CC BY
13
ЭОЖ 662.769.2 А. Д. Сулейменов
Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар
СУТЕГ1 - БОЛАШАК ОТЫНЫ
Осы макрлада сутегш казбалы энергия жэне тагы баска кабшетттктер туралы щрастырылган.
Кiлттi свздер: сутегi, отын, химиялъщ элемент, казбалы отын, казбалы энергия квзi, булы риформинг.
Эзшщ карапайымдылы^ы мен кец таралуына карамастан Жер жYзiнде сутеп ерюн тYPДе кездеспейдi. Жещл салмаFына байланысты ол атмосфераныц жоFарFы кабатына кeтерiледi немесе баска химиялык элементтермен байланыска тYседi. Мысалы, оттегiмен араласып суды тYзедi.
СонFы 10 жыл шшде балама энергия кeзi ретiнде сутепге кызыFушылыктын пайда болуы екi факторFа байланысты. Бiрiншiден, казiргi уакытта непзп энергия кeзi болып табылатын казбалы отындардын коршаFан ортаны ластауы. Еюншщен, бул казбалы отын корларынын шектеулшш.
Сутегi баска да балама отын тYрлерi секiлдi, жоFарыда кeрсетiлiп кеткен мэселелердi шешу жолы болып табылады. Сутегiнi пайдаланFан кезде ластану денгей 0-ге тен, себебi, энергиянын бeлiнуi кезiнде косымша eнiмдер жылу мен су болып табылады. Жэне де олар кайтадан баска да максаттарFа пайдалануы мYмкiн. Сутегi корын тауысу eте киын, eйткенi ол FаламдаFы барлык заттардын 74 %-ын курайды, ал Жер жYзiнде планетамыздын Yштен екi бeлiгiн курайтын сYДын курамына кiредi.
Цазбалы энергия кeздерiнен ерекшелш, сутегi колдануFа дайын энергия кeзi болып табылмайды, ол онын тасымалдаушысы болып есептеледi. Баска сeзбен айтканда сутегiнi таза тYPДе кeмiр секiлдi энергияны алу Yшiн колдану мYмкiн емес. Ен алдымен отындык элементтерде колдануFа жарамды сутегiнiн таза тYрiн алу Yшiн кандай да бiр энергияны жумсау кажет.
Сондыктан сутепш казбалы энергия кeздерiмен салыстыруFа болмайды. Оларды алдымен мiндеттi тYPДе зарядтап алып колданатын батареялардын аналогы деп ай^а болады. Бiрак батареялар тогынан айырылFасын жумыс iстеуiн токтатса, сутеп элемен'л^ отынмен (сутегiмен) камтамасыз етше бергенге дейiн энергияны eндiрiп отырады.
Сутегiнi алудаFы ен кен таралFан жэне кымбат емес эдiстерiнiн бiрi болып кeмiрсутек колданылатын (кeмiртегi мен сутепден Fана туратын заттар) булы риформинг. ЖоFары температурада су мен метаннын (СН4) реакциясы кезiнде сутеп ^п мeлшерде бeлiнедi.Бул эдiстiн кемшшт болып, реакциянын косымша eнiмi болып кeмiркышкыл газы тYзiледi.
Сутепш электролиз YPДiсi кезшде де алуFа болады. Су аркылы электр тогын етюзу кезiнде оныц химиялык элементтердiц кураушыларына бeлiнуi жYзеге асырылады. Нэтижесiнде сутеп мен оттегi алынады.
Yйреншiктi эдютерден баска казiрri кезде сутегiнi алудыц баска да балама жолдары мукият зерттелуде. Мысалы, куннщ жарыFы болFанда кейбiр балдырлар мен бактериялардын ^рштк эрекетi eнiмi болып сутегi бола алады. Бул бактериялардын кейбiреулерi сутепш карапайым турмыстык калдыктардан eндiре алады.Бул эдiстiн салыстырмалы темен тиiмдiлiгiне карамастан, калдыктарды кайта eндiру мYмкiндiгi болFанынан жеткiлiктi тYPДе болашаFы бар. Эйткеш, Yрдiстiн тиiмдiлiгi жана бактериялардын тYзiлуi нэтижесiнде туракты тYPДе жоFарылайды.
Жакында сутегiнi аммиакты (№Н3) колдану аркылы алу эдiсiн Fалымдар ойлап тапты. Бул химиялык заттын кураушыларFа бeлiнуi кезiнде азоттын бiр бeлiгi мен сутегшщ 3 бeлiгi тYзiледi.Мундай реакциялардьщ ен жаксы катализаторлары болып кымбат эрi сирек кездесетiн металдар болып табылады.Жана эдiс бiр сирек кездесетш катализатордын орнына екi колжетiмдi жэне арзан затты (сода жэне амидтер) колданады. Сонымен катар YPДiстiн тшмдшш аса нэтижелi кымбат катализаторлармен салыстыруFа турарлык.
Бул эдiстiн арзандыFымен катар онын ерекше айта кететiн жаFы сутегiге караFанда аммиакты сактау жэне тасымалдау онай. Ал керек кезде сутепш алу Yшiн аммиактан жай Fана химиялык реакция аркылы алуFа болады. Бекiтiлмеген болжамдарFа сенетiн болсак, аммиакты колдану кeлемi 2 литрлж бeтелкеден Yлкен емес реакторды жасауFа мYмкiндiк бередi. Бул кeлемдегi аммиактын мeлшерi карапайым кeлемдi автомобиль Yшiн жеткiлiктi сутегiнi eндiредi. Аммиак казiргi уакытта Yлкен кeлемде тасымалданады жэне тынайткыш ретiнде кен колданылады. Дэл осы химиялык зат Жер жузшдеп тамактын жартысына жуыFын eсiруге мYмкiндiк берiп тур, жэне де бул химиялык зат болашакта адамзат Yшiн манызды энергия кeздерiнiн болуы мYмкiн [6].
Колдану аясына кeз жYгiртер болсак, сутектi отын элементтерi барлык кeлiк тYрлерiнде, Yйлерге арналFан стационарлы энергия кeздерiнде, сонымен катар портативт Yлкен емес, кейде калта курыгаыларында электрдi eндiру Yшiн колданылады. 1970^ жылдарда сутегiнi NASA-да Жер орбитасына зымырандар мен Fарыштык шатлдарды шы^ару Yшiн алFаш колданыла бастады. К^рг1 кезде сутегiнi автомобиль индустриясында отын ретшде колдану Yшiн Yлкен ^ш жумсалуда.
Сутегiнi бурынFыдай кауiптi химиялык элемент ретшде кабылдауда. Бул бедел оFан 1937 жылы Гинденбург дирижаблшщ апатынан кейiн турактанып калды. БуFан карамастан АКЩ-тын энергетикалык акпараттандыру эюмшшш (Е1А) бул элемент минимум тYрiнде алFанда бензин секiлдi кауiпсiз болып келедь Казiргi уакытта кезектi технологиялык революциянын болуы екi талай болFандыктан, жакын болашактын машиналары басым тYPДе электрлiк, немесе сутектi, немесе бул ею технологиянын гибридтi формаларында жэне бензиндi авто болады.
Эр нуска автоиндустриясынын дамуынын eз артыкшылыктары мен кемшiлiктерi бар. Сутектi отын Yшiн отын толтыру бекеттерiн бензиндi отын
толтыру 6eKerrepi базасында жасау оцайырак, 6ipa^ осы айтыетан эдiс кeлiк куралдарын электрлiк зарядтау инфракурылымын жасауFа келмейдь Белгiлi маFынада сутектi жэне электр автомобильдершщ бeлiнуi жасанды болып келед^ eйткенi eKi жаFдайда да машина козFалу Yшiн электрдi колданады. ЭлeктрокаралардаFы электр аккумуляторда шоFырланFан болса, ал отындык элeмeнттeгi реакция нэтижeсiндe химиялык энергияны электр электр энергиясына айналдыратын затты кез келген уакытта косуFа болады.
Сутeктi отынды куйып алу уакыт бойынша бeнзиндi куйып алумен салыстырмалы, жэне бiрнeшe минут алады, ал элeктрлi аккумуляторларды толык зарядтау Yшiн казiргi уакытта сэттi жаFдайда 20-40 минут iшiндe eндiрiлeдi. Баска жаFынан элeктромобильдeрдiц артыкшылыFы оладрдытiкeлeй Y^e ток кeзiнe косп зарядтауFа болады.Ал егер муны тYндe жасайтын болса, онда электр-тарифтeрiндe экономдауFа болады.
Электр мен сутеп казбалы отындардан айырмашыль^ы олардыц табиFи энергия кeздeрi eмeстiгi. Оларды алу Yшiн энергия жумсау кажет. Бул энергия кeзi сутeктi жэне электр автомобильдершщ экологиялылы^ынын мацызды факторлары болып табылады.
Сутекл алу Yшiн жылу, немесе электр тогы кажет. Fаламшарымыздын ыстык жэне куншуакты аймактарында олар KYн энергиясын жинактау аркылы алынады, ал суык елдерде, мысалы, Скандинавияда казiрдeн бастап климатка сэйкес жел бeкeттeрiн салуда. Олар электролиз кeмeгiмeн сутeгiнi eндiругe катыса алады. Сутeгi мен элeктрдi алудын мiндeттi кeзeнiн ескере отырып, мундай автомобильдeрдiн атмосфeраFа тYсeтiн заттарынын нeлдiк дeнгeйi бастапкы энергия кандай эдiспeн алынатынына байланысты. ОсыFан байланысты бул ^тк куралдарыныц eкi титнде де тепе-тендж сакталып тур жэне осы екеушщ бiрeуiн экологиялылыFы басым деуге болмайды. Бул eкi ^л^пц шуларын салыстырсак тепе-тецге жакын. ДэстYрлiгe караFанда жаца моторлар элдекайда шусыз жумыс iстeйдi.
Отындык элeмeнттeрдeгi автомобильдер карапайым бeнзиндi автомобильдер сиякты аязда киындыктарды сeзiнeдi.Батарeялардыц iшiндe тeрiс температураларда катып калатын жэне батареяларды жумыска жарамсыз eтeтiн аз мeлшeрдe су сакталып калуы мYмкiн. Батареяларды кыздырFаннан кeйiн дурыс жумыс iстeйдi, алайда сырткы кыздырусыз олар от алмайды немесе бiрнeшe уакыт бойы тeмeнгi куатта жумыс iстeйдi. Заманауи сутекл автомобильдeрдiц орын ауыстыру кашыктыFы шамамен 500 км курайды. Бул ^рсетюш типтiлiк электрокаралардан элдекайда жоFары. Олардыц орын ауыстыру кашыкты^ы сирек кезде Fана 150-200 км жeтeдi.Бул жаFдай Tesla Model S пайда болуынан кeйiн eзгeрдi, бiрак бул электрокарда зарядтаусыз орын ауыстыру кашыктыFы бойынша (430 км) сутекл автомобильдерге жете алFан жок.
Эдeттeгi бeнзиндi 1ЖМ-ныц ПЭК-i шамамен - 15 %-ды кураса, отындык элeмeнттeрдeгi автомобильдiц ПЭК-i - 50 %, ал электромобильдердщ ПЭК-i - 80%^а тец. ^аз1рп уакытта General Electrics концeрнi тшмдшт 65 %-ды курайтын отындык элементтермен жумыс жасауда. Жэне де олар оныц ПЭК-i 95 %-Fа артуы мYмкiн деп болжайды. Бул бiр элементте 10 МВт-ка дeйiн электр
энергиясын (тYрлендiруден кешн) корландырып алуFа мYмкiндiк беретш болады. Электрокаралардын кемшiлiгi болып олардыц батареялары болып табылады. Мысалы, Tesla Model S батареясыныц салмаFы - 550 кг, ал автомобильдщ толык салмаFы 2100 кг курайды, бул керсетюш бойынша аналогты cyTeKTi келж куралынаын салмаFынан бiрнеше 100 кг кеп. Сонымен катар батареяныц салмаFы кашыктыкты еткеруден кейiн азаймайды, ал бензиндi жэне сyтектi автомобильдердегi жумыска кеткен отынныц эсерiнен машина салмаFы жецiлденедi [2, 83 б.].
Сутект элементтер энергияны сактау бойынша бiрлiк массаFа аyдарFан кезде де утып тур.Эдеттегi жаFдай кезiнде бул газ метан энергиясыныц Yштен бiрiн Fана курайды. Эрине сyтегi тасымалдау кезшде отындык батареялардыц
• • KJ KJ • 1—' • ,<- с/ -\ •
iшiнде суйык жэне сыFылFан кYйiнде сакталады. Ьiрак бул жаFдайда да 1 литрдегi энергия мелшерi (МДж) бойынша бензиннiц керсетюштершен калып отыр [5].
Сутегшщ басым артыкшылыFы энергияны бiрлiк салмакка айналдырFанда керiнедi. Бул жаFдайда ол бензндi 3 есе (47 МДж/кг-ге 143 МДж/кг) асып тYседi. Бул керсетюш бойынша сyтегi электр батареяларынан да басым. Бiрдей салмакта сyтегi электр батареясына караFанда 2 есе энергия корын иемденедi. Сyтегiнi сактау кезшде кейбiр киындыктар туады. Бул химиялык элемента тасымалдау жэне
• • • 1 KJ U 1—' • с/ с/
сактау Yшiн ен тиiмдi форма - суйык куй болып табылады. Бiрак газды суйык ^йге айналдыру тек -2530С температурасында Fана жYзеге асырyFа болады. Бул YPДiс арнайы контейнерлер, курылFылар мен аз емес каржы шыFындарын кажет етедi.
Ендi айтып кететiн жайттардын бiрi осы жылдаFы яFни 2015 жылы сyтегiнiн алатын орны.Тоуо1а, Hyundai, Honda жэне баска автоендiрyшiлер кеп жылдар бойы сyтектi отындык элементтердi зерттеуге Yлкен каражат жумсады. Ендi 2015 жылы баFасы жэне сипаттамасы жаFынан баска келiк тYрлерiнiн баламасы ретiнде карастырyFа болатын алFашкы автомобильдердi жарыкка шыFарyFа дайындалып жатыр. 2015 жылы отындык элементтердеп машиналар ортакелемдi 4-есiктi седан, орын ауыстыру кашыкты^ы отын толтырусыз минимум 500 км курайтын (отын толтыру 5 минуттан артык болмайды) болуы шарт. Мундай автомобильдщ баFасы 50000$-дан 100000$ аралы^ында болуы керек. Сонымен сyтектi автомобильдердщ баFасы бiр онжылдыктын iшiнде бiршама темендедi.
Калифорния бурыннан берi Жер планетасындаFы ен прогрессивтi мекен мэртебесш мэртебесiн иеленiп келе жатыр. Дэл осы жерде зан жана технологиялар мен енертабыстарFа айкара жол ашады. Онын iшiнде балама отындаFы автомобильдердi дамыту да сыртта калып коЙFан жок.
Келiк куралынын 0-дiк айналымнан шыккан заттары туралы (ZEV - zero-emission vehicle) кабылдаетан за^а сэйкес 2025 жылы барлык сатыгетан автомобильдердiн 15 %-ы зиянды заттарды атмосфераFашыFармаyы тиiс. ОсыFан уксас зандарды кабылдаFан 10 баска штаттармен бiрге АKШ-таFы жолдарда 2025 жылы 3,3 млн жуык ZEV автомобильдерi болуы керек. Жана автомобильдi шыFарy дайынды^ы толыкканды жYрiп жатканына карамастан, бастапкы сатыларда ендiрyшiлерге манызды инфракурылымдык киындыкдыктармен соктыFысyына тура келедi. Toyota Калифорния аймаFында сyтектi отын толтыру бекеттерш салу
Yшiн 200 млн доллар каражат белд^ 6ipa^ бул каражат ендiгi жылFа дейiн тек 20 отын толтыру 6eKeTTepiH салуFа Fана жетедi. К^урылыстыц кымбаттыль^ын есепке алмасак та, отын толтыру бекеттершщ саны ете баяу еседь 2016 жылы олардыц саны - 40-ка, ал 2024 жылы - 100-ге жуык болады.
^урылыстыц узак мерзiмдiлiгiн оцай тYсiндiруге болады. Себеб^ Yлкен емес технологилык революцияныда 1 жыл iшiнде жасау MYMKrn емес нэрсе. КYнтiзбеде 2015 жыл сутекл автоиндустрияныц дамуыныц бастауы болып белгшенген, алайда отындык элементтердегi машиналар ездерiнiц бэсекелестерiне тек 2020 жыета карай кYтiлетiн кымбат емес жэне сенiмдi 2-шi урпак модельдерiнiц пайда болуымен Fана наFыз бэсекелестiк керсете алады. Бул уакытта жолдарда сутекл отын толтыру бекеттерi дамып жетiледi деп болжанып отыр.
Сутектi автомобильдердi ендiрушiлер арасында япондык модельдердiц кепшшгше карамастан, бул келiк тYрiне баска да курлыктардаFы автоендiрушiлер KызыFушылык танытып отыр. Солардыц арасындаFы сутектi жоспарлары бар эйгiлi автоендiрушiлер: General Electrics, Diamler, General Motors, Mercedes-Benz, Nissan, Volkswagen.
Кррытындалай келсек, болашакта жаетыз энергия кезi сутегi болып калмайды. Бул элемент баска да балама энергия кездерiмен бiрге коса коршаFан ортаныц ластануы жэне табиFи казбалы ресурстардыц жойылып кетуi мэселелерiнiц шешiмi болады.
ЭДЕБИЕТТЕР Т1З1М1
1 Гусаров, А. П., Вайсблюм, М. Е., Соколов, М. Г. Газ как перспективное автомобильное топливо// Сб. тр. НАМИ. - М. : Изд-во НАМИ, 1989. - С.105-115.
2 Емельянов, В. Е., Крылов, И. Ф. Альтернативные экологически чистые виды топлива для автомобилей. Свойства, разновидности, применение. - М. : АСТ, 2004. - 128 с.
3 Козлов, Ю. С., Меньшова, В. П., Святин, И. А. Экологическая безопасность автомобильного транспорта: Учебное пособие. - М. : Агар, 2000. - 176 с.
4 Павлова, Е. И. Экология транспорта: Учебник для вузов. - М. : Транспорт, 2000. - 248 с.
5 http://zap-online.ru/info/avtonovosti/vse-chto-nuzhno-znat-o-vodorodnom-toplive-budushchego
6 http://www.13min.ru/nauka/vodorodnoe-toplivo.html
Материал 15.12.2015 баспаFа тYстi.
А. Д. Сулейменов
Водород - источник будущего топлива
Павлодарский государственный университет им. С. Торайгырова, г. Павлодар
Материал поступил в редакцию 15.12.2015.
A. D. Suleymenov
Hydrogen - fuel source of the future
S. Toraighyrov Pavlodar State University, Pavlodar.
Material received on 15.12.2015.
В статье приводится роль и значение водорода для использования в качестве топлива The article presents the role and importance of hydrogen for use as fuel.
УДК 621.311:665
Р. К. Султангалиев, В. П. Марковский
Павлодарский государственный университет имени С. Торайгырова, г. Павлодар
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЯ НА НЕФТЕХИМИЧЕСКИХ ПРЕДПРИЯТИЯХ
Статья посвящена вопросам развития энергосбережения и энергоэффективности промышленных предприятий Республики Казахстан.
Ключевые слова: энергосбережение, эффективность, промышленность, издержки, энергозатраты.
На развитие хозяйствующих субъектов в нашей стране существенное негативное влияние оказывает высокая доля энергетических затрат в издержках производства, которая на промышленных предприятиях составляет в среднем 8-12 % и имеет устойчивую тенденцию к росту в связи с большим моральным и физическим износом основного оборудования и значительными потерями при транспортировке энергетических ресурсов.
Одним из определяющих условий снижения издержек на промышленных предприятиях и повышения экономической эффективности производства в целом является рациональное использование энергетических ресурсов. Вместе с тем, энергосберегающий путь развития отечественной экономики возможен только при формировании и последующей реализации программ энергосбережения на отдельных предприятиях, для чего необходимо создание соответствующей методологической и методической базы. Откладывание реализации энергосберегающих мероприятий наносит значительный экономический ущерб предприятиям и негативно отражается на общей
и и т—г и и
экологической и социально-экономической ситуации. Помимо этого, дальнейший рост издержек в промышленности и других отраслях народного хозяйства сопровождается растущим дефицитом финансовых ресурсов, что задерживает обновление производственной базы предприятий в соответствии с достижениями научно-технического прогресса.
