მწვანე წყალბადი – ეკოლოგიური საწვავი ჯანსაღი დედამიწისთვის
წყალბადის საწვავი, წყალბადის ენერგია, წყალბადის ეკონომიკა, წყალბადის მედიკამენტები, წყალბადის ტრანსპორტის თემები თანამედროვე მსოფლიოში მეცნიერებსა და ბიზნესმენებს შორის სულ უფრო მეტ ყურადღებას იპყრობს.
წყალბადის გამოყენება ტრანსპორტში არ არის სიახლე, 1807 წელს, ფრანსუა ისააკ დე რივაზმა გამოიყენა წყალბადისა და ჟანგბადის ნარევი მის მიერ შექმნილ შიდა წვის ძრავაში და ამ ძრავის მქონე მანქანაში.
1860-იან წლებში კი ჟან ჯოზეფ ეტიენ ლენუარმა უკვე წყალბადის მანქანა სახელწოდებით „ჰიპომობილი“ გამოუშვა.
მეორე მსოფლიო ომის დროს ალყაში მოქცეულ ლენინგრადში მანქანებსა და თავდაცვით დირიჟაბლებს წყალბადით ავსებდნენ.
თანამედროვე წყალბადის მანქანები საწვავად წყალბადს არ იყენებენ. არსებობს მისი გამოყენების უფრო რაციონალური გზა. ავტო კონსტრუქტორები იყენებენ მოწყობილობას სახელწოდებით „საწვავის უჯრედი“. უჯრედში წყალბადი უერთდება ჟანგბადს, მაგრამ არ იწვის (პროცესის ტემპერატურა მხოლოდ 70 გრადუსია), ის ელექტროენერგიას გამოიმუშავებს, რომელითაც ელექტროძრავა მუშაობს. ამგვარად, თანამედროვე წყალბადის მანქანა არის ელექტრო მანქანა.
საწვავის უჯრედი უილიამ გროვმა 1838 წელს დააპროექტა. საწვავის უჯრედების სრულყოფა 1960-იან წლებში დაიწყო.
2000-იანი წლების თანამედროვე მასალებმა შესაძლებელი გახადა ისეთი კომპაქტური საწვავის უჯრედების შექმნა, რომლებიც კონსტრუქტორებმა დაამონტაჟეს თანამედროვე ავტომობილებში.
ტოიოტა მირაი არის წყალბადის ჰიბრიდული საწვავის უჯრედის მანქანა, რომელიც საზოგადოებას 2013 წლის ნოემბერში ტოკიოს მოტორ შოუზე წარუდგინეს.
წყალბადის საწვავზე მომუშავე მსოფლიოში პირველი მატარებლები
სარკინიგზო ტრანსპორტი ცნობილია, რომ ეკოლოგიურად უსაფრთხო ტრანსპორტად ითვლება, მაგრამ ბევრი ლოკომოტივი ჯერ კიდევ მუშაობს დიზელის საწვავზე, სადაც რკინიგზა ელექტროფიცირებული არ არის, ან ისეთ ადგილებში სადაც მათი გამოყენება ვერ ხერხდება. უახლოეს პერიოდში სწორედ მათი შეცვლაა გათვალისწინებული გერმანიაში წყალბადზე მომუშავე მატარებლებით.
სურათი 1: წყალბადის საწვავზე მომუშავე მატარებელი
პირველი ორი წყალბადის საწვავზე მომუშავე მატარებელი ქვემო საქსონიაში 2018 გამოჩნდა, ამ დროისთვის ლურჯი მატარებლები მოძრაობენ მხოლოდ 120 კილომეტრის მანძილზე Cuxhaven-სა და Buxtehude-ს შორის. ქვემო საქსონია 2021 წლისთვის კიდევ 14 წყალბადის მატარებლის ექსპლუატაციას გეგმავს. ჰესსენმა 27 მატარებელიც კი შეუკვეთა, რომლებიც 2022 წლის ბოლოს მაინის რაინის რეგიონში შევიდნენ.
წყალბადის ავტობუსები გერმანიის ქალაქებში
წყალბადის ავტობუსები ემისიების გარეშე მუშაობენ გერმანიაში. ქალაქი ფრანკფურტი 2030 წლისთვის გეგმავს ავტობუსების მთელი პარკის ელექტრო ავტობუსებად გადაქცევას. პიკის საათებში გამოყენებული დაახლოებით 340 ავტობუსიდან ნახევარი წყალბადით იმუშავებს.
სურათი 2: წყალბადზე მომუშავე ავტობუსები ფრანკფურტში.
წყალბადზე მომუშავე ავტობუსები „H2.City Gold“ მოდელი საცდელ ექსპლუატაციაშია ფრანკფურტში 2021 წლიდან. საწვავის სრულად შევსებისას ავტობუსს შეუძლია გაიაროს დაახლოებით 400 კილომეტრი.
წყალბადზე მომუშავე მანქანები ბერლინის პოლიციისთვის
ოსნაბრიუკი ბერლინის შემდეგ გერმანიის მეორე ქალაქია, სადაც წყალბადით მომუშავე პოლიციის საპატრულო მანქანები მოძრაობენ ქუჩებში.
პირველი წყალბადის მანქანები 2020 წლის გაზაფხულიდან გამოიყენება. ტესტებმა აჩვენა, რომ ამ ტექნოლოგიის საიმედო და უწყვეტი გამოყენებისთვის საჭიროა წყალბადის საწვავის სადგურების უფრო დიდი ქსელი.
როდესაც წყალბადზე საუბრობენ, მას ხშირად მოიხსენებენ სხვადასხვა ფერთა სახელებით. ეს ფერებია თეთრი, მწვანე, ლურჯი, ნაცრისფერი (იხილეთ სურათი 3) და ა.შ,. წყალბადის ეს დაყოფა წარმოდგენას გვაძლევს, თუ რამდენად სუფთაა იგი და ეკოლოგიური თვალსაზრისით რა სახის წყაროდან არის იგი წარმოებული.
სურათი 3. წყალბადის ფერები
მაგალითად, წარმოიდგინეთ, რომ სუპერმარკეტში ყიდულობთ რძეს. დახლზე გამოფენილია ათობით ფერად შეფუთული რძე. თეთრ შეფუთვაში არის ფერმიდან შემოტანილი ,,მოუხდელი რძე“ , ლურჯში – ჩვეულებრივი პასტერიზებული, მწვანეში – ლაქტოზის გარეშე და ა.შ. ასეთივე პრინციპით გამოიყენება ფერადი კოდირება წყალბადის ბიზნესშიც.
თეთრი წყალბადი
თეთრი წყალბადი ბუნებრივად წარმოებული წყალბადია, წიაღისეულია, ან იმყოფება დედამიწის ქერქში. ის არსებობს, ბუნებაში და მას წარმოება არ სჭირდება, მაგრამ მოპოვებაა საჭირო, რაც ასევე ირიბად უწყობს ხელს გარემოს დაბინძურებას.
თეთრი წყალბადი პირველად 1987 წელს მალის სოფელ ბურაკებუგუში აღმოაჩინეს. მას შემდეგ მკვლევრები სწავლობდნენ, თუ როგორ შეიძლება თეთრი წყალბადის გამოყენება მდგრადი ენერგიის მისაღებად.
მწვანე წყალბადი
ეს წყალბადი არის ყველაზე ეკოლოგიურად წარმოებული, ის მიიღება ელექტროლიზის გამოყენებით.
თუ ელექტროენერგია გამომუშავდება განახლებადი ენერგიის წყაროებიდან (RES), როგორიცაა: ქარის, მზის ან ჰიდროენერგეტიკა, მაშინ გარემოში არ არის CO2-ის გამონაბოლქვი.
ყვითელი (ნარინჯისფერი) წყალბადი მწვანეს მსგავსად, იგი წარმოიქმნება ელექტროლიზით.
თუმცა, ენერგიის წყაროა ატომური ელექტროსადგურები (NPPs).
ამ შემთხვევაშიც არ არის CO2-ის გამონაბოლქვი, მაგრამ სახეზეა რადიაცია და ეს მეთოდი არ არის ეკოლოგიურად სუფთა.
ნაცრისფერი წყალბადი
ნაცრისფერი წყალბადი წარმოიქმნება მეთანის ორთქლის კონვერციით. ამჟამად, ეს არის წყალბადის წარმოების მთავარი ტექნოლოგია, 70% -ზე მეტი. ამ რეაქციის საკვების წყარო ბუნებრივი აირია.
ეს პროცესი პრაქტიკული თვალსაზრისით ადვილად განსახორციელებელია, თუმცა ქიმიური რეაქციის დროს გამოიყოფა ნახშირორჟანგი და იმავე მოცულობით, როგორც ბუნებრივი აირის წვის დროს (ენერგია ასევე იხარჯება გარდასახვისთვის).
თუმცა, ნავთობისა და გაზის ინდუსტრიის ინტერესი არის ტექნოლოგიების შემუშავება-დახვეწა რეაქციის დროს.
ფირუზისფერი წყალბადი
ეს წყალბადი წარმოიქმნება პიროლიზის გზით მეთანის წყალბადად და მყარ ნახშირბადად დაშლით.
ფირუზისფერი წყალბადის წარმოება წარმოქმნის შედარებით დაბალ ნახშირბადის კვალს, რომელიც შეიძლება მოხდეს ნაგავსაყრელზე ან გამოყენებული იქნას ისეთ ინდუსტრიებში, როგორიცაა ფოლადის ან ბატარეების წარმოება.
ცისფერი (ლურჯი) წყალბადი
ცისფერი წყალბადი არის წყალბადი, რომელიც წარმოიქმნება მეთანის ორთქლის კონვერსიით (ორთქლის რეფორმირება), მაგრამ ნახშირბადის დაჭერით და შენახვით, რაც იწვევს ნახშირბადის გამოყოფის, დაახლოებით, ორჯერ შემცირებას და თითქმის განახევრებას.
ამ ტიპის წყალბადის წარმოება ძალიან ძვირია.
ყვითელი (ნარინჯისფერი) წყალბადი
მწვანეს მსგავსად, იგი წარმოიქმნება ელექტროლიზით, თუმცა, ენერგიის საწყისი წყარო ატომური ელექტროსადგურებია.
მართალია, ამ დროს არ გამოიყოფა CO2-ის გამონაბოლქვი, მაგრამ ეს მეთოდი არ არის სრულიად ეკოლოგიურად სუფთა.
ყავისფერი (მურა) წყალბადი
ყავისფერი წყალბადის წარმოებისთვის, ყავისფერი (მურა) ნახშირი გამოიყენება, როგორც საწყისი მასალა.
ნახშირის გაზიფიკაციის შედეგად წარმოიქმნება სინთეზური აირი (სინაირი): ნახშირორჟანგის (CO2), ნახშირჟანგის (CO), წყალბადის, მეთანისა და ეთილენის, აგრეთვე მცირე რაოდენობით სხვა გაზების ნარევი.
ამ გაზებიდან პირველი 2 გამოუსადეგარია ელექტროენერგიის გამომუშავებაში და სხვა მეთოდებთან შედარებით ეს მეთოდი ხდის ამ პროცესს ძალიან არაეკოლოგიურად
შავი წყალბადი
ასევე ცნობილია როგორც ყავისფერი წყალბადი ან ნაცრისფერი წყალბადი. ეს არის ის წყალბადი, რომლის წარმოების პროცესშიც გამოიყოფა ყველაზე მეტი გამონაბოლქვი, რადგან ის იყენებს ისეთ არა განახლებად საწვავს, როგორებიცაა ქვანახშირი ან ზეთი.
საუბარი წყალბადზე განსაკუთრებით აქტუალური გახდა მას შემდეგ, რაც ნავთობით და გაზით, ასევე ელექტრორესურსებით ერთ – ერთმა უმდიდრესმა რუსეთმა მოამზადა 4 ტრილიონიანი პროექტი ოხოტის ზღვაში უდიდესი მოქცევითი ენერგიის ელექტრო სადგურის ასაშენებლად, რომელსაც ოფიციალურად პენჟინსკის მოქცევის ელექტროსადგური ჰქვია.
სურათი 4. მწვანე წყალბადის წარმოების ადგილი
მოქცევითი ენერგია არის ენერგიის განახლებადი წყარო, რომელიც ზღვის წყლის მიქცევა-მოქცევის ენერგიას ელექტროობად ან რაიმე სხვა სახის ძალად გარდაქმნის. მოქცევით სადგურებში გამომუშავებული ენერგია გამოირჩევა იმით, რომ მისი წარმოების დროს არანაირი სახის სათბურის აირი არ გამოიყოფა.
ეს სადგურები მცირე ზომის ტერიტორიას იკავებს. მაგალითად მსოფლიოში ყველაზე მასშტაბური სადგური, რომელიც სამხრეთ კორეაში, სიხუას ტბაზე მდებარეობს, მხოლოდ 12.5 კმ-ს იკავებს მაშინ, როდესაც ქარის ენერგიის სადგური ტეხასში 400 კვ კმ-ს, ფაულერის ხიდზე 202.3 კვ. კმ-ს, ხოლო მზის პანელები ტენგერის უდაბნოში, ჩინეთში 43 კვ. კმ-ს, რაჯასტანში კი 45 კვ. კმ-ს ფარავს).
პირველი მოქცევითი ენერგიის სადგური საფრანგეთში, ლა რანსეში გაიხსნა, ხოლო ყველაზე დიდი – სიხუას ტბის მოქცევითი ენერგიის სადგური სამხრეთ კორეაში მდებარეობს. აღსანიშნავია, რომ აშშ-ს ტერიტორიაზე მოქცევის არც ერთი სადგურია, თუმცა აშშ-ს ინჟინრები მოქცევითი ენერგიის სადგურების განვითარებაზე ინტენსიურად მუშაობენ.
პეჟინსკის მოქცევის ელ სადგური გათვალისწინებულია უემისიო ელექტრო ენერგიის მისაღებად, რომელიც თავის მხრივ გამოყენებული იქნება ასევე უემისიო წყალბადის ანუ მწვანე წყალბადის მისაღებად და მსოფლიო ბაზარზე მის გასატანად.
კობა კობალაძე,
საქართველოს ტექნიკური უნივერსიტეტი, მთის მდგრადი განვითარების ფაკულტეტის პროფესორი, პროგრამის ხელმძღვანელი