Зелёный водород – основа энергетики будущего

Актуальность

Наиболее оптимальным решением вопроса хранения электрической энергии, получаемой от преобразователей возобновляемой энергии, на сегодня видится электролиз воды с разделением её на водород и кислород, когда водород хранится в аккумулирующих резервуарах для дальнейшей работы в топливных ячейках или для прямого сжигания. Вторичный продукт электролиза, кислород, также находит широкое применение в промышленности и медицине, что улучшит экономическую привлекательность проекта.

Цель

Разработка и сборка макета, а в будущем и установки, предназначенной для получения экологичного топлива «зелёного» водорода и кислорода в электролизёре с помощью электролиза воды от электроэнергии солнечных модулей и ветрогенератора. Полученный водород используется для преобразования в электроэнергию в топливной ячейке.

Задачи

1.     Изучение устройства и принципа работы солнечного модуля, ветрогенератора, электролизёра, топливной ячейки, а также применение их в прототипе.

2.     Изучение программы автоматизированного проектирования Autodesk Inventor.

3.    Изучение программы-слайсера 3D-принтера Ultimaker Cura.

4.    Cоздание трёхмерных моделей компонентов макета.

5.    Итоговая сборка компонентов макета в разработанный прототип.

6.    Описание конструкции и принципа работы разработанного макета прототипа «Зелёный» водород – основа энергетики будущего.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Главный модуль
• Электролизёр
• Ёмкость для газов
• Солнечный модуль
• Лампа
• Топливная ячейка с полимерно-электролитной мембраной
• Кабель
• Дистиллированная вода
• Патрубок
• Мотор
• Вольтметр
• Макет ветряка

Описание

В процессе выполнения проекта использовались: принципы работы солнечного модуля, ветрогенератора, электролизёра, топливной ячейки; метод трёхмерного моделирования в системе автоматизированного проектирования для создания трёхмерных моделей прототипа; метод твердотельного прототипирования с помощью аддитивных технологий на 3D-принтере для изготовления компонентов прототипа; принципы и инструменты для сборки электронных компонентов.

В комплектацию разрабатываемого макета входил главный модуль, электролизёр [22], ёмкость для газов, солнечный модуль, лампа, топливная ячейка с полимерно-электролитной мембраной [23], кабели, дистиллированная вода, патрубки, мотор и вольтметр.

Компоненты разрабатываемого устройства представлены на рисунке.

После создания трёхмерной модели ветрогенератора был произведён её импорт в слайсер 3D-принтера [30], изготовлена твердотельная деталь ветрогенератора.

С целью дальнейшего создания корпуса макета и установки солнечного модуля использовалась система автоматизированного проектирования Autodesk Inventor, с помощью которой создавались трёхмерные модели корпуса прототипа.

Полученный водород, в свою очередь, направлялся в топливную ячейку, где происходила выработка электроэнергии, свидетельством чего явилось вращение двигателя постоянного тока.

Результаты работы/выводы

В результате проделанной работы разработан и изготовлен макет для производства «зелёного» водорода, который позволяет производить водород и кислород с помощью электролизёра, электроэнергия для которого вырабатывается с помощью солнечного модуля и ветрогенератора. Полученный водород и кислород может использоваться как в промышленности, так на транспорте и в медицине. На примере топливной ячейки в макете демонстрируется принцип получения электроэнергии из водорода, которая затем может запасаться в аккумуляторе или запитывать двигатель постоянного тока в качестве демонстрации работы. Макет также может быть оптимизирован и модернизирован в дальнейшем.

Перспективы использования результатов работы

Получение экологичного топлива «зелёного» водорода и кислорода в электролизёре с помощью электролиза воды от электроэнергии солнечных модулей и ветрогенератора. Полученный водород используется для преобразования в электроэнергию в топливной ячейке.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

«Российский университет транспорта (МИИТ)»;

Технопарк РУТ;

«Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ»

Награды/достижения

Школьная научно-исследовательская конференция – призёр;

Научно-практическая конференция «Творчество юных» – финалист

Мнение автора

«Разработанный макет может быть образовательным стендом для изучения принципов работы преобразователей возобновляемой энергии или примером реализации представленных компонентов в реальном проекте, который будет способствовать устойчивому развитию и ускоренному глобальному энергопереходу»