HİDROGEN ENERGETİKASI – hidrogenin enerjidaşıyıcısı kimi istifadә olunmasına әsaslanan energetika sahәsi. H.e.-nin predmetinә hidrogenin alınma üsullarının, (o cümlәdәn su vә tәbii xammallarından), hidrogendәn istifadәetmә üsullarının (xüsusәn yanacaq elementlәrindә), onun saxlanması vә nәql edilmәsi üsullarının karbohidrogen, hәmçinin bu proseslәr zamanı tәhlükәsizliyin tәmin edilmәsi yollarının işlәnmәsi vә tәkmillәşdirilmәsi daxildir. H.e.-nda elektrik, istilik vә ya mexaniki enerjinin alınması ikinci enerji daşıyıcının – hidrogenin hava oksigeni ilә 1000-dәn aşağı temp-rlarda H2 + 1/2 O2 → H2O sxemi üzrә oksidlәşmәsi prosesinin enerjisi hesabına baş verir. Bu zaman 1m3 hidrogendәn tәqr. 3 kVT · saat istilik ayrılır. Hidrogen hava oksigeni ilә qarşılıqlı tәsirindәn yalnız su әmәlә gәtirdiyinә görә o, ekoloji cәhәtdәn mәlum kimyәvi enerji daşıyıcılarından daha tәmizdir.
Hidrogenin alınması. H2-nin nisbәtәn az miqdarlarda әnәnәvi alınmasının üsulu suyun elektrolizidir. Su-qәlәvi elektrolizi nisbәtәn yüksәk enerji sәrfi (tәqr. 4,5–5,5kVt·saat/m3), xüsusi mәhsuldarlığın aşağı (elektrik cәrәyanının sıxlığı 0,2–0,3A/sm2.), mәhsulda qarışıqların miqdarının yüksәk olması ilә xarakterizә olunur. Bәrk polimerli elektroliz (BpE) vә yüksәktemp-rlu elektroliz (YtE) daha mükәmmәldir. YtE-in çatışmayan cәhәti aparatın işçi zonasının yüksәk temp-rudur. YtE-in yüksәk temp-rlu nüvә reaktoru ilә (enerji mәnbәyi kimi) birgә istifadә edilmәsi daha perspektivlidir. Sәnayedә hidrogen istehsalının 90%-dәn çoxu tәbii qazın yüngül karbohidrogenlәrinin konversiya proseslәri ilә hәyata keçirilir. Metandan hidrogenin alınmasının әsas üsulları: piroliz CH4 → 2H2 + C; buxar konversiyası vә ya riforminq CH4 + H2O → 3H2 + CO (әmәlә gәlәn karbon oksiddә konversiyaya uğrayır: CO + H2OH2+ CO2); karbonat turşulu vә ya “quru” konversiya CH4 + CO2 → 2H2 + 2CO; paraoksigen konversiya CH4 + (1 – δ)H2O + 1/2δO2 → (3 – δ)H2 + CO; parsial oksidlәşmә CH4 + 1/2O2 → 2H2 + CO. Parsial oksidlәşmә prosesi ekzotermikidir. Qeyd olunan proseslәrin qalanları endotermikidir vә adәtәn termokatalitik variantda aparılır, nisbәtәn yüksәk olmayan xüsusi mәhsuldarlıqla xarakterizә olunur. Parsial oksidlәşmә, әsasәn, 800–900°C-dә katalizatorların (korund üzәrindә çәkilmiş Rh, Ni, perovtskitlәr) iştirakı ilә kiçik (0,1 san-dәn az) kontakt müddәtindә avtotermiki katalitik rejimdә hәyata keçirilir vә çox yüksәk xüsusi mәhsuldarlığı ilә xarakterizә olunur. Proses katalizatorsuz, 1200°C-dәn yuxarı temp-rda iki mәrhәlәdә aparıla bilәr: birincidә sintez-qaz alınır, ikincidә (ekzotermiki proses) CO-nun konversiyası baş verir. Sәnayedә hidrogenin әn iritonajlı alınma üsulu metanın su buxarı ilә konversiyasıdır. Neftkimya vә neftemalı sәnayelәrindә C6–C7 karbohidrogenlәrin katalitik riforminq (aromatiklәşmә; mәs. n-C6C14 → C6H6+ 4H2) prosesindә alınan hidrogen istifadә olunur. Neft vә tәbii qaz ehtiyatları azaldıqda kömürün su buxarı ilә endotermik konversiya prosesindәn (C + H2O → H2 + CO) istifadә edilmәsi perspektivlidir. 1996–2004 illәrdә karbohidrogenlәrin plazma-katalitik çevrilmә hadisәsi (bu zaman konversiya proseslәri plazma fazasının katalitik xassәlәri hesabına sürәtlәnir) tәdqiq edilmişdir. Bu halda enerji sәrfi kәskin azalır (0,15–0,10 kVt·saat/m3-ә qәdәr); üsul yüksәk xüsusi mәhsuldarlığı vә ekoloji tәhlükәsizliyi, hәmçinin әnәnәvi katalizatorlardan istifadә edilmәsini tәlәb etmәmәsi ilә xarakterizә olunur. Hidrogen almaq üçün biotexnologiyadan (bitkilәrin yaşıl kütlәsinin fermentasiyası, hidrogen hasil edәn bakteriyalar vә bәzi yosun növlәri istifadә edilәn proseslәr) istifadә olunur. Biotexnoloji üsullarda xüsusi mәhsuldarlıq aşağıdır vә iri texnoloji avadanlıqların istifadәsini tәlәb edilir. Enerji tәchizatının tәşkili üsulna görә H2 istehsal edәn sistemlәr 2 sinfә ayrılır: baza enerji tәchizatı olan sistemlәr (karbohidrogen xammalının yanma istiliyi, atom reaktorlarından ayrılan istilik, mәrkәzlәşmiş elektrik şәbәkәsindәn alınan enerji hesabına); ilkin enerjinin bәrpa olunan mәnbәlәrindәn (günәş, külәk vә qabarma enerjisi, hidroenerji, geotermal enerji vә s.) istifadә edәn avtonom sistemlәr. Avtonom sistemә ilkin enerjini elektrik enerjisinә çevirәn çevirici, H2-ni hasil edәn aqreqat, H2 akkumulyatoru vә hidrogenin oksidlәşmәsindәn alınan kim yәvi enerjini elektrik enerjisinә transformasiya edәn yanacaq elementi daxildir. 21 әsrin başlanğıcında dünyada istehsal olunan hidrogen (ildә tәqr. 50 mln. t) әsasәn neft emalında (neftin tәmizlәnmәsi üçün) vә kimya sәnayesinin әn çoxtonnajlı sahәlәrindә (ammonyak vә metanol istehsalı) istifadә edilir. Nәqliyyatda hidrogenin ekoloji tәhlükәsiz yanacaq kimi istifadәsi hәyata keçirildikdә, onun istehsal hәcmi bir neçә dәfә arta bilәr.
Hidrogenin saxlanılması vә nәqli. H2-nin saxlanılması üçün aspekt әdәdi α (udulan H2-nin kütlәsinin “rezervuarın” kütlәsinә olan nisbәti, %-lә) 2–3-dәn çox olmayan hidrid sistemlәr (metalların vә intermetallidlәrin hidridlәri әsasında; bax Hidrogen akkumulyatorları) vә ya balonlar istifadә olunur; sonuncu üçün H2 30–40 Mpa tәzyiq altında saxlanıldıqda α = 10–12,60 MPa tәzyiqә qәdәr davamlı olan kompozit materiallardan hazırlanmış super balonlardan istifadә edilir. Karbon nanomaterialları ilә (nanoliflәr, nanoborucuqlar) doldurulmuş balonlarda H2 10–15 MPa tәzyiq altında saxlanıldıqda aspekt әdәdi, bәzi mәlumatlara görә, 10–15-ә qәdәr artır. H.e.-nın xüsusi istiqamәti H2-nin mayelәşdirilmәsi vә onun maye halında saxlanılmasıdır. Bu texniki cәhәtdәn çox çәtindir, çünki hidrogen çox aşağı temp-rda (tqayn. –252,77°C) mayelәşir vә onun orto-para çevrilmәsini hәyata keçirmәk üçün enerji (tәqr. 2 kVt·saat/m3) sәrf etmәk lazımdır. Hidrogenin konteynerdәn nisbәtәn yüksәk sürәtlә buxarlanmasıda onun tәtbiqini (mәs., yerüstü nәqliyyat üçün) mәhdudlaşdırır. Maye vә qaz halında olan hidrogeni nәql etmәk üçün müvafiq olaraq effektiv istilik izolyasiyalı hermetik konteynerlәrdәn vә xüsusi boru kәmәri sistemlәrindәn istifadә olunur.
Hidrogenin tәtbiqi. Hidrogen yanacaq kimi bir çox kimyәvi vә metallurji proseslәr dә, hәmçinin aviasiyada, kosmik texnikada, sualtı donanmada, yerüstü nәqliyyatda vә avtonom enerji sistemlәrindә istifadә oluna bilәr. 19 әsrin sonundan Avropada H2 karbon oksid ilә qarışıqda (sintez-qaz) yanacaq kimi istifadә edildi. Maye hidrogen “Speys Şattl” (ABŞ) vә “Buran” (keçmiş SSRİ) kosmik sistemlәrindә yanacaq kimi istifadә olunmuşdur. Nәqliyyatda vә avtonom energetikada hidrogenin әn perspektivli istifadә üsulu yanacaq elementlәrinin (YE) tәtbiqidir. YE-dә hasil edilәn elektrik enerjisi nәqliyyat vasitәlәrinin elektrik mühәrriklәrindә vә ya energetikada istilik vә elektrik enerjilәri istehsal etmәk üçün istifadә olunur. Hidrogenin saxlanılması vә ya onun tәbii karbohidrogen xammalından istehsalı, hәmçinin YE-dәn istifadә edilmәklә hidrogenin nәqliyyat vasitәsindә tәtbiqi onunla işlәyәn nәqliyyatın yaradılmasına imkan verir; bu, daxiliyanma mühәrrikli nәqliyyatdan әhәmiyyәtli dәrәcәdә effektlidir vә atmosferi işlәnmiş qazlarla çirklәndirmir.
Tәhlükәsizliyin tәmin edilmәsi. Qapalı sistemlәrdә hidrogen işlәdәn aparatlar olduqda vә hidrogen saxlanıldıqda, o qapalı mәkana sıza bilәr. Hidrogenin hava ilә qarışığı (hәcmә görә 4%-dәn çox H2) partlayış tәhlükәlidir. Qarışığın partlayışının vә ya alışmasının qarşısını almaq üçün xüsusi tam yandırma sistemlәrindәn – rekombaynerlәrdәn istifadә edilir; bunlarda hidrogenin katalitik membran (mәs., platin) üzәrindә termokatalitik oksidlәşmәsi nәticәsindә qatılığı azalır. Hidrogenin effektiv oksidlәşmә prosesi (normal şәraitdә H2-nin 0,7%-li qatılığından başlayaraq) çoxözәkli, mәsamәli materiallardan istifadә edilmәklә hәyata keçirilir. Belә qurğuların çoxu H2 sensorları ilә tәchiz edilmişdir. Tam yandırma sistemlәri avtonom rejimdә әlavә inisiasiya vasitәlәrsiz (istilik vә ya elektrik) işlәyir vә nәqliyyatda, zavod binalarında vә ya AES-lәrdә tәhlükәsizliyi tәmin etmәk üçün istifadә oluna bilәr.
Əd.: Водород. Свойства, получение, хранение, транспортирование, применение. М., 1989; T r i b u t s c h H. Chemistry for the energy future. L., 1999; 13th World hydrogen energy conference. Beijing, 2000.
