Honda Система возобновляемых источников энергии на основе процесса рециркуляции

Основная статья: Альтернативная энергетика

2022: Анонс системы возобновляемых источников энергии на основе процесса рециркуляции

4 мая 2022 года компания Honda сообщила о выпуске системы возобновляемых источников энергии на основе процесса рециркуляции.

Honda разрабатывает систему возобновляемых источников энергии на основе процесса рециркуляции

По информации компании, прошло почти пятьдесят лет с тех пор, как люди впервые высадились на Луне, и это событие взволновало весь мир. В 2024 году люди снова попытаются повторить полет. На этот раз планируется построить базу для длительной и непрерывной человеческой деятельности на планете. Honda занимается технологической разработкой ключевой системы, отвечающей за поставку пригодного для дыхания кислорода, водорода для топлива и электроэнергии для целого ряда применений. Honda работает над реализацией плана по адаптации биосферы естественного спутника Земли: Луна должна стать пригодна для людей, используя лишь доступные ресурсы солнечного света и воды.

Процесс рециркуляции

Когда люди впервые высадились на Луну в 1969 году, астронавты пробыли там меньше суток. Соединенные Штаты хотят снова высадиться на Луну к 2024 году, и для этого они учредили программу Артемида (Artemis), цель которой - вернуть людей на Луну, а также построить базу на поверхности спутника.

Система возобновляемых источников энергии

Для того, чтобы оставаться на поверхности Луны в течение длительного периода времени, человечество должно создать необходимую для этого инфраструктуру. Honda проводит совместные исследования с Японским Агентством Аэрокосмических Исследований (JAXA), международным партнером-участником программы Артемида (Artemis). Направлением совместных исследований является создание системы возобновляемых источников энергии на основе процесса рециркуляции, которая смогла бы использовать солнечный свет и воду, которые, как ожидается, будут доступны на поверхности Луны для производства кислорода для дыхания и его последующей рециркуляции, а также для создания электрической и водородной энергии.

Система возобновляемых источников энергии на основе процесса рециркуляции включает в себя систему электролиза воды с высоким перепадом давления. За счет давления и под воздействием электричества вода расщепляется на водород и кислород. Часть кислорода может быть использована для дыхания людей, в то время как остальная часть может храниться в топливных ячейках для последующей выработки электроэнергии. Из топливных ячеек вода возвращается в систему электролиза воды с высоким перепадом давления, завершая энергетически замкнутый цикл.

Система возобновляемых источников энергии на основе процессов рециркуляции, над которой работает Honda, является частью инфраструктуры, которая позволит человечеству выжить на поверхности Луны, где большинство обычных ресурсов, кроме солнечного света и воды, будут недоступны.

Циркуляция воды в различных формах может производить как водород и энергию электричества, так и кислород для дыхания людей. Процесс циркуляция происходит с постоянной эффективностью.

Водород может быть получен из различных типов ресурсов. Он привлекает внимание как источник энергии следующего поколения, который не выделяет углекислый газ. Honda использует этот источник энергии в своей разработке под названием Power Creator (Создатель энергии). В свою очередь эта разработка позволяет электризовать воду для получения водорода, адаптированного для использования в топливных элементах транспортных средств и для водородных станций, которые снабжают водородом домашние хозяйства. Honda разработала систему электролиза воды с высоким перепадом давления, которая является основной технологией для Power Creator.

Размер блока электролиза воды с высоким перепадом давления

Молекула водорода состоит из двух атомов водорода. Газообразный водород имеет настолько низкую плотность, что он быстро улетучивается даже при хранении при низком давлении. Чтобы сохранить достаточное количество водорода для применения, необходимо хранить большое количество молекул водорода под высоким давлении в резервуаре. В то время как для осуществления этой задачи обычно используются механические компрессоры, Honda самостоятельно разработала конструкцию дифференцирования давления, способную накапливать водород под высоким давлением без использования компрессора.

Блок электролиза воды с высоким перепадом давления производит водород и кислород из воды, а блок топливных элементов справа вырабатывает электричество из водорода и кислорода, разряжая при этом воду.

Стоимость транспортировки объекта в космос, как правило, составляет 100 миллионов йен за килограмм. Поэтому оборудование, предназначенное для использования в открытом космосе, должно быть легким и компактным.

JAXA заинтересовала система электролиза воды Honda с высоким перепадом давления, позволяющая хранить водород при давлении до 70 МПа, что примерно в 700 раз превышает атмосферное давление на Земле. У них также интерес вызвал ее легкий вес и компактные размеры, а также низкая частота необходимого технического обслуживания, поскольку в системе отсутствует механический компрессор. Это и послужило поводом к разработкам компании Honda.

Лабораторные исследования

Высота всей системы электролиза воды с высоким перепадом давления составляет всего 980 мм. Сама же установка для электролиза воды представляет собой компактную конструкцию высотой 420 мм и шириной 210 мм.

Принцип, лежащий в основе электролиза воды с высоким перепадом давления, хорошо известен. Ионы водорода, образующиеся при электролизе, концентрируются при высоких давлениях через электролитическую мембрану. Эта мембрана проницаема для ионов, позволяя ионам водорода (H+), образующимся при электролизе воды, проходить электролитическую мембрану насквозь, где пары атомов водорода соединяются, образуя молекулы водорода (H2). Молекулы водорода продолжают накапливаться, поскольку не могут пройти обратно через мембрану, а давление при этом возрастает.

Толщина электролитической мембраны составляет всего примерно 0,1 мм. Давление в 70 МПа, превышающее земное атмосферное давление примерно в 700 раз, настолько высоко, что оно оказывает усилие в 700 кг на квадратный сантиметр, что приводит к разрыву мембраны. Компания Honda разработала опорную конструкцию, которая выравнивает усилие, прикладываемое к электролитической мембране, а также пористый материал, способный выдерживать такое высокое давление. Это позволило поддерживать такое высокое давление без потери целостности мембраны. Используя разработанные Honda модели для проведения симуляционных испытаний, материалы неоднократно создавались и тестировались, в результате чего был создан подходящий для проекта материал.

Honda занималась разработкой и созданием электролитической мембраны в исследовательских помещениях Honda R&D Co., Ltd. Исследовательский процесс, включающий изготовление реальных материалов и веществ непосредственно на месте проведения исследований, а также применение метода проб и ошибок, в результате привели к созданию технологии.

Окружающая среда на Луне крайне суровая. Температура значительно колеблется между 110 °C днем и -170 °C ночью. Сила тяжести составляет лишь одну шестую часть от земной. Без воздуха поверхность Луны подвергается воздействию радиации. Экстремальные условия развития в космосе означают, что люди должны решать сложные задачи, которые ставятся перед технологиями, помимо суровых факторов окружающей среды. Важно также повышать топливную экономичность и эффективность в целом и на Земле. Однако на Луне малейшее снижение эффективности может напрямую привести к увеличению количества солнечных панелей и других материалов, которые необходимо будет транспортировать с Земли, что будет означать увеличение затрат на 100 миллионов йен за килограмм.

Технологии, необходимые на Луне и в других космических сферах, где необходима экстремальная устойчивость, станут неотъемлемой частью устойчивости и на Земле. Honda убеждена, что важно развивать циркулирующие системы возобновляемой энергии, поскольку они являются технологией, которая приведет к углеродной независимости и нейтралитету. В основные компоненты системы электролиза воды с высоким перепадом давления входит также и блок электролиза воды с высоким перепадом давления.

Космос и спутниковые системы