минимум 40 миллионов тонн. Для этого придётся затратить:
- Методом парового риформинга метана – 2640 Тераватт-часов тепловой энергии;
- Методом электролиза воды - в среднем 2520 Тераватт-часов электрической энергии.
То есть производство энергии в Германии (или для Германии) к 2050 году должно увеличиться на величину от 80% и выше.
В целом по миру увеличение производства энергии на выработку водорода за 28 лет должно вырасти на 80-90%, чтобы только заменить используемое сегодня в качестве источника энергии углеводородное топливо.
С 1990 по 2020 год энергопотребление мира выросло менее чем на 68%.
Потребление первичной энергии человеческой цивилизацией с 1990 по 2020 год в миллионах тонн нефтяного эквивалента. На 2020 год энергобаланс человеческой цивилизации состоит на 80% из углеводородов: природный газ - 24%, уголь - 26%, нефть - 30%, а электроэнергия занимает всего 10%.
Тогда для полного перехода мировой экономики на водород понадобится 40 лет, при этом мы только заместим углеводороды, и это совершенно никак не отразится на благосостоянии населения. То есть благосостояние населения Земли к 2060 году всё ещё будет находиться на уровне 2020 года. Всё это потому, что мы будем производить энергоноситель (водород), затрачивая на это дополнительную энергию, вместо потребления природного газа, который давал нам энергию, на порядок превышающую затраты на его добычу.
Отсутствие выхода дополнительной энергии, которую можно пустить в другие отрасли экономики – это огромный стресс для всей финансовой системы мира.
А это именно то, что сегодня требуется для перезапуска глобальной экономической модели. Ранее для этого требовалось развязывание мировых войн. И хотя сегодня, к счастью, подобный подход более не возможен, но спровоцированный энергетический кризис под лозунгом «за экологию» может стать способом обнуления и перезапуска экономической модели мира.
Человечество в водородную эру будет испытывать дефицит энергии, так как больше не будет её излишков. Невозможно просто так взять и произвести больше водорода, причём в сжатые сроки. Для этого нужно сначала построить соответствующую энергетическую инфраструктуру (например, те же ветрогенераторы и солнечные панели), дополнительно затрачивая на это водород, которого и так не хватает. Возникает парадоксальная ситуация, когда для получения дополнительного количества водорода нужно сократить потребление водорода, направив его на строительство нового водородного завода. И это при его катастрофической нехватке.
В России окончательно определились с водородной энергетикой, и теперь она приняла характер национальной программы энергетического водородного перехода.
Принимая во внимание всё вышеописанное, можно порассуждать, что же это даст нашей цивилизации.
Первое изменение – это появление новой резервной валюты, курс которой будет приравнен к энергетическому эквиваленту производимой и потребляемой в мире энергии. От этого курса будут рассчитываться остальные национальные валюты разных стран.
Не будет «мыльных пузырей», «фирм-зомби» и «вертолётных денег». Так как энергоноситель в виде водорода – ресурс ограниченный, и напечатать его невозможно, то не будет перепроизводства товаров и услуг на мировом рынке. К тому же проблема хранения водорода на данный момент и на ближайшую перспективу не решена, закачать его в подземные хранилища, как природный газ, – невозможно, ведь он либо химически прореагирует с породой и материалами, либо улетучится из хранилища за короткий срок.
Существующие способы хранения водорода. Для сравнения: массовая доля пропана в стальном баллоне при давлении в 16 бар составляет 61,7%, при давлении в 130 бар - 70%.
Поэтому водородная экономика будет работать в режиме "производство-потребление". И чем быстрее произведённый водород будет потреблён, тем более конкурентоспособным будет товар на рынке.
А это означает, что, например, для США товары, которые будут произведены в Китае, из-за больших энергетических затрат на логистику будут уже не столь конкурентоспособными по сравнению с товарами, произведёнными в самих США. То же самое касается производителей в Европе.
Выдержка из концепции развития водородной энергетики России. В пункте 15 указано, что производить водород к 2050 году смогут любые страны мира (в том числе, с помощью ВИЭ). Рынок энергетического водорода будет определяться энергетическими возможностями его производства, и у кого этих возможностей будет больше, тот получит большую долю (богатств) в водородной мировой экономике. Кстати, свои водородные стратегии приняли все развитые страны мира.
Водородная экономика будет разительно отличаться от углеводородной как большими минусами (главным из которых является уменьшение роста энергопотребления на душу населения), так и плюсами (например, стабильная и предсказуемая экономическая и общественная модель с уклоном в плановую экономику).
Смена экономической модели мира и её полное обнуление сегодня завуалированы под так называемый "Энергетический переход", который начался в 2020 году.
"Гинденбург" был на самом деле гибридным дирижаблем. Если бы его вес был уменьшен в 8 раз, он проник бы в космос. (Полная версия).
Сразу следует подчеркнуть, обсуждая свойства "Гинденбурга", что на его борту находилось рекордное количество водорода, наделявшее его, по сути, и достаточно выраженными свойствами водородного космического аппарата. Свойствами, которые при соответствующей его модернизации вполне могли бы обеспечить и его проникновение в космическое пространство.
Начать же обсуждение его свойств следует с констатации того, что ...
"Эра дирижаблей началась точно на границе двух веков - в 1900-м, когда граф Фердинанд фон Цеппелин провел демонстрационный полет большого водородного дирижабля LZ-1...
Всего к 1916-му только в Германии было построено 176 дирижаблей (включая цеппелины и более легкие модели дирижаблей - тоже водородных)...
Итак, что касается, в частности, взрывоопасности водорода, то о ней было известно и создателям всем было известно уже , поэтому к водороду добавлялся ингибитор горения - пропилен. Дешевый углеводород, который крупнотоннажно производится и до сих пор является сырьем для производства пластика - полипропилена.
Вспомним историю цеппелина LZ-76, сбитого над Британией осенью 1916-го. Он не взорвался, хотя в него сначала попал снаряд, а затем, после вынужденной посадки на территории противника, экипаж пытался уничтожить его методом поджога.
После этой важной химической информации можно перейти к загадочной катастрофе 1937-го, о которой обычно говорят, что она перечеркнула развитие водородных дирижаблей, поскольку показала их крайнюю огнеопасность...
6 мая 1937 года, завершая очередной трансатлантический рейс LZ 129, в ходе причаливания, загорелся вследствие неосторожных посадочных манипуляций (или возможно из-за диверсии). Из 97 человек на борту, погибли 35 (13 пассажиров, 22 члена экипажа), а также 1 человек на грунте. Точка.
Конечно, катастрофа цеппелина "Гинденбург", ужасна. Но если сравнить ее с катастрофами авиалайнеров (появившихся на массовом рынке воздушных перевозок примерно десятилетием позже), то она выглядит... Обойдемся без эпитетов...
Похоже, что дело было не в какой-то сверхвысокой опасности, а в чьем-то сговоре.
Допустим, тот сговор был связан с приближающейся войной - но что дальше?
Почему до сих пор (несмотря на возродившийся интерес к дирижаблям) действует этот запрет, из-за которого приходится использовать вместо очень дешевого общедоступного водорода, несравнимо более дорогой и гораздо менее доступный гелий, который к тому же обладает исключительной проникающей способностью и быстро теряется в ходе полета?
Именно из-за этого (а не по какой-либо иной причине) дирижабли не могут конкурировать с авиалайнерами на рынке перевозок. В случае возврата к водороду, как несущему газу, при современной модификации дизайна, дирижабли стали бы крайне экономичны...".
Ссылку см. в конце публикации.
И, быстрее всего, уже давно могла бы начаться эра космических дирижаблей... и, кстати, с учетом того, как часто у нас в последнее время происходят авиакатастрофы, еще и эра абсолютно безопасных летательных аппаратов.
Итак, обратимся теперь к принципиальной схеме жесткого дирижабля (Рис. 1), имея в в виду, что из литературы известно, "что у дирижаблей мягкой схемы вес одного кубического метра корпуса составляет 0,2-0,26 кг/м3, полужесткой 0,35-0,48 кг/м3, а жесткой еще больше. При этом подъемная сила одного кубического метра газа составляет примерно 1 кг".
Рис. 1.
Соответственно, с точки зрения обычного, но информированного энтузиаста воздухоплавания вырисовывается следующая картина.
"Гинденбург", имея вес 124 000 кг и используя 200 000 м3 водорода, поднимал 242 000 кг, что, отнюдь, не соответствует характеристикам водорода.
242 000 кг / 200 000 м3 = 1,21 кг/м3.
Разница же между известной несущей способностью "Гинденбурга" и той несущей способностью водородных дирижаблей, которая соответствует представлениям официальной науки равна:
1,21 - (1,225 - 0,09) = 0,075 кг/м3.
И эта величина примерно соответствует несущей способности гелия, в состав которого, условно говоря, входит и водород. С учетом и того, что они оба именно безрасходным образом и проникают в космическое пространство.
Конечно же, можно говорить, что приведенные характеристики неточные, но неточные-то они в пользу высказанного предположения, т.к. на самом деле, как это видно на объем водорода, кстати, еще и с добавками пропилена равнялся, отнюдь, не 200 000 м3.
И, соответственно, если бы вес дирижабля (без водорода) был уменьшен до следующей величины: Qк. = 0,075 кг/м3 * 200 000 м3 = 15 000 кг, т.е. был бы уменьшен в 8,3 раза, он смог бы проникнуть и в космос.
А при помощи графеновых нанотрубок это сейчас можно было бы обеспечить без особых проблем, как обеспечить постройку за год 176 подобных водородных космических дирижаблей...
В будущем мирные космические аппараты, стартующие с Земли, будут водородными и легче гелия
Используемые в настоящее время ракеты являются, по сути, доисторическим агрегатами - и именно из-за этого освоение космического пространства является пока чрезвычайно затратным. Ведь, в частности, так называемое "рабочее тело" реактивным образом и именно безвозвратно отбрасывается в бесконечность.
При этом подразумевается, что это "рабочему тело" ничего не мешает смещаться в бесконечность. Но на практике же этого не бывает. Ведь в реальных же условиях и на эти "рабочие тела" действуют гравитационные силы...
Человечество, как известно, ничего принципиально нового не изобрело. По крайней мере, все научно-технические достижения - это чаще всего не очень-то эффективное копирование природных явлений. Но беда в том, что на некоторые природные явления ученые упорно и без надлежащего обоснования именно не хотят обращать внимание. Как, например, не совсем понятно чем обусловлено мнение, что атмосфера не оседает на земную поверхность потому, что у молекул газов имеется та или иная скорость. Ведь наличие скорости и у мельчайших частиц взвешенной пыли не означает что и они неограниченно долго витают над земной поверхностью. Рано или поздно, они обязательно на нее оседают. И это как раз полностью соответствует основным положениям классической механике в отличие от того, как ведут себя молекулы газов...
Тем не менее, официальная наука изначально исходит из того, что газы не обладают собственными не сущими свойствами.
То же, что молекулы газа не оседают на земную поверхность, быстрее всего, из-за столкновений, по сути, было доказано схемой принципиально нового вида реактивных взаимодействий - без реактивного отброса масс именно в бесконечность, предложенной московскими профессорами В.В. Белецким и М.Е. Гиверцем еще в 1963 году. Они предложили схему безрасходных межорбитальных переходов пульсирующей космической гантели (Рис. 1.). Согласно этой схеме Земля и пульсирующая гантель в процессе осуществления этих переходов смещаются во взаимно противоположные стороны. Но при этом они не теряют связь друг с другом, как это подразумевается схемой, так сказать, классического реактивного взаимодействия ракет и отбрасываемых ими реактивных струй.
Рис. 1.
Мною же еще в 80-х годах была предложена более наглядная и именно аналогичная схема осуществления безрасходных переходов с одной орбиты на другую путем за счет именно взаимных столкновений, в частности, двух спутников, движущихся по одной и той же орбите, но во взаимно противоположных направлениях.
Рис. 2.
Имеет смысл подчеркнуть, что речь идет именно о мысленном эксперименте, который сводится к периодическим взаимодействиям пары спутников 1 в одной и той же точке, находящейся сверху (Рис. 2.).
Речь идет не просто об абсолютно упругом столкновении этой пары спутников через полпериода после выведения их на одну и ту же орбиту. При этом абсолютно упругое столкновение с изменением направления движения на противоположное сопровождается еще и дополнительным расталкиванием этой пары спутников, естественно, с расходом энергии, чем как раз и обеспечивается безрасходный переход на более высокую орбиту.
И такого рода взаимные дополнительные расталкивания могут осуществляться многократно и периодически в одной и той же точке пространства.
При этом сразу же имеет смысл подчеркнуть, что в данном случае использование пары спутников, по сути, в качестве "рабочего тела" осуществляется не по направлению импульсного дополнительного расталкивания этих спутников. В отличие от того же классического реактивного взаимодействия и в данном случае, по сути, имеется реактивный отброс Землей "рабочее тело", но который осуществляется под углом 90 градусов к направлению их импульсного, по сути, также реактивного дополнительного расталкивания...
Именно такое простейшее взаимодействие, как соударение с дополнительным расталкиванием как раз и позволяет вести речь о тех природных негравитационных природных проявлениях, о которых все чаще заводят речь в последнее время даже самые авторитетные ученые и которые пора бы уже и нам начать использовать. Благо, достижения нанотехнологий позволяют уже делать на столько легкие водородные космические аппараты, являющиеся, по сути, радикально облегченными дирижаблями, которые могли бы использовать и относительно слабые негравитационные природные проявления.
И вот как можно оценить эти проявления, которые, надеюсь, будут положены в ближайшем будущем в основу космических двигателей (без реактивного отброса масс в бесконечность), использующих именно природные реактивные взаимодействия, осуществляющиеся в атомах водорода.
В частности, это можно сделать исходя из известных формул, описывающих переход по эллиптической орбите (Рис. 3.) с одной круговой орбиты на более высокую круговую орбиту (https://scask.ru/r_book_mor.php?id=177).
Рис. 3.
С учетом, естественно, что в нашем случае энергия, необходимая для приращения для смещения именно пары спутников в течение каждого витка, оценивается на уровне 2-х половинок величины минимальной энергии, необходимой для осуществления перехода с одной круговой орбиты на другую, также круговую (Рис. 4.).
Рис. 4.
Соответственно, при достаточно малой величине периодических приращений: da = (а1 - а2) --> 0 в процессе рассматриваемого реактивного взаимодействия Земли и пары спутников килограммовой массы, мы имеем с соответствующими сокращениями...
dC = 0,5 * V2 * a * (da / a2) = 2 * 0.5 * W2, откуда:
da = 2 * a * W2 / V2.
Таким образом за время полного оборота смещение пары спутников на расстояние da осуществляется со средней скоростью:
Wср =0,5* da / T = 0,5 * (2 * a * W2 / V2) / (2 * 3,14 * а / V);
Wср = 0,5 * W2 / (V * 3,14), где:
Т - период обращения пары спутников вокруг Земли.
А т.к.:
dC / Т = Tпр. * Wср, где:
Tпр. - тяга развиваемая за счет смещения пары спутников.
Tпр. = dC / (Т *Wср) = W2 / [(2 * 3,14 * а / V) * 0,5 * ( W2 / (V * 3,14)];
Tпр. = V2 / а = 58 064 400 / 500 000 = 116,13 н.
Кстати, получается, что Tпр., в общем-то, зависит только от V и а, а от Wср. и W не зависит...
Представим теперь, что Земля с парой спутников, имеющих значительно меньшую массу, находится на такой высоте (по отношению к значительно большему космическому объекту), где сила гравитационного притяжения соответствующего объекта будет меньше 116 н (Рис. 5.).
Рис. 5.
Соответственно, в этом случае Земля вместе с ее спутниками перестала бы падать на этот космический объект, а стала бы двигаться в космическое пространство в течение времени T1 (пока радиус апогея не увеличился бы, например, на 10% при W = 100 м|cек).
Т1 = 50 000 /[0,5 * W2 / (V * 3,14)] = 50 000 / (50 / 23 926,8 = 25 000 000 сек.
Оценим теперь аналогичным образом природную тягу водорода в процессе его аналогичного реактивного взаимодействии с Землей и взаимных столкновений не пар молекул, еще раз надо подчеркнуть, без реактивного отброса "рабочего тела" именно в бесконечность, а пар электронов. Это обусловлено более наглядной схемой взаимодействия электронов и атомных ядер...
Тпр. = [V2 / а] * 2 * mэл. = (3⋅10+6)2 / 0,528⋅10-10 * 18,2⋅10-31;
Tпр. = 1,705⋅10+15 * 18,2⋅10-31 = 3,103⋅10-5 н, где:
mэл. = 9,1⋅10-31 кг - масса электронов;
V = 3⋅10+6 м/сек - примерная орбитальная скорость электронов;
а = 0,528⋅10-10 м - примерный радиус орбиты электронов у атома водорода.
При этом сила земного притяжения (Рв), действующая на атом водорода, получается, равна:
Рв. = mв * g = 1,674⋅10 -27 * 9,8 = 1,64⋅10 -27 н, где:
mв = 1,674⋅10 -27 кг - масса атома водорода.
Тот же факт, что такого рода столкновения электронов чрезвычайно эффективны (Тпр. >> Рв.) - это, с одной стороны, означает, что электроны могут сталкиваться в рассматриваемом варианте крайне редко, но и этих столкновений хватает для безрасходного проникновения водорода в космическое пространство без реактивного отброса в бесконечность "рабочего тела".
Но, с другой стороны, следует обратить внимание на то, что речь же шла в основном об искусственно организованных дополнительных расталкиваниях спутников и о том, что аналогичные им природные процессы безусловно имеют место. Но эти процессы могут же происходить не только в одной т той же верхней точке орбиты, но и в любых ее точках, что, кстати, вполне можно рассматривать и как механизм возникновения хаотического движения молекул газов. Необходимых для этого внешних излучений различного направления, как говорится, хватает...
И, что является очевидным, что именно тот импульс, которые в момент столкновения совпадает с направлением орбитальной скорости, как говорится срабатывает чрезвычайно эффективно - а это, быстрее всего, достаточно редкое явление...
Но и при всем этом суммарный эффект от их воздействия в плане появления соответствующих несущих свойств у газов должен был бы быть нулевым.
И только благодаря наличию таких условий, которые приводят и к возникновению вполне определенного направления действия у тех же гравитационных взаимодействиях, и в рассматриваемых взаимодействиях они обеспечивают нарушение соответствующего равновесия. И именно из-за того, что внешние воздействия снизу оказываются менее интенсивными по сравнению с идущими сверху - нарушается равновесие в рассматриваемом орбитальном движении - в пользу преимущественного осуществления безрасходных межорбитальных переходов электронов по направлению именно вниз. Это и ведет к появлению силы Тпр., направленной, соответственно, верх, т.е., по сути, являющейся антигравитационной силой. Силой, которой в земных условиях полностью компенсируется гравитационное притяжение только лишь у водорода и гелия, а также частично - у всех газов...
Имеется и еще более наглядные свидетельства существования у газов собственных несущих свойств, которые конечно же и, надеюсь в ближайшем будущем, будут использоваться стартующими с Земли именно мирными космическими аппаратами. Ведь в оборонных целях без использования ракет не обойтись.
Смотрите следующие на эту тему публикации...
