Amestecul hidrogen-oxigen, ca cel mai energetic capabil, a fost propus să fie utilizat în motoare de K. E. Tsiolkovski din 1903. Hidrogenul este deja folosit ca combustibil: pentru mașini (de la o jumătate la Toyota Mirai), avioane cu jet (de la Heinkel la Tu-155), torpile (de la GT 1200A la Shkval), rachete (de la Saturn la Burana ). Noi aspecte sunt deschise prin producerea de hidrogen metalic și aplicarea practică a reactorului Rossi. În viitorul apropiat, dezvoltarea tehnologiilor de obținere a hidrogenului ieftin din sulfura de hidrogen din Marea Neagră și direct de la sursele de degazare a Pământului. În ciuda opoziției lobby-ului petrolului, intrăm inexorabil în era hidrogenului!
Schimbarea consumului - împreună schimbăm Lumea!
Avantajele și dezavantajele combustibilului cu hidrogen
Combustibilul cu hidrogen are o serie de caracteristici:
- Transferul de căldură al hidrogenului este cu 250% mai mare decât cel al unui amestec combustibil-aer.
- După arderea amestecului de hidrogen, la ieșire se generează doar aburi.
- Reacția de aprindere este mai rapidă decât în cazul altor combustibili.
- Datorită stabilității detonării, este posibilă creșterea raportului de compresie.
- Depozitarea unui astfel de combustibil are loc sub formă lichidă sau comprimată. În cazul unei defecțiuni a rezervorului, hidrogenul se vaporizează.
- Nivelul inferior al proporției de gaz care reacționează cu oxigenul este de 4%. Datorită acestei caracteristici, este posibilă reglarea modurilor de funcționare a motorului prin dozarea consistenței.
- Eficiența unui motor cu hidrogen ajunge la 90%. Pentru comparație, un motor diesel are o eficiență de 50%, iar un motor convențional cu ardere internă - 35%.
- Hidrogenul este un gaz volatil, astfel încât acesta ajunge în cele mai mici goluri și cavități. Din acest motiv, puține metale sunt capabile să reziste la efectele sale distructive.
- Când motorul funcționează este mai puțin zgomot.
Primul motor cu hidrogen a început să funcționeze în URSS în 1941
Vei fi surprins, dar primul motor al unui „camion” obișnuit a început să funcționeze pe hidrogen în Leningradul asediat în septembrie 1941! Tânărul tehnician junior-locotenent Boris Șchelishch, care era însărcinat cu ridicarea balonului barajului, a primit ordin să stabilească trolii în absența benzinei și a energiei electrice. Deoarece baloanele erau umplute cu hidrogen, el a avut ideea de a-l folosi drept combustibil.
Video promotional:
În timpul experimentelor periculoase, două baloane au ars, un rezervor de gaz a explodat, iar Boris Isaakovich însuși a primit un șoc înveliș. După aceea, pentru funcționarea în siguranță a amestecului „explozibil” aer-hidrogen, el a inventat un sigiliu special de apă care exclude aprinderea în cazul unui fulger în conducta de admisie a motorului. Când s-a rezolvat totul în sfârșit, liderii militari au sosit, s-au asigurat că sistemul funcționează corect și au ordonat transferul tuturor troliilor aerostatice într-un nou tip de combustibil în 10 zile. Având în vedere resursele limitate și timpul, Shchelishch a folosit în mod inteligent stingătoarele dezafectate pentru a realiza un sigiliu de apă. Și problema ridicării baloanelor de baraj a fost rezolvată cu succes!
Boris Isaakovich i-a fost acordat Ordinul „Steaua Roșie” și a fost trimis la Moscova, experiența sa a fost folosită în unitățile de apărare aeriană din Capitală - 300 de motoare au fost transferate la „hidrogen murdar”, a fost emis certificatul de inventator nr. 64209 pentru invenție. Astfel, prioritatea URSS în dezvoltarea sectorului energetic în viitor a fost asigurată. În 1942, o mașină neobișnuită a fost arătată la o expoziție de echipamente adaptate condițiilor blocajului. În același timp, motorul său a funcționat 200 de ore fără a se opri într-un spațiu închis. Gazele de evacuare - abur obișnuit - nu au poluat aerul.
În 1979, sub supravegherea științifică a lui E. V. Shatrov. echipa creatoare a lucrătorilor NAMI, formată din V. M. Kuznetsov Ramenskiy A. Yu., Kozlova Yu. A. a fost dezvoltat și testat un prototip al microbuzului RAF, care funcționează pe bază de hidrogen și benzină.
Testează RAF 22031 (1979).
Peroxidul de hidrogen pentru vehiculele subacvatice
În 1938-1942, la șantierele navale Kiel, sub conducerea inginerului Walter, a fost construită o barcă experimentală U-80, care a funcționat pe peroxid de hidrogen. La teste, nava a arătat o viteză completă subacvatică de 28,1 noduri. Vaporii de apă și oxigen obținuți ca urmare a descompunerii peroxidului au fost folosiți ca fluid de lucru în turbină, după care au fost îndepărtați peste bord.
Figura arată în mod convențional dispozitivul unui submarin cu un motor cu peroxid de hidrogen.
În total, germanii au reușit să construiască 11 bărci de la Universitatea Tehnică de Stat Perm.
După înfrângerea Germaniei lui Hitler în Anglia, SUA, Suedia și URSS, s-au efectuat lucrări pentru a aduce planul lui Walter la implementarea practică. La Biroul de proiectare Antipin a fost construit un submarin sovietic (proiectul 617) cu motor Walter.
Celebrul VA-111 UNDERWATER TORPEDA ROCKET "SHKVAL".yes.
Între timp, succesele industriei nucleare au făcut posibilă rezolvarea mai bună a problemelor motoarelor submarine puternice. Și aceste idei au fost aplicate cu succes la motoarele cu torpile. Walter HWK 573. (motor subacvatic al primei rachete anti-nave ghidate aer-suprafață GT 1200A din lume pentru a lovi o navă sub linia de plutire). Torpilă de alunecare (UAB) GT 1200A a avut o viteză subacvatică de 230 km / h, fiind prototipul torpedei de mare viteză a URSS „Shkval”. Torpila DBT a intrat în serviciu în decembrie 1957, a funcționat cu peroxid de hidrogen și a dezvoltat o viteză de 45 de noduri cu o autonomie de până la 18 km.
Generatorul de gaz creează o bulă de aer în jurul corpului obiectului (bulă vapori-gaz) prin capul de cavitație și, datorită scăderii rezistenței hidrodinamice (rezistență la apă) și folosirii motoarelor cu jet, se realizează viteza de mișcare subacvatică necesară (100 m / s), care este de câteva ori mai mare decât viteza celei mai rapide torpile convenționale. Pentru muncă, se utilizează un combustibil hidroreactiv (metalele alcaline, atunci când interacționează cu apa, eliberează hidrogen).
Tu-155 pe hidrogen a stabilit 14 recorduri mondiale
În timpul celui de-al Doilea Război Mondial, compania „Heinkel” a creat o linie întreagă de avioane cu jet sub motorul Walter HWK-109-509 cu o tracțiune de 2000 kgf, care lucrează pe peroxid de hidrogen.
Rusia a avut destul de succes, dar, din păcate, nu a devenit o experiență în serie a creării de aeronave „ecologice” deja la sfârșitul anilor ’80 ai secolului trecut. Lumea a fost prezentată cu Tu-155 (modelul experimental Tu-154), care rulează pe hidrogen lichefiat, apoi pe gaz natural lichefiat. Pe 15 aprilie 1988, avionul a fost dus pentru prima dată pe cer. A stabilit 14 recorduri mondiale și a finalizat aproximativ o sută de zboruri. Totuși, atunci proiectul a mers „pe raft”.
La sfârșitul anilor 1990, prin ordinul Gazprom, Tu-156 a fost construit cu motoare cu gaz lichefiat și kerosen tradițional de aviație. Acest avion a suferit aceeași soartă ca și Tu-155. Vă puteți imagina cât de greu este chiar pentru Gazprom să lupte cu lobby-ul petrolului!
Mașini cu hidrogen
Mașinile cu hidrogen sunt împărțite în mai multe grupuri:
- Vehicule alimentate cu hidrogen pur sau amestecuri aer / combustibil. Particularitatea unor astfel de motoare este evacuarea curată și creșterea eficienței până la 90%.
- Mașini hibride. Au un motor economic capabil să funcționeze cu hidrogen pur sau un amestec de benzină. Astfel de vehicule respectă standardul Euro-4.
- Mașini cu un motor electric încorporat care alimentează celula de hidrogen la bordul vehiculului.
Principala caracteristică a vehiculelor cu hidrogen este modul în care combustibilul este introdus în camera de ardere și aprins.
Următoarele modele de vehicule cu hidrogen sunt deja produse în serie:
- Ford Focus FCV;
- Mazda RX-8 hidrogen;
- Mercedes-Benz Clasa A;
- Honda FCX;
- Toyota Mirai;
- MAN Lion City Bus și Ford E-450 autobuze;
- vehicul hibrid cu două combustibil BMW Hydrogen 7.
Mașină cu hidrogen în serie Toyota * Mirai *.
Această mașină poate accelera până la 179 km / h, iar mașina accelerează până la 100 km / h în 9,6 secunde și, cel mai important, este capabilă să conducă 482 km fără realimentare suplimentară.
Preocuparea BMW a prezentat versiunea sa a automobilului Hydrogen. Noul model a fost testat de renumiți oameni culturali, oameni de afaceri, politicieni și alte personalități populare. Testele au arătat că trecerea la un combustibil nou nu afectează confortul, siguranța și dinamica vehiculului. Dacă este necesar, tipurile de combustibil pot fi comutate de la unul la altul. Viteza hidrogen7 - până la 229 km / h.
Honda Clarity este o mașină din preocuparea Honda care uimește cu rezerva sa de energie. Are 589 km lungime, cu care niciun alt vehicul cu emisii reduse nu se poate lăuda. Alimentarea durează trei-cinci minute.
Home Energy Station III este o unitate compactă care include pilele de combustibil, un cilindru de stocare a hidrogenului și un reformator de gaze naturale care extrage H2 dintr-o conductă de gaz.
Metanul din rețeaua casnică este transformat de acest dispozitiv în hidrogen. Și el - în energie electrică pentru casă. Puterea celulelor de combustibil din stația de energie de acasă este de 5 kilowati. În plus, buteliile de gaz încorporate servesc ca un fel de stocare a energiei. Centrala folosește acest hidrogen la încărcături maxime pe rețeaua de domiciliu. Generează 5 kW de energie electrică și până la 2 m3 de hidrogen pe oră.
Dezavantajele vehiculelor cu hidrogen includ:
- volumul central al centralei atunci când se utilizează pilele de combustibil, ceea ce reduce manevrabilitatea vehiculului;
- în timp ce costul ridicat al elementelor de hidrogen în sine datorită constituentului lor de paladiu sau platină;
- proiectarea imperfecțiunii și incertitudinii în material pentru fabricarea rezervoarelor de combustibil care nu permit depozitarea hidrogenului mult timp;
- lipsa alimentării cu hidrogen, a cărei infrastructură este foarte slab dezvoltată în întreaga lume.
Odată cu producția în serie, majoritatea acestor deficiențe de proiectare și tehnologie vor fi depășite, iar odată cu dezvoltarea producției de hidrogen ca mineral și a unei rețele de stații de alimentare, costul acesteia va scădea semnificativ.
În 2016, a apărut primul tren cu hidrogen, care este creierul companiei germane Alstom. Noul Coranda iLint este programat să înceapă pe ruta de la Buxtehude la Cuxhaven, Saxonia Inferioară.
În viitor, se planifică înlocuirea a 4000 de trenuri diesel în Germania cu astfel de trenuri, care se deplasează pe secțiuni de drumuri fără electrificare.
Bicicleta originală cu hidrogen a fost lansată în Franța. (Pragma franceză). Nu completați decât 45 de grame de hidrogen și mergeți! Consumul de combustibil este de aproximativ 1 gram pe 3 kilometri.
Hidrogen în astronautici
Ca combustibil în pereche cu oxigen lichid (LC), hidrogenul lichid (LH) a fost propus în 1903 de K. E. Tsiolkovsky. Este combustibil, cu cel mai mare impuls specific (pentru orice oxidant), ceea ce permite o masă mult mai mare de sarcină utilă să fie lansată în spațiu cu o masă egală de lansare a rachetei. Cu toate acestea, dificultățile obiective au apărut în modul de utilizare a combustibilului cu hidrogen.
Primul este complexitatea lichefierii sale (producția de 1 kg de LH costă de 20-100 de ori mai mult de 1 kg de kerosen).
Al doilea - parametri fizici nesatisfăcători - punct de fierbere extrem de scăzut (-243 ° C) și densitate foarte mică (LH este de 14 ori mai ușoară decât apa), ceea ce afectează negativ capacitatea de stocare a acestei componente.
În 1959, NASA a emis un ordin major pentru proiectarea unității de oxigen-hidrogen Centaurus. A fost folosit ca trepte superioare ale vehiculelor de lansare, precum Atlas, Titan și racheta grea Saturn.
Datorită densității extrem de reduse a hidrogenului, primele (cele mai mari) etape ale vehiculelor de lansare au folosit alte tipuri de combustibil (mai puțin eficiente, dar mai dense), cum ar fi kerosenul, ceea ce le-a permis ca dimensiunile să fie reduse la cele acceptabile. Un exemplu de astfel de "tactică" este racheta Saturn-5, în prima etapă a cărei componente au fost utilizate componente de oxigen / kerosen, iar în a doua și a treia etapă - motoarele oxigen-hidrogen J-2, cu o tracțiune de 92104 tone fiecare.
Ca exemplu, voi cita videoclipul lansării lui Apollo 11:
În al patrulea minut al înregistrării, etapa 1 este separată și se creează iluzia că motoarele din a doua etapă nu funcționează, acest lucru a dat naștere multor zvonuri despre zborul nerealist pe Lună. De fapt, arderea hidrogenului în atmosfera superioară este „incoloră”, flacăra devine vizibilă când un obiect sau bucăți de vopsea o lovesc.
În sistemul „Navetă spațială”, a doua etapă a lucrat și cu o pereche oxigen / hidrogen.
În epoca dezvoltării rapide a astronauticii în țara noastră, motoarele rachetă cu propulsor lichid cu combustibil pe bază de hidrogen au fost de asemenea utilizate pe scară largă.
Hidrogen metalic
Pe 5 octombrie 2016, a fost obținut hidrogen metalic la laboratorul de fizică al Universității Harvard. Aceasta a necesitat o presiune de 495 gigapascali. Dacă se rezolvă problema stabilității și răcirii camerei de ardere (6000 K), hidrogenul metalic va deveni cel mai promițător combustibil al rachetelor.
Oamenii de știință cred că hidrogenul metalic va oferi un impuls de 1000-1700 secunde la motoare. (În motoarele rachetă moderne, până acum s-a atins un impuls de 460 de secunde). În plus, vor fi necesare rezervoare mici pentru stocarea hidrogenului metalic, ceea ce va face posibilă realizarea de rachete cu un singur stadiu pentru a lansa o sarcină utilă în spațiu, aceasta va deschide o nouă eră a explorării spațiale!
Obținerea de diamante
Hidrogenul a găsit o altă aplicație remarcabilă în producția de diamante. Evoluția unui fluid hidrogen - metan cu o scădere a presiunii este exprimată în auto-oxidarea (arderea profundă) a hidrogenului și metanului în sistemul C-H-O cu formarea de diamante, apă și CO. O confirmare vie a acestui proces este producția bine stabilită de diamante de calitate gemă, în greutate de până la 4 carate și acoperiri de film din sistemul fluid C-H-O (semiconductori reprezentând viitorul microelectronicii). Vezi articolul Diamond Carbonado, cel mai valoros semiconductor al viitorului.
Reactorul termic Rossi
Inventatorul italian Andrea Rossi, cu sprijinul fizicianului științific Sergio Fokardi, a realizat un experiment:
Câte grame de nichel (Ni) s-au adăugat într-un tub sigilat, s-a adăugat hidrura de aluminiu litiu 10%, catalizator si capsula s-a umplut cu hidrogen (H2). După încălzirea la o temperatură de aproximativ 1100-1300 ° C, paradoxal, tubul a rămas fierbinte o lună întreagă, iar energia de căldură eliberată a fost de câteva ori mai mare decât cea cheltuită la încălzire!
În cadrul unui seminar de la Universitatea de Prietenie a Poporului din Rusia (RUDN) din decembrie 2014, a fost raportat despre repetarea cu succes a acestui proces în Rusia:
Prin analogie, este realizat un tub cu combustibil:
Concluzii din experiment: eliberarea de energie este de 2,58 ori mai mare decât energia electrică consumată.
În Uniunea Sovietică, lucrările la CNS s-au desfășurat din 1960 în unele birouri de proiectare și institute de cercetare, prin ordinul statului, dar finanțarea „restructurarii” s-a oprit. Până în prezent, experimentele sunt realizate cu succes de cercetători independenți - entuziaști. Finanțarea se realizează pe cheltuiala personală a colectivităților cetățenilor ruși. Unul dintre grupurile de entuziaști, sub conducerea NV Samsonenko, lucrează la clădirea „Corpului de Inginerie” al Universității RUDN.
Au efectuat o serie de teste de calibrare cu încălzitoare electrice și un reactor fără combustibil. În acest caz, așa cum era de așteptat, puterea de căldură eliberată este egală cu puterea electrică furnizată.
Problema principală este sinterizarea pulberii și supraîncălzirea locală a reactorului, datorită căreia bobina de încălzire se arde și chiar reactorul în sine poate arde prin și prin.
Dar A. G. Parkhomov a reușit să facă un reactor pe termen lung. Putere încălzire 300 W, eficiență = 300%.
Reacția de fuziune 28Ni + 1H (ion) = 29Cu + Q încălzește Pământul din interior
Nucleul interior al Pământului conține nichel și hidrogen, la o temperatură de 5000K și o presiune de 1,36 Mbar, deci există toate condițiile pentru o reacție de fuziune în interiorul Pământului, reprodus experimental în reactorul Rossi! Ca urmare a acestei reacții, se obține cupru, al cărui compuși se regăsesc în zonele „fumătorilor negri” ai expansiunii Pământului (creste din mijlocul oceanului) într-un flux bogat în hidrogen.
Hidrogen întunecat
În 2016, oamenii de știință din Statele Unite și Marea Britanie, creând o presiune de 1,5 milioane de atmosfere și o temperatură de câteva mii de grade în timpul comprimării instantanee, au reușit să obțină a treia stare intermediară de hidrogen, în care are simultan proprietățile atât ale gazului, cât și ale metalului. Se numește „hidrogen întunecat”, deoarece în această stare nu transmite lumină vizibilă, spre deosebire de radiațiile infraroșii. „Hidrogenul întunecat”, în contrast cu cea metalică, se încadrează perfect în modelul structurii planetelor gigantice. El explică de ce atmosfera lor superioară este semnificativ mai caldă decât ar trebui, transferând energia din miez și, deoarece are o conductivitate electrică semnificativă, joacă același rol ca miezul exterior de pe Pământ, formând câmpul magnetic al planetei!
Generarea de hidrogen din adâncurile Mării Negre
Dumnezeu a înzestrat pământul Crimeei nu numai cu natura cea mai frumoasă și mai variată, ci și cu suficiente rezerve de diverse minerale, inclusiv hidrocarburi. Însă peninsula noastră literalmente „se scaldă” în cea mai mare stocare de apă a gazelor naturale din lume, care este Marea Neagră.
Straturile adânci - sub 150 m, constau în compuși conținând hidrogen, a căror parte principală este hidrogen sulfurat. Conform estimărilor brute, conținutul total de hidrogen sulfurat din Marea Neagră poate atinge 4,6 miliarde de tone, ceea ce, la rândul său, servește ca sursă potențială de 270 de milioane de tone de hidrogen!
S-au brevetat mai multe metode de descompunere cu hidrogen sulfurat pentru a produce hidrogen și sulf (H2S H2 + S - Q), inclusiv contactarea unui gaz care conține sulfură de hidrogen printr-un strat de material solid capabil să-l descompună cu eliberarea de hidrogen și formarea de compuși conținând sulf pe suprafața materialului, la o presiune de 15 atmosfere și o temperatură de 400 °.
Cea mai promițătoare este dezvoltarea unor filtre speciale de membrană hidrofobe care separă hidrogenul de alte gaze chiar la adâncime. La urma urmei, cele mai mici molecule se filtrează cu ușurință prin metale și chiar în masele de granit colonii de bacterii care se hrănesc cu hidrogen viu!
Să visăm … Să ne imaginăm că peste zece ani pe una dintre capetele coastei de sud a Crimeei, unde fundul maritim scade brusc până la adâncimi de peste 200 de metri, va fi construită o mică stație. Manșoanele de țevi se vor întinde până la ea de la mare, la capetele cărora vor exista separatoare de hidrogen sulfurate. După purificare, hidrogenul va fi furnizat rețelei de stații de alimentare cu transport motor și centralei termice de cogenerare. O fermă va fi amplasată în apropierea plantei, unde microorganismele anaerobe vor fi cultivate într-o atmosferă cu hidrogen, a cărei mitoză are un ordin de mărime mai rapid decât omologii lor obișnuiți. Biomasa lor va fi folosită pentru producerea hranei și îngrășămintelor pentru animale.
Lumea intră inexorabil în era hidrogenului
Sergei Glazyev, academician al Academiei Ruse de Științe, consilier al președintelui Federației Ruse, a subliniat: „Fiecare dintre ciclurile economice ale lui Kondratyev se caracterizează prin propriul purtător de energie: în primul rând, lemn de foc (carbon organic), cărbune (carbon), apoi ulei și combustibil (hidrocarburi grele), apoi benzină și kerosen (hidrocarburi medii), acum gazul (hidrocarburi ușoare) și hidrogenul pur ar trebui să devină principalul purtător de energie al următorului ciclu economic!"
Aplicațiile hidrogenului sunt vaste, polivalente, benefice din punct de vedere energetic, ecologice și foarte promițătoare. Copiii noștri vor conduce deja mașini de producție alimentate cu hidrogen, vor folosi microprocesoare cu diamante realizate cu ajutorul tehnologiei hidrogenului, hidrogenul metalic va revoluționa astronautica și dezvoltarea reactoarelor Rossi - în domeniul ingineriei electrice!
Recunoașterea teoriei hidrurului Pământ inițial (V. N. Larin) va duce la descoperirea depozitelor fosile de H2, ceea ce va reduce mult costul obținerii acestuia. Și în ciuda rezistenței grupurilor de petrol care „sufocă” Pământul cu emisii nocive, intrăm în mod inevitabil în era hidrogenului!
Autor: Igor Dabakhov
