Водородно-кислородната смес като най-енергийно ефикасна беше предложена да се използва в двигатели от K. E. Циолковски още през 1903 година. Водородът вече се използва като гориво: за автомобили (от един и половина до Toyota Mirai), реактивни самолети (от Хайнкел до Ту-155), торпеди (от GT 1200A до Shkval), ракети (от Сатурн до Бурана “). Новите аспекти се отварят чрез производството на метален водород и практическото приложение на реактора Роси. В близко бъдеще, развитието на технологии за получаване на евтин водород от черноморския сероводород и директно от източниците на дегазация на Земята. Въпреки противопоставянето на петролното лоби, ние неумолимо навлизаме в ерата на водорода!
Промяна на потреблението ни - заедно променяме света!
Плюсовете и минусите на водородното гориво
Водородното гориво има редица характеристики:
- Топлопредаването на водород е с 250% по-високо от това на гориво-въздушна смес.
- След изгарянето на водородната смес на изхода се генерира само пара.
- Реакцията на запалване е по-бърза, отколкото при други горива.
- Благодарение на детонационната стабилност е възможно да се повиши степента на компресия.
- Съхранението на такова гориво се извършва в течна или сгъстена форма. В случай на повреда в резервоара водородът се изпарява.
- По-ниското ниво на пропорцията на газ за реакция с кислород е 4%. Благодарение на тази функция е възможно да се коригират режимите на работа на двигателя чрез дозиране на консистенцията.
- Ефективността на водороден двигател достига 90 процента. За сравнение, дизеловият двигател има ефективност 50%, а конвенционалният двигател с вътрешно горене - 35%.
- Водородът е летлив газ, така че попада в най-малките празнини и кухини. Поради тази причина малко метали са в състояние да издържат на разрушителните му ефекти.
- По-малко шум има, когато двигателят работи.
Първият водороден двигател започва да работи в СССР през 1941 г
Ще се изненадате, но първият двигател на обикновена "камион" започна да работи на водород в обсаден Ленинград през септември 1941 г.! Младият младши техник-лейтенант Борис Щелич, който отговаряше за издигането на баражния балон, беше нареден при липса на бензин и електричество да установи работата на лебедките. Тъй като балоните бяха пълни с водород, той доби идеята да го използва като гориво.
Промоционално видео:
По време на опасни експерименти два балона изгориха, резервоар за газ избухна, а самият Борис Исаакович получи удар от снаряда. След това, за безопасна работа на „експлозивната“смес въздух-водород, той измисли специално водно уплътнение, което изключва запалването в случай на светкавица във всмукателната тръба на двигателя. Когато най-накрая всичко свърши работа, военните ръководители пристигнаха, увериха се, че системата работи правилно, и наредиха да прехвърлят всички аеростатични лебедки на нов вид гориво за 10 дни. С оглед на ограничените ресурси и време, Shchelishch умело използва изведените от експлоатация пожарогасители, за да направи водно уплътнение. И проблемът с повдигането на бароидни балони беше успешно решен!
Борис Исаакович е награден с ордена на "Червената звезда" и е изпратен в Москва, опитът му е използван в звената за противовъздушна отбрана на столицата - 300 двигателя са прехвърлени на "мръсен водород", издадено е удостоверение на изобретателя № 64209 за изобретение. Така беше осигурен приоритетът на СССР в развитието на енергийния сектор на бъдещето. През 1942 г. необичайна кола е показана на изложба на оборудване, пригодено за условията на блокадата. В същото време двигателят му работи 200 часа, без да спира в затворено пространство. Изгорелите газове - обикновена пара - не замърсяват въздуха.
През 1979 г. под научния надзор на Е. В. Шатров. творческият екип от работници на НАМИ, състоящ се от В. М. Кузнецов Раменский А. Ю., Козлова Ю. А. е разработен и тестван прототип на микробуса RAF, работещ на водород и бензин.
Тестове RAF 22031 (1979).
Водороден прекис подводни превозни средства
През 1938-1942 г. в корабостроителницата в Кил, под ръководството на инженер Уолтър, е построена експериментална лодка U-80, която работи върху водороден пероксид. На тестове корабът показа пълна подводна скорост от 28,1 възела. Парите вода и кислород, получени в резултат на разлагането на пероксид, се използват като работна течност в турбината, след което те се отстраняват зад борда.
Фигурата условно показва устройството на подводница с двигател на водороден прекис.
Общо германците успяват да построят 11 лодки от Пермския държавен технически университет.
След разгрома на Хитлерова Германия в Англия, САЩ, Швеция и СССР, беше проведена работа за привеждане на плана на Уолтър на практика. Съветска подводница (проект 617) с двигател на Уолтър е построена в проектантското бюро Antipin.
Известният VA-111 UNDERWATER TORPEDA ROCKET "SHKVAL".yes.
Междувременно напредъкът в ядрената енергия даде възможност за по-доброто решаване на проблема с мощните подводни двигатели. И тези идеи бяха успешно приложени в торпедни двигатели. Walter HWK 573. (подводен двигател на първата в света направлявана противокорабна ракета въздух-повърхност GT 1200A, която удари кораб под водната линия). Плъзгащото се торпедо (UAB) GT 1200A имаше подводна скорост 230 км / ч, като първообраз на високоскоростното торпедо на СССР „Шквал”. Торпедото DBT влиза в експлоатация през декември 1957 г., работи на водороден прекис и развива скорост от 45 възела с кръстовиден обхват до 18 км.
Газовият генератор през кавитационната глава създава въздушен мехур около тялото на обекта (балон от пари) и поради спада на хидродинамичното съпротивление (водоустойчивост) и използването на реактивни двигатели се постига необходимата подводна скорост на движение (100 m / s), която е няколко пъти по-висока от скоростта на най-бързото конвенционално торпедо. За работа се използва хидрореактивно гориво (алкални метали при взаимодействие с вода отделят водород).
Ту-155 на водорода постави 14 световни рекорда
По време на Втората световна война компанията "Heinkel" създава цяла линия реактивни самолети под двигателя Walter Walter HWK-109-509 с тяга 2000 kgf, работеща върху водороден пероксид.
Русия беше доста успешна, но за съжаление не се превърна в сериен опит от създаването на "екологични" самолети още в края на 80-те години на миналия век. Светът беше представен с Ту-155 (експериментален модел Ту-154), който работи на втечнен водород, а след това и на втечнен природен газ. На 15 април 1988 г. самолетът за първи път е взет в небето. Той постави 14 световни рекорда и извърши около сто полета. Тогава обаче проектът отиде „на рафта“.
В края на 90-те по поръчка на Газпром Ту-156 е построен с двигатели на втечнен газ и традиционен авиационен керосин. Този самолет претърпя същата съдба като Ту-155. Можете ли да си представите колко е трудно дори Газпром да се бори с петролното лоби!
Водородни автомобили
Автомобилите с водород са разделени в няколко групи:
- Превозни средства, задвижвани от чист водород или смеси въздух / гориво. Особеността на такива двигатели е чистият ауспух и повишаване на ефективността до 90%.
- Хибридни коли. Те имат икономичен двигател, способен да работи на чист водород или бензинова смес. Такива превозни средства отговарят на стандарта Euro-4.
- Автомобили с вграден електромотор, който захранва водородната клетка на борда на автомобила.
Основната характеристика на водородните превозни средства е начинът, по който горивото се подава в горивната камера и се запалва.
Следните модели водородни превозни средства вече се произвеждат серийно:
- Ford Focus FCV;
- Mazda RX-8 водород;
- Mercedes-Benz A-Class;
- Honda FCX;
- Toyota Mirai;
- MAN Lion City Bus и автобуси Ford E-450;
- хибридно превозно средство с две горива BMW Hydrogen 7.
Сериен водороден автомобил Toyota * Mirai *.
Този автомобил може да ускори до 179 км / ч, а автомобилът ускорява до 100 км / ч за 9,6 секунди и най-важното е, че е способен да измине 482 км без допълнително зареждане.
Концернът BMW представи своята версия на автомобила Hydrogen. Новият модел е тестван от известни културни дейци, бизнесмени, политици и други популярни личности. Тестовете показаха, че преминаването към ново гориво не влияе на комфорта, безопасността и динамиката на автомобила. Ако е необходимо, видовете гориво могат да се превключват от един към друг. Водородна скорост7 - до 229 км / ч.
Honda Clarity е автомобил от концерна Honda, който изумява със своя резерв на мощност. Дълъг е 589 км, с който никой друг автомобил с ниски емисии не може да се похвали. Зареждането с гориво отнема три до пет минути.
Домашната енергийна станция III е компактен блок, включващ горивни клетки, цилиндър за съхранение на водород и реформатор на природен газ, който извлича Н2 от газопровод.
Метанът от домакинската мрежа се превръща от това устройство във водород. А той - с ток за къщата. Мощността на горивните клетки в домашната енергийна станция е 5 киловата. В допълнение, вградените газови бутилки служат като вид съхраняване на енергия. Заводът използва този водород при пикови натоварвания в домашната мрежа. Генерира 5 kW електроенергия и до 2 m3 водород на час.
Недостатъците на водородните превозни средства включват:
- обемността на електроцентралата при използване на горивни клетки, което намалява маневреността на автомобила;
- докато високата цена на самите водородни елементи се дължи на техния състав паладий или платина;
- дизайн несъвършенство и несигурност в материала за производство на резервоари за гориво, които не позволяват съхраняването на водород за дълго време
- липса на водородно зареждане, инфраструктурата на която е много слабо развита в целия свят.
При серийното производство повечето от тези конструктивни и технологични недостатъци ще бъдат преодолени, а с развитието на производството на водород като минерал и мрежа от бензиностанции цената му ще намалее значително.
През 2016 г. се появи първият влак с водородно гориво, който е деца на германската компания Alstom. Новата Coranda iLint трябва да започне по маршрута от Buxtehude до Cuxhaven, Долна Саксония.
В бъдеще се планира замяна на 4000 дизелови влака в Германия с такива влакове, движещи се по участъци от пътища без електрификация.
Оригиналният водороден мотор е пуснат във Франция. (Френска прагма). Напълваш само 45 грама водород и тръгваш! Разходът на гориво е приблизително 1 грам на 3 километра.
Водород в космонавтиката
Като гориво в двойка с течен кислород (LC), течният водород (LH) е предложен през 1903 г. от К. Е. Циолковски. Той е горим, с най-висок специфичен импулс (за всеки окислител), което позволява да се изстреля много по-голяма маса полезен товар в космоса с равна изстрелваща маса на ракетата. Обективните трудности обаче бяха в начина на използване на водородно гориво.
Първият е сложността на втечняването му (производството на 1 кг LH струва 20-100 пъти повече от 1 кг керосин).
Вторият - незадоволителни физически параметри - изключително ниска точка на кипене (-243 ° C) и много ниска плътност (LH е 14 пъти по-лека от водата), което се отразява негативно на капацитета за съхранение на този компонент.
През 1959 г. НАСА издаде основна поръчка за проектиране на кислородно-водороден агрегат Centaurus. Използвана е като горните степени на такива ракети-носители като Atlas, Titan и тежката ракета Saturn.
Поради изключително ниската плътност на водорода, първите (най-големи) етапи на ракетите са използвали други (не толкова ефективни, но по-плътни) видове гориво, като керосин, което им позволява да бъдат намалени по размер до приемливи. Пример за такава „тактика“е ракетата „Сатурн-5“, в първия етап на която са използвани компоненти кислород / керосин, а във втория и третия етап - кислородно-водородни двигатели J-2, с тяга от 92104 тона всеки.
Като пример ще посоча видеото от старта на Apollo 11:
На 4-тата минута от записа 1-ви етап се отделя и се създава илюзията, че двигателите на втория етап не работят, това породи много слухове за нереалистичния полет до Луната. Всъщност изгарянето на водород в горната атмосфера е "безцветно", пламъкът става забележим, когато предмет или парчета боя го ударят.
В системата "Космически совалка" 2-рият етап също работи с двойка кислород / водород.
В ерата на бързото развитие на астронавтиката у нас широко се използват и ракетни двигатели с течно гориво с водородно гориво.
Метален водород
На 5 октомври 2016 г. във физическата лаборатория на университета в Харвард е получен метален водород. Това изискваше налягане от 495 гигапаскала. Ако проблемът със стабилността и охлаждането на горивната камера (6000 К) е решен, металическият водород ще се превърне в най-обещаващото ракетно гориво.
Учените смятат, че металическият водород ще осигури импулс от 1000-1700 секунди в двигателите. (В съвременните ракетни двигатели до момента е достигнат импулс от 460 секунди). Плюс това ще са необходими малки резервоари за съхранение на метален водород, което ще позволи да се направят едноетапни ракети за изстрелване на полезен товар в космоса, това ще отвори нова ера на космическото проучване!
Получаване на диаманти
Водородът намери друго забележително приложение в производството на диаманти. Еволюцията на водородна - метанова течност с намаляващо налягане се изразява в самоокисляване (дълбоко изгаряне) на водород и метан в системата С-Н-О с образуването на диаманти, вода и СО. Ярко потвърждение на този процес е добре установеното производство на скъпоценни диаманти с тегло до 4 карата и филмови покрития от флуидната система C-H-O (полупроводниците на които представляват бъдещето на микроелектрониката). Вижте статията Diamond Carbonado, най-ценният полупроводник на бъдещето.
Термичен реактор Роси
Италианският изобретател Андреа Роси с подкрепата на научния консултант физик Серхио Фокарди проведе експеримент:
Колко грама никел (Ni) бяха добавени в запечатана епруветка, 10% литиев алуминиев хидрид, катализатор и капсулата беше напълнена с водород (H2). След загряване до температура от около 1100-1300 ° C, парадоксално, тръбата остана гореща цял месец, а освободената топлинна енергия беше няколко пъти по-висока от тази, изразходвана за отопление!
На семинар в Университета за приятелство на хората в Русия (RUDN) през декември 2014 г. беше докладвано за успешното повторение на този процес в Русия:
По аналогия се прави тръба с гориво:
Изводи от експеримента: освобождаването на енергия е 2,58 пъти повече от консумираната електрическа енергия.
В Съветския съюз работата по CNS се извършва от 1960 г. в някои дизайнерски бюра и изследователски институти по поръчка на държавата, но със спирането на „преструктурирането“спря. Към днешна дата експериментите се провеждат успешно от независими изследователи - ентусиасти. Финансирането се извършва за лична сметка на колективи на руски граждани. Една от групите ентусиасти, под ръководството на Н. В. Самсоненко, работи в сградата на „Инженерния корпус“на университета RUDN.
Те извършиха серия от калибриращи тестове с електрически нагреватели и реактор без гориво. В този случай, както се очаква, освободената топлинна мощност е равна на доставената електрическа мощност.
Основният проблем е синтероването на праха и локалното прегряване на реактора, поради което нагревателната бобина изгаря и дори самият реактор може да изгори през и през.
Но A. G. Пархомов, успя да направи дългосрочен реактор. Мощност на нагревателя 300 W, ефективност = 300%.
Реакцията на синтез 28Ni + 1H (йон) = 29Cu + Q затопля Земята отвътре
Вътрешното ядро на Земята съдържа никел и водород, при температура 5000 К и налягане 1,36 Мбар, затова във вътрешността на Земята има всички условия за реакцията на синтез, експериментално възпроизведени в реактора на Роси! В резултат на тази реакция се получава мед, чиито съединения се намират в зоните на "черните пушачи" на разширяването на Земята (средноокеански хребети) в поток, богат на водород.
Тъмен водород
През 2016 г. учени от САЩ и Великобритания, създавайки налягане от 1,5 милиона атмосфери и температура от няколко хиляди градуса по време на моменталното компресиране, успяха да получат третото междинно състояние на водорода, при което той едновременно има свойствата както на газ, така и на метал. Нарича се "тъмен водород", тъй като в това състояние не предава видима светлина, за разлика от инфрачервеното лъчение. „Тъмният водород“, за разлика от металния, се вписва идеално в модела на структурата на гигантските планети. Той обяснява защо горната им атмосфера е значително по-топла, отколкото трябва да бъде, прехвърляйки енергия от ядрото и понеже има значителна електрическа проводимост, играе същата роля като външното ядро на Земята, образувайки магнитното поле на планетата!
Генериране на водород от дълбините на Черно море
Бог надари земята на Крим не само с най-красивата и разнообразна природа, но и с достатъчни запаси от различни минерали, включително въглеводороди. Нашият полуостров буквално се „къпе“в най-голямото в света съхраняване на природни газове, което е Черно море.
Дълбоките слоеве - под 150 м, се състоят от водородсъдържащи съединения, основната част от които е сероводород. Според грубите оценки, общото съдържание на сероводород в Черно море може да достигне 4,6 милиарда тона, което от своя страна служи като потенциален източник на 270 милиона тона водород!
Патентовани са няколко метода на разлагане на сероводород за получаване на водород и сяра (H2S H2 + S - Q), включително контакт на газ, съдържащ сероводород през слой от твърд материал, способен да го разложи с отделянето на водород и образуването на серосъдържащи съединения върху повърхността на материала при налягане 15 атмосфери и температура 400oС.
Най-обещаващото е разработването на специални хидрофобни мембранни филтри, които отделят водорода от другите газове точно на дълбочина. В крайна сметка, най-малките молекули лесно проникват през металите и дори в гранитни маси колонии от бактерии, които се хранят с водород живеят!
Нека мечтаем … Нека си представим, че след десет години на един от носите на южното крайбрежие на Крим, където морското дъно рязко пада до дълбочина над 200 метра, ще бъде изградена малка станция. Ръкавите на тръбите ще се простират до него от морето, в краищата на които ще има сероводородни сепаратори. След пречистване водородът ще бъде доставен в мрежата на автозаправни станции и в ТЕЦ. В близост до растението ще бъде разположена ферма, където анаеробни микроорганизми ще се отглеждат във водородна атмосфера, чиято митоза настъпва с порядък по-бързо от обичайните им колеги. Биомасата им ще се използва за производство на фуражи и торове за добитък.
Светът неумолимо навлиза в ерата на водорода
Сергей Глазиев, академик на Руската академия на науките, съветник на президента на Руската федерация, подчерта: „Всеки от икономическите цикли на Кондратьев се характеризира със собствен енергиен носител: първо дърва за огрев (органичен въглерод), въглища (въглерод), след това нефт и мазут (тежки въглеводороди), след това бензин и керосин (средни въглеводороди), сега газ (леки въглеводороди) и чистият водород трябва да се превърнат в основния енергиен носител на следващия икономически цикъл!"
Приложенията на водород са огромни, многостранни, енергийно полезни, екологични и много перспективни. Нашите деца вече ще задвижват производствени коли, задвижвани от водород, ще използват диамантени микропроцесори, направени по водородна технология, металическият водород ще революционизира астронавтиката, а разработването на реакторите на Роси - в енергетиката!
Признаването на теорията за първоначално хидридната Земя (В. Н. Ларин) ще доведе до откриването на изкопаеми находища на Н2, което значително ще намали разходите за нейното получаване. И въпреки съпротивата на петролните лобисти, „задушаващи“Земята с вредни емисии, ние неизбежно навлизаме в ерата на водорода!
Автор: Игор Дабахов