წყალბადის ენერგეტიკა

ეკოლოგიურად სუფთა, ულევი ენერგიის წყაროებზე მსჯელობა განსაკუთრებით ინტენსიური ხდება მაშინ, როცა მსოფლიოს თავს ატყდება მორიგი ენერგოკრიზისი. თანაც, არ აქვს მნიშვნელობა, ეს კრიზისი გამოწვეულია გეოპოლიტიკური მიზეზებით (მაგ: რუსეთზე ენერგოდამოკიდებულების პრობლემა) თუ ტექნოგენური კატასტროფით (მაგ: ზღვაში ნავთობის ჩაღვრა ან კატასტროფა ატომურ ელექტროსადგურებზე). ეკონომიურ და პოლიტიკურ პრობლემებს ემატება განსაკუთრებით გამძაფრებული დისკუსიები ინდუსტრიული საქმიანობის შედეგად გარემოს დაბინძურებით გამოწვეული კლიმატური ცვლილებების შესახებ და ამ ტენდენციებით შეშფოთებული გარემოს დამცველთა მოთხოვნები ეკოლოგიური პრობლემების მოგვარების აუცილებლობასთან დაკავშირებით.

აქედან გამომდინარე, ალბათ არც არის გასაკვირი, რომ მსოფლიო მასშტაბით ძალიან დიდი დრო და თანხები იხარჯება ენერგიის ალტერნატიული წყაროების ათვისებისა და ფართოდ დანერგვაზე, რადგან დედამიწის ენერგონედლეულის (ნახშირი, ნავთობი, საწვავი აირი) მარაგი სასრულია (რომ აღარაფერი ვთქვათ მათი „ლოკალურობით“ გამოწვეულ უზარმაზარ პრობლემებზე, რომელიც არაერთხელ გამხადარა შეირაღებული კონფლიქტებისა თუ ცივი ომების მიზეზი), არის საშიშროება, რომ რამდენიმე ასწლეულში (ზოგიერთ შემთხვევაში კი რამდენიმე ათწლეულში) ის ამოიწურება და დავრჩებით ჰიდროელექტროსადგურების მიერ გამომუშავებული ენერგიის ამარა.

ასეთი ალტერნატიული წყაროების რიცხვში კი შედის, როგორც ზემოთ ხსენებული ჰიდროელექტროსადგურები, ისე ქარის ელექტროსადგურები, მზის ენერგიის შთამნთქმელები, ბიოლოგიური საწვავი და სხვა. აქვე შეიძლება მოვიხსენიოთ (თუმცა ცოტა განსხვავებული სახით) წყალბადის ენერგეტიკაც.

წყალბადს მენდელეევის ქიმიურ ელემენტთა პერიოდულ სისტემაში პირველი ადგილი უკავია და როგორც ხშირად ამბობენ არც თუ უსაფუძვლოდ. ის არის ყველაზე მსუბუქი, მძლავრი და მარტივი ელემენტი ბუნებაში, რომელიც შედგება მხოლოდ ერთი პროტონისა და ელექტრონისგან. ის გვხვდება თითქმის ყველგან: დედამიწაზე ყველა ნივთიერების 75%, წყალბადისგან შედგება. თუმცა, ყველაზე კარგ მაგალითად, მისი პოტენციის უფრო ნათლად აღქმისთვის, საკმარისია გავიხსენოთ, რომ მზის 92,1% სწორედ წყალბადისგან შედგება. თუმცა დედამიწაზე ის სუფთა სახით არ გვხვდება, ანუ ყოველთვის გარკვეული ნივთიერების შემადგენელი ნაწილია. პირველი ასეთი ნივთიერებიდან, რომელიც გვახსენდება, არის წყალი. მას წყალბადი ჟანგბადთან ერთად ქმნის, მაგრამ ყველაზე საინტერესო ის არის, რომ მსოფლიო მასშტაბით წარმოებული წყალბადის მნიშვნელოვანი ნაწილი არა წყლიდან, არამედ ბუნებრივი აირიდან (ასევე ნავთობიდან და მისი პროდუქტებიდან) მიიღება. ის ენერგეტიკის გარდა გამოიყენება ინდუსტრიის ძალიან ბევრ დარგში, როგორიცაა მაგალითად კვების, ფარმაცევტული და ქიმიური მრეწველობა.

წყალბადის სუფთა სახით მიღება, შემდეგ მისი შენახვა, ტრანსპორტირება და გამოყენება გარკვეულ სირთულეებთან და უარყოფით მხარეებთან არის დაკავშირებული.

მოდით ჯერ განვიხილოთ უშუალოდ მისი წარმოება, რომელიც ამჟამად ორი ძირითადი მეთოდით და ორი ძირითადი ნივთიერებიდან (ბუნებრივი აირი და წყალი) ხდება:

1 – ბუნებრივი აირიდან წყალბადის მიღება, ანუ დაორთქვლის მეთოდი:

ბუნებრივ აირს მაღალ ტემპერატურაზე ურევენ ორთქლთან, რის შედეგადაც წარმოიქმნება წყალბადი და ნახშიროჟანგი, შემდეგ ხდება ნახშიროჟანგის მოცილება, თუმცა სწორედ ეს არის ამ მეთოდის მთავარი პრობლემა – მავნე ნარჩენი.

2 – წყლის „გახლეჩის“ შედეგად წყალბადის მიღება, ანუ ელექტროლიზის მეთოდი:

ელექტროენერგიის ზემოქმედების შედეგად ხდება წყლის მოლეკულის გახლეჩა საწყის ელემენტებად წყალბადად და ჟანგბადად. ამ უკანასკნელს ძირითადად ატმოსფეროში „უშვებენ“ ან აგროვებენ სამედიცინო მიზნით, როგორც ვხედავთ, წინა მეთოდისგან განსხვავებით ნარჩენებს აქ არათუ მავნე, არამედ „სასარგებლო“ და „საჭიროც“ კი შეიძლება ვუწოდოთ.

თუმცა, ორივე მეთოდის „ასამუშავებლად“ აუცილებელია ენერგია, რომელიც ამჟამად ხშირად ნავთობისა და ქვანახშირისაგან მიიღება, რაც ძალიან არაეფექტური და დამაბინძურებელია, მაგრამ ძალიან აქტიურად ხდება მათი ქარის ან მზის ენერგიით ჩანაცვლება. აქედან გამომდინარე, განასხვავებენ ნაცრისფერ (როდესაც წყალბადის მიღება ხდება წიაღისეულის საწვავის გამოყენებით) და მწვანე (წყალბადის მიღება ხდება განახლებადი ენერგიების გამოყენებით) წყალბადებს. არის ასევე ლურჯი წყალბადიც, ლურჯს უწოდებენ წყალბადს, როდესაც ნაცრისფერი წყალბადის მიღებისას გამოფრქვეული სათბური გაზებიდან ნახშირბადის ჩაჭერა და შენახვა ხდება, რაც ბუნებრივია ნაკლებ ზიანს აყენებს გარემოს. თუმცა, საუკეთესო გადაწყვეტილება, რა თქმა უნდა, მწვანე წყალბადია და თანამედროვე მსოფლიო სწორედ მის აქტიურად განვითარებაზე აკეთებს აქცენტს. ევროპისა და აზიის ძალიან ბევრ ქვეყანაში უკვე აქტიურად მიმდინარეობს შესაბამის პროექტებზე მუშობა.

შემდეგ ხდება წყალბადის გაგრილება, რაც ასევე რთული პროცესია და საჭიროა უკვე მისი შენახვა და ტრანსპორტირება. აქაც მრავალი გზა არსებობს:

1 – ისევე როგორც პროპანს, ბუტანს, ან სხვა საწვავ აირს, წყალბადიც შეიძლება მაღალი წნევის ქვეშ დაიტენოს ლითონის კასრებში. წყალბადის შენახვა ლითონის კონტეინერებში მაღალი წნევის ქვეშ ყველაზე ადვილია, მაგრამ, ამასთან, ყველაზე სახიფათო, რადგან წყალბადის მოლეკულები იოლად აღწევს უმცირესი, მიკროსკოპული ზომის ლითონის კედლის ნაპრალებში, იქ გროვდება, ტემპერატურის აწევისას შეიძლება გამოიწვიოს ლითონის მიმდებარე უბნების გარღვევა, კედლიდან გაჟონვა და ზოგჯერ აფეთქებაც. გარდა ამისა, ასეთი ლითონი ყოველთვის მძიმეა და აქედან გამომდინარე არაპრაქტიკული.

2 – შესაძლებელია მისი გათხევადება დაბალი ტემპერატურისა და მაღალი წნევის პირობებში და შენახვა ლითონის ჭურჭელში. საჭიროების შემთხვევაში, მისი გარკვეული რაოდენობა ტემპერატურის აწევით ან წნევის შემცირებით შეგვიძლია კვლავ გადავიყვანოთ აირში და გამოვიყენოთ. დაბალტემპერატურული შენახვა უფრო უსაფრთხოა, რადგან გათხევადებულ მდგომარეობაში წყალბადის მოლეკულებს შორის არსებული შეჭიდულობის ძალა ხელს უშლის ცალკეული ნაწილაკების შეღწევას ლითონის კედლებში. მაგრამ აქ პრობლემა ჩნდება იმ ენერგოდანახარჯთან დაკავშირებით, რომელიც საჭიროა ჭურჭლის ხანგრძლივად დაბალ ტემპერატურაზე შესანახად.

3 – ყველაზე უფრო საინტერესო და უსაფრთხო წესია წყალბადის შენახვა და ტრანსპორტირება მისი სხვადასხვა ნივთიერების კრისტალურ მესერში შეყვანის გზით. წყალბადის ატომები, თავისი მცირე ზომის გამო, სხვა ატომებთან შედარებით ბევრად უფრო ადვილად ახერხებს ლითონის მასალებში შეღწევას და იქ ჩამაგრებას. აქ ყველაზე უფრო უსაფრთხო მდგომარეობაშია და შესაძლებელია ის გამოვიყენოთ მოძრავ დანადგარებზე (მაგალითად, ავტომანქანის შიდაწვის ძრავის საწვავად), ასევე უძრავ დანადგარებზე (ჭარბი ელექტროენერგიის მარაგის შესანახავად). წყალბადის ატომების გამოთავისუფლება და ლითონის “გალიიდან” გამოსვლა ხერხდება ისევ და ისევ ტემპერატურის ცვლილებით. დაბალ ტემპერატურაზე შესაძლებელია წყალბადის ჩაჭერა, ხოლო შემდგომი გათბობისას – თანდათანობით გამოშვება.

რაც შეეხება მის გამოყენებას ენერგეტიკაში: ელექტროენერგიის მიღება ხდება ელექტრო-ქიმიური ტიპის სითბურ ელემენტში, სადაც ხდება ქიმიური ენერგიის გარდაქმნა ელექტროენერგიად, რომლის ნარჩენი პროდუქტი არის არც მეტი, არც ნაკლები – სუფთა წყალი!

მიუხედავად ზემოთ ხსენებული უამრავი დადებით ასპექტებისა, წყალბადი ჯერ-ჯერობით ბუნებრივ საწვავებს კონკურენციას ვერ უწევს, მისი მიღების, ტრანსპორტირებისა და შენახვასთან დაკავშირებული პრობლემების და სიძვირის გამო.

თუმცა, მეცნიერები აქტიურად მუშაობენ ტექნოლოგიების დახვეწასა და განვითარებაზე, რაც მომავალში წყალბადის გამოყენებას ენერგეტიკაში უფრო პრაქტიკულს გახდის.

და რაც მთავარია, დიდი იმედი გვაქვს, რომ საქართველოც აქტიურ როლს ითამაშებს ამ წინსვლაში, მით უმეტეს, რომ წყალბადის ენერგიებზე მუშაობის გამოცდილებაც გვაქვს და წყლის რესურსების მარაგიც.

ნინო სამადაშვილი