№73-5
Аналіз технологій отримання водню та перспективи розвитку в Україні
П.Б. Саїк1, Д.В. Янкін1
1Національний технічний університет «Дніпровська політехніка», Дніпро, Україна
Coll.res.pap.nat.min.univ. 2023, 73:56-67
https://doi.org/10.33271/crpnmu/73.056
Full text (PDF)
АНОТАЦІЯ
Мета. Виконати аналіз вітчизняного та світового досвіду впровадження технологій водневої енергетики, оцінити можливість їх впровадження при розробці твердого викопного палива з обґрунтуванням етапів та кількісних показників отримання водню.
Методика досліджень. Для досягнення поставленої мети в роботі автори на підставі аналізу науково-дослідної літератури узагальнили існуючі технології водневої енергетики й обґрунтували методичний інструментарій для подальших досліджень.
Результати дослідження. З огляду вітчизняного та зарубіжного досвіду виробництва водню на базі викопних видів палива, зокрема вугілля, оцінена можливість подальшого розвитку паливно-енергетичного комплексу країни. Оцінена ефективність світового виробництва водню. Виділено основні напрями удосконалення технологій водневої енергетики: недоліки та переваги. Наведено та проаналізовано кількісні показники отримання водню при впровадженні технології газифікації вугілля. На основі проведеного аналізу зазначено, що вартість отриманого водню є найнижчою при технологіях газифікації вугілля (1,63 $/кг) та біомаси (1,77 $/кг), а найвищою при електролізі води при застосуванні нетрадиційних джерел енергії: сонячній – 5,78 $/кг та вітровій – 5,89 $/кг.
Наукова новизна полягає у систематизації та науковій обґрунтованості впровадження технологій отримання водню. Висвітлено основні закономірності, що дозволяють охарактеризувати ефективність впровадження водневих технологій. Зокрема увага приділена дослідженням виходу горючих газів (СО, Н2, СН4) та баластному газу СО2 залежно від температурного режиму.
Практичне значення. Оцінено вектори розвитку водневої енергетики. Отримано дані із застосування технологій отримання водню на базі твердих видів викопного палива, зокрема кам’яного вугілля, що в подальшому дозволяє визначити пріоритетні напрями їх впровадження. Описано технологічні процеси отримання водню залежно від вихідної сировини та методу його отримання. Запропоновано технологію підземної газифікації як перспективний напрям отримання водню.
Ключові слова: водень, воднева енергетика, природний газ, електроліз, біомаса, підземна газифікація, вугілля.
Перелік посилань
1. Rosen, M. A., & Koohi-Fayegh, S. (2016). The prospects for hydrogen as an energy carrier: an overview of hydrogen energy and hydrogen energy systems. Energy, Ecology and Environment, 1(1), 10-29.
https://doi.org/10.1007/s40974-016-0005-z
2. Makaryan, I. A., Sedov, I. V., Salgansky, E. A., Arutyunov, A. V., & Arutyunov, V. S. (2022). A Comprehensive Review on the Prospects of Using Hydrogen–Methane Blends: Challenges and Opportunities. Energies, 15(6), 2265.
https://doi.org/10.3390/en15062265
3. Hydrogen-powered cars. (n.d.). AccessScience.
https://doi.org/10.1036/1097-8542.yb100255
4. Crivello, J. C., Denys, R. V., Dornheim, M., Felderhoff, M., Grant, D. M., Huot, J., & Yartys, V. A. (2016). Mg-based compounds for hydrogen and energy storage. Applied Physics A, 122, 1-17.
https://doi.org/10.1007/s00339-016-9601-1
5. Hamilton, C. W., Baker, R. T., Staubitz, A., & Manners, I. (2009). B–N compounds for chemical hydrogen storage. Chemical Society Reviews, 38(1), 279-293.
https://doi.org/10.1039/B800312M
6. Chai, S., Zhang, G., Li, G., & Zhang, Y. (2021). Industrial hydrogen production technology and development status in China: a review. Clean Technologies and Environmental Policy, 23(7), 1931-1946.
https://doi.org/10.1007/s10098-021-02089-w
7. Iida, S., & Sakata, K. (2019). Hydrogen technologies and developments in Japan. Clean Energy, 3(2), 105-113.
https://doi.org/10.1093/ce/zkz003
8. The race to develop green hydrogen – a sustainable challenge (n.d.). https://www.activesustainability.com/renewable-energy/production-green-hydrogen/?_adin=02021864894
9. Зануда, А. (2021). Зелений водень для України та світу: стратегічна перспектива чи новий великий пшик. ВВС News Україна. https://www.bbc.com/ukrainian/features-58722468
10. Волошин, М.Д., Шестозуб, А.Б., Черненко, Я.М., & Зеленська Л.О. (2009). Технологія неорганічних речовини. Частина 1. Технологія газів: навчальний посібник. Дніпродзержинський державний технічний університет.
11. Zeng, K., & Zhang, D. (2010). Recent progress in alkaline water electrolysis for hydrogen production and applications. Progress in Energy and Combustion Science, 36(3), 307-326.
https://doi.org/10.1016/j.pecs.2009.11.002
12. Fujiwara, S., Kasai, S., Yamauchi, H., Yamada, K., Makino, S., Matsunaga, K., Yoshino, M., Kameda, T., Ogawa, T., Momma, S., & Hoashi, E. (2008). Hydrogen production by high temperature electrolysis with nuclear reactor. Progress in Nuclear Energy, 50(2–6), 422–426.
https://doi.org/10.1016/j.pnucene.2007.11.025
13. Подорванов, В.В. (2016). Фундаментальні біологічні проблеми водневої енергетики. Науковий часопис НПУ імені М. П. Драгоманова, 53, 25-255.
14. Криштопа, С., Криштопа, Л., Гнип, М., Микитій, І., Мельник, В., & Дикун, Т. (2019). Дослідження складу і теплоти згорання піролізних газів як палива для конвертованих на газ дизельних двигунів нафтогазового технологічного транспорту. Сучасні технології в машинобудуванні та транспорті, 2(13), 84-94.
https://doi.org/10.36910/automash.v2i13.91
15. Han, L., & Wang, Q. (2021). 6 Hydrogen production from biomass pyrolysis. Hydrogen Production and Energy Transition, 279-302.
https://doi.org/10.1515/9783110596250-014
16. Галиш, В.В., Ященко, О.В., & Трембус, І.В. (2022). Комплексне перероблення рослинної сировини: Комплексна хімічна переробка деревини: навч. посіб. КПІ ім. Ігоря Сікорського.
17. Tashcheiev, Y. V., Voitko, S. V., Trofymenko, O. O., Riepkin, O. O., & Kudria, T. S. (2020). Global Trends in the Development of Hydrogen Technologies in Industry. Business Inform, 8(511), 103-114.
https://doi.org/10.32983/2222-4459-2020-8-103-114
18. Saik, P., Dychkovskyi, R., Lozynskyi, V., Falshtynskyi, V., Cabana, E.C., & Hrytsenko, L. (2021). Chemistry of the Gasification of Carbonaceous Raw Material. Materials Science Forum, (1045), 67-78.
https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.1045.67
19. Lozynskyi, V., Dychkovskyi, R., Saik, P., & Falshtynskyi, V. (2018). Coal Seam Gasification in Faulting Zones (Heat and Mass Balance Study). Solid State Phenomena, (277), 66-79.
https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/SSP.277.66
20. Saik, P., & Berdnyk, M. (2022). Mathematical model and methods for solving heat-transfer problem during underground coal gasification. Mining of Mineral Deposits, 16(2), 87-94.
https://doi.org/10.33271/mining16.02.087
21. Saik, P.B., Falshtynskyi, V.S., Lozynskyi, V.H., Cabana, E.C., Demydov, M.S., & Dychkovskyi, R.O. (2020). Efficiency of underground gas generator in consideration of the reverse mode. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, (4), 39-46.
https://doi.org/10.33271/nvngu/2020-4/039
