Mieszankę wodoru z tlenem, jako najbardziej pojemną energetycznie, zaproponował do stosowania w silnikach K. E. Ciołkowskiego w 1903 roku. Wodór jest już używany jako paliwo: do samochodów (od półtora do Toyoty Mirai), samolotów odrzutowych (od Heinkla do Tu-155), torped (od GT 1200A do Shkval), rakiet (od Saturna do Burana”). Nowe aspekty otwiera produkcja wodoru metalicznego i praktyczne zastosowanie reaktora Rossi. W najbliższym czasie rozwój technologii pozyskiwania taniego wodoru z siarkowodoru z Morza Czarnego oraz bezpośrednio ze źródeł odgazowywania Ziemi. Pomimo sprzeciwu lobby naftowego nieuchronnie wkraczamy w erę wodoru!
Zmiana konsumpcji - razem zmieniamy świat!
Zalety i wady paliwa wodorowego
Paliwo wodorowe ma wiele cech:
- Przenikanie ciepła wodoru jest o 250% wyższe niż w przypadku mieszanki paliwowo-powietrznej.
- Po spaleniu mieszaniny wodoru na wylocie powstaje tylko para wodna.
- Reakcja zapłonu jest szybsza niż w przypadku innych paliw.
- Dzięki stabilności detonacji możliwe jest zwiększenie stopnia sprężania.
- Magazynowanie takiego paliwa odbywa się w postaci płynnej lub sprężonej. W przypadku awarii zbiornika wodór odparowuje.
- Niższy poziom udziału gazu reagującego z tlenem wynosi 4%. Dzięki tej funkcji możliwa jest regulacja trybów pracy silnika poprzez dozowanie konsystencji.
- Sprawność silnika wodorowego sięga 90 procent. Dla porównania silnik wysokoprężny ma sprawność 50%, a konwencjonalny silnik spalinowy 35%.
- Wodór jest gazem lotnym, więc dostaje się do najmniejszych szczelin i zagłębień. Z tego powodu niewiele metali jest w stanie wytrzymać jego destrukcyjne działanie.
- Podczas pracy silnika hałas jest mniejszy.
Pierwszy silnik wodorowy zaczął pracować w ZSRR w 1941 roku
Będziesz zaskoczony, ale pierwszy silnik zwykłej „ciężarówki” zaczął pracować na wodorze w oblężonym Leningradzie we wrześniu 1941 roku! Młodemu młodszemu technikowi porucznikowi Borisowi Shchelishchowi, który był odpowiedzialny za podniesienie balonu zaporowego, nakazano ustawienie wciągarek w przypadku braku benzyny i prądu. Ponieważ balony były wypełnione wodorem, wpadł na pomysł wykorzystania go jako paliwa.
Film promocyjny:
Podczas niebezpiecznych eksperymentów wypaliły się dwa balony, eksplodował zbiornik z gazem, a sam Borys Isaakovich doznał szoku pociskiem. Następnie, dla bezpiecznego działania „wybuchowej” mieszanki powietrze-wodór, wynalazł specjalne uszczelnienie wodne, które wykluczało zapłon w przypadku błysku w rurze dolotowej silnika. Kiedy wszystko się udało, przyjechali dowódcy wojskowi, upewnili się, że system działa poprawnie i nakazali przerzucić wszystkie wciągarki aerostatyczne na nowy rodzaj paliwa w ciągu 10 dni. Ze względu na ograniczone zasoby i czas Shchelishch sprytnie użył wycofanych z użytku gaśnic, aby wykonać uszczelnienie wodne. I udało się rozwiązać problem podnoszenia balonów zaporowych!
Boris Isaakovich otrzymał Order "Czerwonej Gwiazdy" i został wysłany do Moskwy, jego doświadczenie wykorzystano w jednostkach obrony przeciwlotniczej stolicy - 300 silników przeniesiono na "brudny wodór", wydano certyfikat wynalazcy nr 64209 na wynalazek. W ten sposób zapewniono priorytet ZSRR w rozwoju energetyki przyszłości. W 1942 roku na wystawie wyposażenia dostosowanego do warunków blokady pokazano niezwykły samochód. W tym samym czasie jego silnik pracował 200 godzin bez zatrzymywania się w zamkniętej przestrzeni. Spaliny - zwykła para - nie zanieczyszczały powietrza.
W 1979 roku pod naukowym nadzorem E. V. Shatrova. kreatywny zespół pracowników NAMI, składający się z V. M. Kuznetsova Ramenskiy A. Yu., Kozlova Yu. A. opracowano i przetestowano prototyp minibusa RAF napędzanego wodorem i benzyną.
Testy RAF 22031 (1979).
Pojazdy podwodne z nadtlenkiem wodoru
W latach 1938-1942 w stoczni w Kilonii pod kierownictwem inżyniera Waltera zbudowano eksperymentalną łódź U-80, która pracowała na nadtlenku wodoru. W testach statek wykazywał pełną prędkość podwodną 28,1 węzła. Para wody i tlenu uzyskana w wyniku rozkładu nadtlenku została wykorzystana jako płyn roboczy w turbinie, po czym została usunięta za burtę.
Rysunek tradycyjnie przedstawia urządzenie łodzi podwodnej z silnikiem nadtlenku wodoru.
W sumie Niemcom udało się zbudować 11 łodzi z Perm State Technical University.
Po klęsce hitlerowskich Niemiec w Anglii, Stanach Zjednoczonych, Szwecji i ZSRR trwały prace nad praktyczną realizacją planu Waltera. Radziecki okręt podwodny (projekt 617) z silnikiem Waltera został zbudowany w biurze projektowym Antipin.
Słynna PODWODNA RAKIETA TORPEDA VA-111 „SHKVAL”. Tak.
W międzyczasie sukcesy energetyki jądrowej pozwoliły lepiej rozwiązać problem potężnych silników do łodzi podwodnych. I te pomysły zostały z powodzeniem zastosowane w silnikach torpedowych. Walter HWK 573. (podwodny silnik pierwszego na świecie kierowanego pocisku przeciwokrętowego GT 1200A, który uderzył w statek poniżej linii wodnej). Torpeda szybowcowa (UAB) GT 1200A poruszała się pod wodą z prędkością 230 km / h, będąc prototypem szybkiej torpedy ZSRR „Shkval”. Torpeda DBT weszła do służby w grudniu 1957 roku, działała na nadtlenku wodoru i rozwijała prędkość 45 węzłów przy zasięgu przelotowym do 18 km.
Generator gazu tworzy pęcherzyk powietrza wokół ciała obiektu (pęcherzyk pary i gazu) przez głowicę kawitacyjną, a dzięki spadkowi oporu hydrodynamicznego (opór wody) i zastosowaniu silników odrzutowych uzyskuje się wymaganą prędkość ruchu podwodnego (100 m / s), która jest kilkakrotnie wyższa niż prędkość najszybszej torpedy konwencjonalnej. Do pracy stosuje się paliwo hydoreaktywne (metale alkaliczne podczas interakcji z wodą uwalniają wodór).
Tu-155 napędzany wodorem ustanowił 14 rekordów świata
W czasie II wojny światowej firma "Heinkel" stworzyła całą linię samolotów odrzutowych pod silnikiem Walter Walter HWK-109-509 o ciągu 2000 kgf. Pracując na nadtlenku wodoru.
Rosja odniosła spory sukces, ale niestety nie stała się seryjnym doświadczeniem tworzenia samolotów „ekologicznych” już pod koniec lat 80. ubiegłego wieku. Świat został przedstawiony za pomocą Tu-155 (model eksperymentalny Tu-154), napędzanego skroplonym wodorem, a następnie skroplonym gazem ziemnym. 15 kwietnia 1988 roku samolot został po raz pierwszy wzniesiony w powietrze. Ustanowił 14 rekordów świata i wykonał około stu lotów. Jednak wtedy projekt poszedł „na półkę”.
Pod koniec lat 90. na zlecenie Gazpromu zbudowano Tu-156 z silnikami na gaz płynny i tradycyjną nafty lotniczej. Samolot ten spotkał taki sam los jak Tu-155. Czy możesz sobie wyobrazić, jak ciężko jest nawet Gazpromowi walczyć z lobby naftowym!
Samochody napędzane wodorem
Samochody napędzane wodorem są podzielone na kilka grup:
- Pojazdy napędzane czystym wodorem lub mieszankami powietrzno-paliwowymi. Osobliwością takich silników jest czysty spaliny i wzrost sprawności nawet do 90%.
- Samochody hybrydowe. Posiadają ekonomiczny silnik, który może działać na czystym wodorze lub mieszance benzyny. Takie pojazdy spełniają normę Euro-4.
- Samochody z wbudowanym silnikiem elektrycznym, który zasila ogniwo wodorowe w pojeździe.
Główną cechą pojazdów napędzanych wodorem jest sposób podawania paliwa do komory spalania i zapłonu.
Następujące modele pojazdów wodorowych są już produkowane seryjnie:
- Ford Focus FCV;
- Mazda RX-8 wodór;
- Mercedes-Benz klasy A;
- Honda FCX;
- Toyota Mirai;
- Autobusy MAN Lion City Bus i Ford E-450;
- hybrydowy pojazd dwupaliwowy BMW Hydrogen 7.
Seryjny samochód wodorowy Toyota * Mirai *.
Samochód ten rozpędza się do 179 km / h, a auto do 100 km / h rozpędza się w 9,6 sekundy i co najważniejsze jest w stanie przejechać 482 km bez dodatkowego tankowania.
Koncern BMW zaprezentował swoją wersję samochodu Hydrogen. Nowy model został przetestowany przez znane osobistości kultury, biznesmenów, polityków i inne popularne osobistości. Testy wykazały, że przejście na nowe paliwo nie wpływa na komfort, bezpieczeństwo i dynamikę pojazdu. W razie potrzeby rodzaje paliwa można przełączać z jednego na inny. Prędkość wodoru7 - do 229 km / h.
Honda Clarity to samochód koncernu Honda, który zachwyca rezerwą mocy. Ma 589 km długości, czym nie może pochwalić się żaden inny niskoemisyjny pojazd. Tankowanie trwa od trzech do pięciu minut.
Home Energy Station III to kompaktowe urządzenie, które zawiera ogniwa paliwowe, butlę do przechowywania wodoru i reformator gazu ziemnego, który pobiera H2 z rury gazowej.
Metan z domowej sieci jest przetwarzany przez to urządzenie na wodór. A on - w prąd do domu. Moc ogniw paliwowych w domowej stacji energetycznej wynosi 5 kilowatów. Ponadto wbudowane butle gazowe służą jako rodzaj magazynowania energii. Zakład wykorzystuje ten wodór przy szczytowych obciążeniach sieci domowej. Wytwarza 5 kW energii elektrycznej i do 2 m3 wodoru na godzinę.
Wady pojazdów wodorowych obejmują:
- masywność elektrowni przy zastosowaniu ogniw paliwowych, co zmniejsza manewrowość pojazdu;
- podczas gdy wysoki koszt samych pierwiastków wodorowych z powodu ich składowego palladu lub platyny;
- niedoskonałość projektu i niepewność co do materiału do produkcji zbiorników paliwa, które nie pozwalają na przechowywanie wodoru przez długi czas;
- brak tankowania wodoru, którego infrastruktura jest bardzo słabo rozwinięta na całym świecie.
Dzięki produkcji seryjnej większość z tych niedociągnięć konstrukcyjnych i technologicznych zostanie przezwyciężona, a wraz z rozwojem produkcji wodoru jako minerału i siecią stacji paliw jego koszt znacznie się zmniejszy.
W 2016 roku pojawił się pierwszy pociąg napędzany wodorem, będący pomysłem niemieckiej firmy Alstom. Nowa Coranda iLint ma ruszyć na trasie z Buxtehude do Cuxhaven w Dolnej Saksonii.
W przyszłości planowane jest zastąpienie w Niemczech 4000 pociągów wysokoprężnych takimi pociągami, poruszającymi się po odcinkach dróg bez elektryfikacji.
Oryginalny motocykl wodorowy został wydany we Francji. (Francuska Pragma). Wlać tylko 45 gramów wodoru i gotowe! Zużycie paliwa wynosi około 1 gram na 3 kilometry.
Wodór w astronautyce
Jako paliwo w parze z ciekłym tlenem (LC), ciekły wodór (LH) został zaproponowany w 1903 roku przez K. E. Ciołkowskiego. Jest palny, posiada najwyższy impuls właściwy (dla dowolnego utleniacza), co pozwala na wystrzelenie w kosmos znacznie większej masy ładunku przy jednakowej masie startowej rakiety. Jednak obiektywne trudności stanęły na drodze do wykorzystania paliwa wodorowego.
Pierwsza to złożoność jego upłynniania (produkcja 1 kg LH kosztuje 20-100 razy więcej niż 1 kg nafty).
Drugi - niezadowalające parametry fizyczne - skrajnie niska temperatura wrzenia (-243 ° C) i bardzo niska gęstość (LH jest 14 razy lżejsza od wody), co negatywnie wpływa na zdolność magazynowania tego składnika.
W 1959 roku NASA wydała duże zamówienie na projekt jednostki tlenowo-wodorowej Centaurus. Był używany jako górne stopnie takich rakiet nośnych jak Atlas, Titan i ciężka rakieta Saturn.
Ze względu na wyjątkowo niską gęstość wodoru pierwsze (największe) stopnie rakiet nośnych wykorzystywały inne (mniej wydajne, ale gęstsze) rodzaje paliwa, takie jak nafta, co pozwoliło na ich zmniejszenie do akceptowalnych. Przykładem takiej „taktyki” jest rakieta Saturn-5, w której w pierwszej fazie wykorzystano komponenty tlen / nafta, aw drugiej i trzeciej - silniki tlenowo-wodorowe J-2 o ciągu 92104 ton każdy.
Jako przykład przytoczę wideo z premiery Apollo 11:
W 4. minucie nagrania I stopień zostaje rozdzielony i powstaje iluzja, że silniki drugiego stopnia nie działają, co dało początek wielu plotkom o nierealnym locie na Księżyc. W rzeczywistości spalanie wodoru w górnych warstwach atmosfery jest „bezbarwne”, płomień staje się zauważalny, gdy uderzy w niego przedmiot lub kawałki farby.
W systemie „Wahadłowiec kosmiczny” II stopień pracował również z parą tlen / wodór.
W dobie szybkiego rozwoju astronautyki w naszym kraju szeroko stosowano również silniki rakietowe na paliwo ciekłe na paliwo wodorowe.
Metaliczny wodór
5 października 2016 r. W laboratorium fizycznym Uniwersytetu Harvarda uzyskano wodór metaliczny. Wymagało to ciśnienia 495 gigapaskali. Jeśli problem stabilności i chłodzenia komory spalania (6000 K) zostanie rozwiązany, to metaliczny wodór stanie się najbardziej obiecującym paliwem rakietowym.
Naukowcy są przekonani, że metaliczny wodór zapewni impuls 1000-1700 sekund w silnikach. (W nowoczesnych silnikach rakietowych jak dotąd osiągnięto impuls 460 sekund). Ponadto do przechowywania metalicznego wodoru potrzebne będą małe zbiorniki, które umożliwią produkcję jednostopniowych rakiet do wystrzelenia ładunku w kosmos, co otworzy nową erę eksploracji kosmosu!
Zdobywanie diamentów
Wodór znalazł kolejne niezwykłe zastosowanie w produkcji diamentów. Ewolucja płynu wodór - metan wraz ze spadkiem ciśnienia wyraża się w samoutlenianiu (głębokim spalaniu) wodoru i metanu w układzie C-H-O z utworzeniem diamentów, wody i CO. Żywym potwierdzeniem tego procesu jest ugruntowana produkcja diamentów o jakości klejnotów o masie do 4 karatów i powłok foliowych z układu płynnego C-H-O (których półprzewodniki reprezentują przyszłość mikroelektroniki). Zobacz artykuł Diamond Carbonado, najcenniejszy półprzewodnik przyszłości.
Reaktor termiczny Rossi
Włoski wynalazca Andrea Rossi, przy wsparciu naukowego konsultanta fizyka Sergio Fokardi, przeprowadził eksperyment:
Ile gramów niklu (Ni) dodano do szczelnie zamkniętej probówki, dodano 10% wodorek litowo-glinowy, katalizator i kapsułkę wypełniono wodorem (H2). Po podgrzaniu do temperatury około 1100-1300 ° C, paradoksalnie, rura pozostawała gorąca przez cały miesiąc, a uwolniona energia cieplna była kilkakrotnie większa niż zużyta na ogrzewanie!
Na seminarium na Uniwersytecie Przyjaźni Ludowej Rosji (RUDN) w grudniu 2014 r. Doniesiono o pomyślnym powtórzeniu tego procesu w Rosji:
Analogicznie wykonuje się rurkę z paliwem:
Wnioski z eksperymentu: uwolnienie energii jest 2,58 razy większe niż zużyta energia elektryczna.
W Związku Radzieckim prace nad CNS były prowadzone od 1960 r. W niektórych biurach projektowych i instytutach badawczych na zlecenie państwa, ale finansowanie „restrukturyzacji” zostało wstrzymane. Do tej pory eksperymenty z powodzeniem przeprowadzają niezależni badacze - pasjonaci. Finansowanie odbywa się na osobisty koszt kolektywów obywateli Rosji. Jedna z grup entuzjastów pod przewodnictwem NV Samsonenko pracuje przy budowie „Korpusu Inżynierskiego” Uniwersytetu RUDN.
Wykonali serię testów kalibracyjnych z grzałkami elektrycznymi i reaktorem bez paliwa. W tym przypadku, zgodnie z oczekiwaniami, uwolniona moc cieplna jest równa dostarczonej mocy elektrycznej.
Głównym problemem jest spiekanie proszku i miejscowe przegrzanie reaktora, w wyniku czego wężownica grzejna wypala się, a nawet sam reaktor może przepalić się na wylot.
Ale A. G. Parkhomovowi udało się zrobić reaktor długoterminowy. Moc grzałki 300 W, sprawność = 300%.
Reakcja fuzji 28Ni + 1H (jon) = 29Cu + Q ogrzewa Ziemię od wewnątrz
Wewnętrzne jądro Ziemi zawiera nikiel i wodór, o temperaturze 5000K i ciśnieniu 1,36 Mbar, więc we wnętrzu Ziemi istnieją wszystkie warunki do reakcji termojądrowej, odtworzonej eksperymentalnie w reaktorze Rossi! W wyniku tej reakcji uzyskuje się miedź, której związki znajdują się w strefach ekspansji Ziemi „czarnych palaczy” (grzbiety śródoceaniczne) w strumieniu bogatym w wodór.
Ciemny wodór
W 2016 roku naukowcom ze Stanów Zjednoczonych i Wielkiej Brytanii, po wytworzeniu ciśnienia 1,5 mln atmosfer i temperaturze kilku tysięcy stopni podczas natychmiastowego sprężania, udało się uzyskać trzeci stan pośredni wodoru, w którym jednocześnie posiada on właściwości zarówno gazu, jak i metalu. Nazywa się go „ciemnym wodorem”, ponieważ w tym stanie nie przepuszcza światła widzialnego, w przeciwieństwie do promieniowania podczerwonego. „Ciemny wodór”, w przeciwieństwie do metalicznego, doskonale wpisuje się w model budowy planet olbrzymów. Wyjaśnia, dlaczego ich górna atmosfera jest znacznie cieplejsza niż powinna, przenosząc energię z jądra, a ponieważ ma znaczną przewodność elektryczną, odgrywa taką samą rolę jak zewnętrzne jądro na Ziemi, tworząc pole magnetyczne planety!
Wytwarzanie wodoru z głębin Morza Czarnego
Bóg obdarzył ziemię Krymu nie tylko najpiękniejszą i różnorodną przyrodą, ale także wystarczającymi zapasami różnych minerałów, w tym węglowodorów. Ale nasz półwysep dosłownie „kąpie się” w największym na świecie zbiorniku wodnym gazów ziemnych, jakim jest Morze Czarne.
Głębokie warstwy - poniżej 150 m składają się ze związków zawierających wodór, których główną częścią jest siarkowodór. Według przybliżonych szacunków, łączna zawartość siarkowodoru w Morzu Czarnym może sięgać 4,6 mld ton, co z kolei stanowi potencjalne źródło 270 mln ton wodoru!
Opatentowano kilka metod rozkładu siarkowodoru do produkcji wodoru i siarki (H2S H2 + S - Q), w tym kontaktowanie gazu zawierającego siarkowodór przez warstwę materiału stałego zdolnego do jego rozkładu z uwolnieniem wodoru i tworzeniem się związków zawierających siarkę na powierzchni materiału pod ciśnieniem 15 atmosfer i w temperaturze 400oС.
Najbardziej obiecujący jest rozwój specjalnych hydrofobowych filtrów membranowych, które oddzielają wodór od innych gazów na głębokości. W końcu najmniejsze cząsteczki łatwo przenikają przez metale, a nawet w masach granitu żyją kolonie bakterii żywiące się wodorem!
Śnijmy … Wyobraźmy sobie, że za dziesięć lat na jednym z przylądków południowego wybrzeża Krymu zostanie zbudowana mała stacja, gdzie dno morskie gwałtownie opada do głębokości ponad 200 metrów. Z morza rozciągną się do niego rękawy rur, na końcach których będą separatory siarkowodoru. Po oczyszczeniu wodór trafi do sieci stacji paliw transportu samochodowego oraz do elektrociepłowni kogeneracyjnej. W pobliżu zakładu zostanie zlokalizowane gospodarstwo, w którym w atmosferze wodorowej będą hodowane mikroorganizmy beztlenowe, których mitoza zachodzi o rząd wielkości szybciej niż ich zwykłe odpowiedniki. Ich biomasa zostanie wykorzystana do produkcji pasz dla zwierząt i nawozów.
Świat nieuchronnie wkracza w erę wodoru
Siergiej Glazyev, akademik Rosyjskiej Akademii Nauk, Doradca Prezydenta Federacji Rosyjskiej podkreślił: „Każdy z cykli gospodarczych Kondratiewa charakteryzuje się własnym nośnikiem energii: najpierw drewno opałowe (węgiel organiczny), węgiel (węgiel), potem ropa i olej opałowy (ciężkie węglowodory), potem benzyna i nafta (średnie węglowodory), teraz gaz (lekkie węglowodory) i czysty wodór powinny stać się głównym nośnikiem energii następnego cyklu gospodarczego!”
Zastosowania wodoru są rozległe, wielopłaszczyznowe, korzystne energetycznie, przyjazne dla środowiska i bardzo obiecujące. Nasze dzieci będą już jeździć produkcyjnymi samochodami napędzanymi wodorem, używać mikroprocesorów diamentowych wykonanych w technologii wodorowej, metaliczny wodór zrewolucjonizuje astronautykę, a rozwój reaktorów Rossiego - w energetyce!
Uznanie teorii początkowo wodorkowej Ziemi (V. N. Larin) doprowadzi do odkrycia kopalnych złóż H2, co znacznie obniży koszty jej uzyskania. I pomimo oporu lobbystów naftowych „duszących” Ziemię szkodliwymi emisjami, nieuchronnie wkraczamy w erę wodoru!
Autor: Igor Dabakhov