Научная статья на тему 'Vodonik kao energetski vektor budućnosti - hidridi i baterije na vodonik'

Vodonik kao energetski vektor budućnosti - hidridi i baterije na vodonik Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
310
46
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
energetski vektor buducnosti / vodonik / proizvodnja / skladistenje i koriscenje. / Energy vector of the future / hydrogen / production / storage and transportain

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Mitar Konjević

Vodonik predstavlja ekološki čist i praktično neiscrpan energent, relativno lak za skladištenje, transport i korišćenje. Međutim, zbog visoke cene dobijanja još uvek ne konkuriše aktuelnim fosilnim gorivima. Ako se pretpostavlja da će vodonik predstavljati vrlo važan energetski vektor u budućnosti, interesantno je pokazati mogućnosti njegovog korišćenja u vidu hidrida i gorivnih ćelija.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

HYDROGEN AS AN ENERGY VECTOR OF THE FUTURE HYDRIDES AND BATHERIES EXPLOING THE HYDROGEN

Hydrogen represents the ecologically clean and practically inexhaustible energetic element, relatively easy for storage, transportation and exploitation. Nevertheless, due to high price of its production, hydrogen has not yet been a competition to actual fossil fuels. If we suppose that hydrogen will be pretty important vector in future, it is interesting to show the exploitation possibilities of hydrogen in forms of hydrides and fuel cells.

Текст научной работы на тему «Vodonik kao energetski vektor budućnosti - hidridi i baterije na vodonik»

Mr Mitar Konjević,

dipl. inž.

Vojnotehnicki institut, Beograd

VODONIK KAO ENERGETSKI VEKTOR BUDUĆNOSTI - HIDRIDI I BATERIJE NA VODONIK

UDC: 546.11 : 620.92

Rezime:

Vodonik predstavlja ekoloski cist i prakticno neiscrpan energent, relativno lak za skla-distenje, transport i koris}enje. Melutim, zbog visoke cene dobijanja jos uvek ne konkurise aktuelnim fosilnim gorivima. Ako se pretpostavlja da }e vodonik predstavljati vrlo va'an energetski vektor u budumosti, interesantno je pokazati mogu}nosti njegovog koris}enja u vidu hidrida i gorivnih }elija.

Kljucne reci: energetski vektor budumosti, vodonik, proizvodnja, skladistenje i koris}enje.

HYDROGEN AS AN ENERGY VECTOR OF THE FUTURE HYDRIDES AND BATHERIES EXPLOING THE HYDROGEN

Summary:

Hydrogen represents the ecologically clean and practically inexhaustible energetic element, relatively easy for storage, transportation and exploitation. Nevertheless, due to high price of its production, hydrogen has not yet been a competition to actual fossil fuels. If we suppose that hydrogen will be pretty important vector in future, it is interesting to show the exploitation possibilities of hydrogen in forms of hydrides and fuel cells.

Key words: Energy vector of the future, hydrogen, production, storage and transportain.

Uvod

Usled svetske energetske krize sve zemlje razvijaju vlastite energetske pro-grame, bez obzira na svoje energetske potencijale. Pove}ana potro{nja nafte, prirodnog gasa i uglja, nezamenljivih pri-marnih energetskih izvora i tehnolo{kih sirovina u baznoj hemijskoj industriji uslovila je da se ubrza razvoj i uvo|enje novih tehnologija koje bi trebalo bitno da unaprede upotrebu tradicionalnih goriva, kako bi se pre{lo na kori{}enje novih i/ili obnovljivih izvora energije (solarne, geo-termalne, snage vetra i morskih talasa, naftnog peska, uljanih {kriljaca, biomase

i nuklearne energije). Samo zemlje Evropske unije planiraju da u periodu do 2010. godine za istraživanje i razvoj al-ternativnih izvora energije ulože preko 95 milijardi evra. Od svih navedenih izvora energije nefosilnog tipa znacajnije u~e{}e u svetskoj potro{nji ima nuklear-na energija fisionog tipa sa 19% u svet-skoj energetskoj potro{nji po~etkom 2000. godine. Jednom dobijenu energiju treba transportovati ili ~uvati da bi se mogla koristiti onda kada je potrebna.

Na dana{njem stepenu razvoja skladi-{tenje i transportovanje znatnije kolicine energije nije izvodljivo, pa se pribegava proizvodnji sekundarnih energetskih izvora.

VOJNOTEHNICKI GLASNIK 5/2005.

461

Dobijanje vodonika

Vodonik se dobija u procesima: par-cijalne oksidacije sirove nafte (48%), ka-talitickog reforminga prirodnog gasa (30%), gazifikacije uglja (16%), elektro-lize vode (3%) i ostalim procesima (3%).

Vodonik dobijen elektrolizom vode znatno je skuplji od vodonika dobijenog ostalim hemijskim procesima. Koris}enje nuklearne energije za dobijanje vodonika smatra se, uglavnom, rentabilnim. Za sa-da se nuklearna energija koristi za dobijanje vodonika na dva nacina - elektrolizom vode i koris}enjem termickog i ter-mohemijskog ciklusa razlaganja vode.

Elektroliza vode može biti: klasicna (225 dm3 H2/kWh), na povisenim tempe-raturama 90°C do 260°C (246 dm3 H2/kWh), na visokim temperaturama >900°C (440 dm3 H2/kWh)

Termicki i termohemijski ciklusi razlaganja vode direktno koriste termicku energiju dobijenu iz nuklearnih reaktora.

Skladištenje vodonika

Nakon proizvodnje vodonik treba cuvati i skladistiti, odnosno transportova-ti kako bi mogao biti iskoris}en u datom momentu. Vodonik može biti skladisten u gasovitom, tecnom i cvrstom stanju - u vidu hidrida.

Skladistenje vodonika u gasovitom

stanju

Skladistenje ve}ih kolicina vodoni-ka u gasovitom stanju vrsi se u podzem-nim prethodno pripremljenim prostori-ma. Skladistenje vodonika je od skladi-stenja prirodnog gasa znatno skuplje, jer

je njegova kaloricna mo} po jedinici za-premine znatno manja od one koju pose-duje prirodni gas. Danas su u upotrebi tri tipa i tri tehnike podzemnog skladistenja vodonika u gasovitom stanju.

Skladistenje u podzemnim peskovi-to-vodenim prostorima na dubinama od 400 do 1000 m: kroz cevi postavljene u prethodno izbusene otvore, gasoviti vo-donik se ubacuje na navedene dubine, gde se smesta potiskuju}i vodu izmedu zrnaca peska. Kroz iste cevi vodonik iz-lazi kada se otvori ventil, a pod pritiskom vode koja teži da zauzme svoj prvobitni položaj. U SAD, Rusiji, Nemackoj i Francuskoj koriste se podzemna skladista zapremine oko 6*109 m3.

Skladištenje vodonika u podzemnim rudnicima soli: prethodno je potrebno is-topiti so i izvu}i rastopinu iz zemlje, uz neophodnu proveru propustljivosti okol-nog terena oko prostora za skladistenje, jer se u ovom slucaju vodnik ubacuje pod pritiskom od 80 do 200 bara. U svetu su u upotrebi skladista ovog tipa zapremine od oko 200 000 m3.

Skladištenje vodonika u vešta~ki stvorenim podzemnim prostorima: u

SAD su ve} u upotrebi prostori dobijeni podzemnim nuklearnim eksplozijama. Gasoviti vodonik se u ove podzemne prostore ubacuje pod pritiskom od 100 bara na dubinu od oko 1000 m. Pre kori-s}enja ovog vodonika potrebno ga je oci-stiti od radioaktivnih cestica. Nedostatak podzemnih skladista su pove}ani gubici gasovitog vodonika u odnosu na prirodni gas, zbog velicine njegovih molekula i reakcije sa materijalima od kojih su izra-deni cevovodi i ventili.

Skladištenje vodonika u gasovitom stanju u rezervoarima pod pritiskom:

462

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 5/2005.

ovaj nacin skladištenja zahteva upotrebu rezervoara izrađenih od materijala velike zatezne cvrsto}e, koji su uglavnom ot-porni na dejstvo vodonika pod pritiskom. U upotrebi su sferni čelični rezervoari, cija masa po 1 kg gasovitog vodonika pri pritisku od 200 bara iznosi oko 75 kg.

Skladistenje vodonika u tecnom

stanju

Pri cuvanju i skladištenju vodonika u tecnom stanju treba imati u vidu njegove ogranicene (male) kolicine. Vodonik po-staje tecan na -252,7°C, a održavanje ovako niske temperature predstavlja limi-tiraju}i faktor za njegovu upotrebu. Upr-kos velikim gubicima (0,5% do 1% dnev-no) i velikim troškovima dobijanja (10 kWh za 1kg tecnog vodonika), vodonik u tecnom stanju verovatno }e se u budu}no-sti koristiti kao gorivo u drumskom, avi-onskom i železnickom saobra}aju.

Tecni vodonik, kao komponenta go-riva za pogon raketa (SATURN, KO-LUMBIJA, ARIJANA), u određenom trenutku bio je nezamenljiv. Za skladište-nje tecnog vodonika u upotrebi su celicni rezervoari zapremine od 25 do 450 m3, a NASA je realizovala rezervoar sfernog oblika od 3500 m3. Materijali koji se ko-riste za izradu rezervoara za skladištenje i cuvanje tecnog vodonika su legure alu-minijuma, legure bakra, austenitni hrom-nikl celici i INVAR.

Skladistenje vodonika u cvrstom

stanju

Skladištenje vodonika u vidu reversnih metalnih hidrida predstavlja zadovoljavaju-}i nacin za cuvanje relativno malih kolicina.

Neki od zahteva koje metalni hidridi treba da zadovolje kako bi bili industrij-ski upotrebljivi su: relativno niska cena dobijanja; neograniceno vreme skladište-nja u uslovima ambijenta; brza absorpci-ja i desorpcija vodonika na umerenim temperaturama i pritiscima; jednostav-nost i sigurnost pri rukovanju; umereni troškovi upotrebe; nepromenljivost u to-ku velikog broja naizmenicnih ciklusa hi-drogenizacije i dehidrogenizacije.

Metali i njihove legure koje u najve-}oj meri odgovaraju ovim zahtevima i mogu se koristiti za skladištenje vodonika u cvrstom stanju su: magnezijum i njegove legure; cirkonijum i njegove legure; vanadijum i niobijum; legure na bazi Fe-Ti; sastavi tipa LaNi5; legure sa-stava tipa LaNi5 sa Fe, Co ili Cu i dr.

Dobijanje metalnih hidrida

Hemijska kombinacija u cvrstom stanju vodonika i nekog metala, odnosno legure, predstavlja metalni hidrid. Vodonik se u metalu rastvara u vidu atoma. Kao izvori energetskog vektora budu}no-sti od posebnog su interesa hidridi koji se karakterišu izražajnijom reversnoš}u (po-vratnoš}u) i zadovoljavaju što ve}i broj navedenih zahteva.

Formiranje hidrida, odnosno reakci-ja rastvorljivosti vodonika u nekom me-talu (leguri) prikazuje se osnovnom jed-nacinom:

M+|h2 <=±MHS+AQ gde je s=1,2,3

(1)

kojom su predstavljena tri hemijska pro-stora M, H2 i MHs. Uocava se da pri for-

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 5/2005.

463

miranju hidrida dolazi do oslobadanja iz-vesne kolicine toplote AQ (ekzotermna reakcija). Nasuprot tome, da bi do{lo do izdvajanja vodonika iz ve} formiranog hidrida potrebno je dovesti izvesnu koli-cinu energije (endotermna reakcija). Reakcija se u prvom slucaju odvija u smeru 1, a u drugom u smeru 2.

Reakcija opisana jednacinom (1) re-verzna je (povratna), samo ako je stan-dardna promena Gibsove energije njenog formiranja manja od nule. Da bi do{lo do desorpcije vodonika iz hidrida neophod-no je dovesti izvesnu kolicinu toplote. Desorpcija }e se utoliko lak{e izvr{iti ukoliko je toplota formiranja datog hidrida bila manja. U tabeli 1 prikazane su toplote formiranja nekih hidrida, a na slici 1 dijagrami disocijacije najce{}e izuca-vanih i upotrebljavanih hidrida.

Tabela 1

Toplota formiranja hidrida

Hidrid LiH ZrH2 MgH2 Mg2NH4 FeTiH2 LaNi5H6 VH2

Toplota formiranja - AH [kJ/mol] 181 166 77 74 28 31 40

Rastvorljivost vodonika u odrede-nom metalu (leguri) zavisi od temperature na kojoj se proces odvija, pritiska vo-donika u kontaktu sa metalom i od pro-centualnog ve} rastvorenog vodonika u kristalnoj re{etki metala.

Na slici 2 prikazan je procentualan iznos vodonika (atomski) koji metal mo-že absorbovati u zavisnosti od pritiska na kojem se vodonik u kontaktu sa metalom nalazi na datoj temperaturi. Na dijagra-mu slike 2 uocavaju se tri oblasti defini-sane slede}im jednacinama:

M+|H2=MHy (2)

MHy+x2yH2=MHz (3)

MHx + s2xH2=MHs (4)

U prvoj oblasti, od tacke 1 do tacke 2, proces opisan jednacinom (2), pritisak vodonika u kontaktu sa metalom nepre-kidno raste i dolazi do rastvorljivosti sve ve}e kolicine gasa u metalu. Formira se cvrsta faza, ali se ne defini{e tacno sastav koji je postignut samo u tacki 2.

464

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 5/2005.

U drugoj oblasti, od tacke 2 do tac-ke 3, dolazi do formiranja hidrida u osnovnom metalu na konstantnom priti-sku. Povećava se procentualni sadržaj rastvorenog vodonika u sastavu metal-hi-drid. U ovoj oblasti razlikuje se cvrsta fa-za jos uvek nezasićenog metala vodoni-kom i formirani hidrid MHx. Proporcio-nalno ucesće hidrida u leguri raste pome-ranjem od tacke 2 ka tacki 3. Proces je opisan jednacinom (3).

U trećoj oblasti, od tacke 3 do tacke 4, u tacki 3 dostignut je maksimalan pro-cenat hidrida MHx u metalu, sastavlje-nom od cvrstog zasićenog rastvora vodo-nika u metalu i hidrida MHx. Može se re-ći da je dobijen konacan sastav za datu temperaturu i dati pritisak.

Povećanjem pritiska i dovođenjem nove kolicine vodonika dolazi do pove-ćanja njegovog procentualnog ucesće u sastavu metal-hidrid, zato sto struktura hidrida MHx ima mogućnost apsorpcije izvesne kolicine vodonika. Ovaj proces opisan je jednacinom (4).

Podela hidrida i njihova upotreba

Hidridi se najcesće, dele prema tem-peraturi na kojoj dolazi do desorpcije vodonika na dve grupe, slika 1 [4]. Prvu grupu cine hidridi cija je temperatura desorpcije manja od 100°C. Ova grupa hidrida karakterise se velikom brzinom ap-sorpcije i malim masenim udelom rastvo-renog vodonika u rastvoru osnovnog me-

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 5/2005.

465

tala. Tu spadaju hidridi na bazi legure ni-obijuma, vanadijuma i sastavi tipa LaNi5. Da bi se dobio vodonik iz ovih hidrida potrebno ih je neprekidno zagrevati uz stalno pove}anje temperature. Kontejneri za ove hidride izra|uju se od lakih legu-ra, sto ih cini konkurentnim hidridima sa valikom masenom koncentracijom vodo-nika MgH2 (druga grupa), ali i visokom temperaturom desorpcije. Sastavi iz ove grupe sadrže oko 1,37% H2 u masi uz za-preminski odnos koji je duplo ve}i od vodonika u tecnom stanju.

Za drugu grupu hidrida karakteristicna je mala brzina apsorpcije vodonika (cak i na povisenim temperaturama i pritiscima) i ve-

liko maseno uces}e vodonika rastvorenog u metalu. U ovu grupu spadaju hidridi mag-nezijuma i legura Fe-Cr. Hidrid magneziju-ma cesto je koris}en zbog svoje male mase i velikog procentualnog uces}a vodonika ras-tvorenog u metalu oko 7,7%. Da bi se ubr-zao proces apsorpcije, za ove hidride u usit-njeni sastav metala potrebno je dodati neku od legura koja stvara manje stabilne hidride, ali ubrzava proces apsorpcije. Na primer, formiranje hidrida magnezijuma traje po ne-koliko dana na povisenim temperaturama i pritiscima od oko 150 bara. Dodavanjem 10% LaNi5 vreme apsorpcije se smanjuje na 1h na pritisku od samo 30 bara.

466

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 5/2005.

Kineticke reakcije (apsorpcija i de-sorpcija) ne zavise samo do pritiska, temperature i karakteristika metala (legura), nego i od velicina povr{ina reakcije (velicina i oblik cestica metala, R = 0,2 do 1 mm), stanja povr{ina cestica, broja ciklu-sa apsorpcije i desorpcije koje mogu da izdrže cestice metala, a da ne dole do nji-hovog raspada i unutra{njih napona u mo-mentu stvaranja hidrida (slika 3), [18].

Izbor hidrida umnogome zavisi od namene, jer do sada nije proizveden hi-drid koji bi mogao zadovoljiti sve nave-dene zahteve. U Borodou (Francuska) re-alizovan je hidrid Mg, koji u 20 kg hidrida apsorbuje 1 kg H2, odnosno u 29,5 kg sistema, ako se racuna i masa rezervoara. U Grenoblu (Francuska) realizovan je re-zervoar na bazi hidrida legure Fe-Ti koji na 80 kg hidrida apsorbuje 1 kg H2, od-nosno ako se racuna i masa rezervoara 117,6 kg sistema. To znaci, da će se ako se želi hidrid gde će masa imati odlucu-juću ulogu, izabrati prvi, a ako se želi hidrid koji ima lako i brzo oslobađanje vo-donika, izabraće se drugi. Kompromisno re{enje dobija se kombinacijom ova dva hidrida. U tom slucaju 1 kg H2 absorbo-van je u 47 kg sistema i pocinje osloba-đanje vodonika već na 50°C.

U tabeli 2 dati su neki kriterijumi kojima se treba rukovoditi pri izboru hi-drida [13; 15].

Hidridi mogu biti primenjeni u sle-dećim oblastima: skladi{tenju nuklearne energije, skladi{tenju solarne energije, skladi{tenju fotohemijske energije, pre-nosu toplote, izdvajanju vodonika iz sme{e gasova, sabijanju vodonika, izradi primarnih i sekundarnih baterija vodo-nik-vazduh i kao ekolo{ki cisto gorivo.

Tabela 2

Kriterijumi za izbor hidrida

Hidrid kriterijum NaH MgH2 Mg2NiH4 FeTiH2 LaNi5H6 LiH

grH/1 kg mat. 42 76 35,9 18,9 13,7 127

T[oC], P=1 bar dekompoziciia 525 290 250 -19 16 800

EVRO/kg 1,5 2,5 3,5 7 15 30

Brzina formiranja Brzina razlaganja - vrlo spora povećana povećana povećana spora povećana povećana povećana -

Upotreba hidrida za dobijanje vodonika - energetskog vektora budućnosti, kao goriva komponente koja ne zagađuje okolinu, posebno će naći interes u rudni-cima, za prevoz u urbanim sredinama i za pogon podmornica.

Sjedinjene Države, Nemacka, Francuska i Japan razvile su razlicite tipove automobila koji za pogon koriste hidride. Mercedes je realizovao motor za minibus od 44 kW, 4800 min-1 i sa stepenom kompresije 9,25 sa hidridom na bazi Fe-Ti, zapremine 65 litara i mase 200 kg, uz ostvarenje autonomije kretanja od 150 km. Interesantno je napomenuti da se sa masom hidrida od 100 kg Mg može dobi-ti autonomija kretanja od 300 km pri ostalim istim uslovima.

Kaloricna moć 1 kg hidrida Fe-Ti je 2,2 MJ, 1 kg hidrida MgH2 8,4 MJ, dok je kaloricna moć 1 kg benzina 42,7 MJ. U borbi za cistiju životnu sredinu intere-santna su kombinovana re{enja hidrid-hi-drid (slike 4 i 5) [15] i hidrid-benzin za primenu u urbanim sredinama.

Baterija ili gorivne ćelije na

vodonik

Baterija na vodonik je elektrohemij-ska baterija koja može dugo (skoro ne-prekidno) pretvarati hemijsku energiju

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 5/2005.

467

Tl-F« hlcHd

Sl. 4 — Kombinovani rezervoar hidrida

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

goriva H2 i oksidatora O2 ili vazduha u elektricnu energiju u jednom procesu ko-ji ostavlja sistem skoro bez promena, sli-ka 6 [4].

Baterija na vodonik predstavlja generator energije koji funkcionise na obr-nutom principu od principa elektrolize vode.

h2+2o2 ^ h2o+e (5)

Obrnuta reakcija elektrolizi će oslo-bađati izvesnu kolicinu energije. Ovaj si-stem se razlikuje od klasicnih baterija i akumulatora po tome sto se u njemu ne odvijaju procesi klasicnog punjenja i pra-žnjenja, a elektrode izrađene najcesće od poroznog grafita ne trpe skoro nikakve promene tokom elektrohemijskog procesa već služe kao osnova za reakciju. Goriva komponenta H2 i komponenta koja omo-gućava sagorevanje - vazduh, smestene su van sistema, a u njega se dovode po-

sebnim cevima. Sam proces razlikuje se od klasicnih elektrohemijskih procesa, jer se odvija u dve istovremene etape: reduk-ciji oksidatora na katodi i oksidaciji goriva na anodi. Ove reakcije odvijaju se u uslovima veoma bliskim povratnim, sto uslovljava da je koeficijent korisnog dej-stva ovih sistema veći nego kod termickih motora. Međutim, brzina hemijske reakcije u ovom sistemu je vrlo mala, sto uslovljava povećanje mase sistema, a i cene.

Sematski prikaz hemijskih procesa na elektrodama prikazan je na slici 6. Ukoliko se KOH koristi kao elektrolit neophodno je izvrsiti dekarbonizaciju vazduha koji dolazi na katodu da ne bi do-slo do stvaranja karbonata KOH.

Vodonik i kiseonik, odnosno vazduh, dovode se na porozne elektrode u gasovitom stanju. Poroznost elektroda je neophodna da bi se olaksao prolaz gasa. Pregradnu barijeru između elektroda cini elektrolit koji treba da spreci i stvaranje -„kljucanje“ gasa koje bi poremetilo funk-

468

VOJNOTEHNICKI GLASNIK 5/2005.

cionisanje baterije, uz sigurno obezbeđe-nje neproboja elektrolita prema komora-ma sa gasom.

Povrsina koja razdvaja gas od tec-nog elektrolita lako se formira u jednoj kapilari, ali to nije slucaj sa otvorima u poroznim elektrodama. U granicnoj obla-sti gasa i elektrolita dolazi do formiranja, sa jedne strane, kapilarne sile, a sa druge - sile pritiska gasa. Pritisak gasa je kon-stantan, ali se kapilarna sila menja u za-visnosti od velicine otvora u elektrodi. Treba obezbediti ravnotežno stanje u si-stemu za normalno odvijanje hemijske reakcije. Ukoliko se to ne postigne pove-ćanjem pritiska gasa, potrebno je elektrodama dodati katalizator (Pt ili Pd) koji će omogućiti bolju reaktivnost gasa na elektrodama i regularnije odvijanje procesa stvaranja elektricne energije. Poboljsanje reakcija na elektrodama postiže se i nji-hovom izradom u vise slojeva i sa vrlo finim porozitetom (otvorima) okrenutim prema elektrolitu. U novije vreme u upo-

trebi su i specijalne membrane PEM (Proton Echange Membrane) koje iz ato-ma vodonika „izdvajaju“ elektrone.

Produkt anodne i katodne reakcije je H2O, cije prisustvo u elektrolitu ima ne-gativan uticaj. Nije poželjno zadržavanje vode u bateriji i ona se mora odstraniti nekim od sledećih nacina:

- cirkulacijom elektrolita i isparava-njem vode van baterije,

- cirkulacijom gasa i stvaranjem vo-dene pare,

- cirkulacijom elektrolita sa H2O preko hidrida CaH2, kada se dobija koli-cina vodonika koja je prethodno utrosena pri funkcionisanju baterije:

CaH2 +H2O ^ Ca (OH)2 +2H2 (6)

- direktnim isparavanjem vode iz baterije.

Razliciti prototipovi baterija na vo-donik već su realizovani u zapadnim ze-mljama pocev od 1959. godine. Svakako,

VOJNOTEHNICKI GLASNIK 5/2005.

469

treba pomenuti baterije na vodonik koje su korišćene u svemirskom programu „Apolo“, snage 2 kW. Pritisak funkcioni-sanja bio je 4 do 7 bara na temperaturi od 260°C. Napon po elementu iznosio je 1 V a gustina struje na elektrodama 130 mA/cm2.

Krajem sedamdesetih godina pro-šlog veka Francuzi su proizveli bateriju na vodonik za pogon Renoa 4, koja je razvijala snagu od 11,4 kW i brzinu od 80 km/h i obezbe|ivala autonomiju kre-tanja od 235 km, kada su u njemu bile ~etiri osobe i prtljag mase 80 kg.

Umesto zaključka

Vodonik, uprkos svojoj koli~ini i relativno velikom utrošku energije po-trebne za njegovo dobijanje, predsta-vlja energetski vektor budućnosti, bilo da se koristi u ~vrstom, te~nom ili ga-sovitom stanju. Od posebnog interesa

je upotreba metalnih hidrida i vodoni-ka u gasovitom stanju. Imajući u vidu stalne apele za o~uvanje životne sredi-ne, upotreba vodonika za pogon vozila u urbanim sredinama će po procenama već 2020. godine iznositi oko 15%. To se naro~ito odnosi na razvijene zemlje, uz pretpostavku da će 1 kg vodonika u ~vrstom ili te~nom stanju moći da se dobije utroškom samo 3 kWh energije. Upotreba hidrida i reversnih baterija na vodonik koji se oslobala iz hidrida će u kosmi~koj industriji, pomorstvu, rudnicima, usamljenim naseljima, gde ne postoje drugi izvori energije, pred-stavljati pravo, možda i jedino prihva-tljivo rešenje.

Metalni hidridi koji izdržavaju više od 100 ciklusa „punjenja i pražnjenja“, kao i baterije na vodonik ~ije elektrode mogu da izdrže više od 3000 h rada, sa pravom se nazivaju energetskim akumu-latorima budućnosti.

470

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 5/2005.

Da se u svetu najozbiljnije racuna na vodonik, kao energetski vektor buduć-nosti, potvr|uju brojni zajednicki istraži-vačko-razvojni projekti vezani za njego-vo dobijanje, skladistenje i korisćenje, pocev od nacionalnih i multinacionalnih kompanija, preko udruženja i komisija u Evropskoj uniji, pa sve do komisija i ko-miteta u Organizaciji ujedinjenih nacija.

Literatura:

[1] Henry, M. M.; Pottier, M.; PESHUIZIE, L. E.: Revue de l'energie, Paris, Mars 1980, p. 131-143.

[2] Dumon, R.: Energie solaire et stockage d'energie, Masson, Paris, 1978.

[3] Energie, Hydrogene, Grupe XI, Paris, 1980.

[4] Talbot-Besnard, S.: Hydrogene Information, Paris, 1980, No11, Special.

[5] Science et Vie, № 748, Paris, 1980. pp. 84—85.

[6] Wassermel, K.; Arpe, H. J.: Chimie organique industrielle, Masson, 1981.

[7] La recherche, № 81, Paris, 1977. pp. 765-768.

[8] Technique de l'energie, Paris, №36, 1980. pp. 45-47.

[9] Thibault J. J.: The cryogenic storage of hydrogen, Hydrogen energy system, Zurich, 1978. pp. 1457-1473.

[10] Van Vorst, W. D.; Finegold, J. G.: Automotive hydrogen, and onroad storage methods, Los Angeles, 1980.

[11] Breelle, Y.; Gelin, P.; Meyer, C.; Petit, G.: Technico-eco-nomic study of distributing hydrogen for automotive vehicles, Zurich, 1978, pp. 2793-2827.

[12] Science et Vie, Mai 1981, Paris, pp.73-82.

[13] Andonovski, V.; Konjević, M.: L'hydrogene, vectour ener-getique de l'avenir etude de diverses, possibilites de stockage, de transport et d'utilisation de l'hydrogene, ENSTA, Paris, 1981.

[14] Aplauch, R. T. et al.: Hydrogen-fueled railroad motive power systems, a North American view, Hydrogen Energy System, Zurich, 1978., pp. 1793-1829.

[15] Buchner, H.: Perspectives for Metal Hydride Technology. Progess in energy and combustion science, Vol. 6., pp. 331-346, Pergamor Press Ltd. 1980.

[ 16] Arnulf, J. Maeland: Survez of the differeny types of hydrides, Zurich, 1977.

[17] Buchner, H.: The Hydrogen/Hydride energy concept, Hydrogen Energy System, Zurich, 1978., pp. 1749-1792.

[18] Shiner, J. et al.: Hydrogen sorption properties in binary and pseudobinary intermetalic compounds, Zurich, 1977.

[19] Konjević, M.: Vodonik kao energetski vektor budućnosti, 6. simpozijum EIE i EP, Novi Sad, 1994.

[20] Todorović, J.: Vodonik - energent budućnosti, VTG 5/2004, pp. 484--96.

[21] Reilly, J. J.: Aplication of Metal Hydrides, Hydrogen Energy System, Zurich, 1978., pp. 527-570.

[22] Swartzendruber, L. J. et al.: Numerical Physical proprietes data for Metal Hydrydes Utilised for Hydrogen Storage, Hydrogen Eneregy System, Zurich, 1978., pp. 1973-2013.

VOJNOTEHNIČKI GLASNIK 5/2005.

471

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.