Zmes vodíka a kyslíka, ktorá je energeticky najúčinnejšia, bola navrhnutá na použitie v motoroch spoločnosťou K. E. Tsiolkovsky v roku 1903. Vodík sa už používa ako palivo: pre osobné automobily (od jedného a pol po Toyota Mirai), prúdové lietadlá (od Heinkel po Tu-155), torpéda (od GT 1200A do Shkval), rakety (od Saturn po Burana “). Výroba kovového vodíka a praktické použitie reaktora Rossi otvárajú nové aspekty. V blízkej budúcnosti sa bude vyvíjať technológia na získavanie lacného vodíka z čiernomorského sírovodíka a priamo zo zdrojov odplynenia Zeme. Napriek opozícii ropnej lobby vstupujeme neúprosne do éry vodíka!
Zmena našej spotreby - spolu meníme svet!
Výhody a nevýhody vodíka
Vodíkové palivo má niekoľko funkcií:
- Prenos tepla vodíkom je o 250% vyšší ako prenos zmesi paliva a vzduchu.
- Po spálení vodíkovej zmesi sa na výstupe vytvára iba para.
- Reakcia zapaľovania je rýchlejšia ako pri iných palivách.
- Vďaka detonačnej stabilite je možné zvýšiť kompresný pomer.
- Skladovanie tohto paliva sa uskutočňuje v kvapalnej alebo stlačenej forme. V prípade poruchy nádrže sa vodík odparuje.
- Nižšia úroveň podielu plynu, ktorý reaguje s kyslíkom, je 4%. Vďaka tejto funkcii je možné upraviť prevádzkové režimy motora dávkovaním konzistencie.
- Účinnosť vodíkového motora dosahuje 90 percent. Pre porovnanie, dieselový motor má účinnosť 50% a konvenčný spaľovací motor - 35%.
- Vodík je prchavý plyn, takže sa dostáva do najmenších medzier a dutín. Z tohto dôvodu je málo kovov schopných odolávať deštruktívnym účinkom.
- Pri bežiacom motore je menej hluku.
Prvý vodíkový motor začal pracovať v ZSSR v roku 1941
Budete prekvapení, ale prvý motor obyčajného nákladného automobilu začal pracovať na vodíku v obliehanom Leningrade v septembri 1941! Mladý juniorský technik-poručík Boris Shchelishch, ktorý mal na starosti zdvíhanie barónového balóna, dostal rozmiestnenie navijakov bez benzínu a elektriny. Pretože balóny boli naplnené vodíkom, dostal nápad použiť ho ako palivo.
Propagačné video:
Počas nebezpečných experimentov vyhoreli dva balóny, explodovala benzínová nádrž a sám Boris Isaakovich dostal škrupinový šok. Potom pre bezpečnú prevádzku „výbušnej“zmesi vzduch-vodík vynašiel špeciálne tesnenie, ktoré vylučuje vznietenie v prípade záblesku v sacom potrubí motora. Keď všetko nakoniec vyšlo najavo, prišli vojenskí vodcovia, presvedčili sa, že systém funguje správne a do 10 dní prikázali previesť všetky aerostatické navijáky na nový druh paliva. Vzhľadom na obmedzené zdroje a čas, spoločnosť Shchelishch šikovne použila hasiace prístroje, ktoré boli vyradené z prevádzky, na vytvorenie vodnej plomby. A problém odstránenia barónových balónov bol úspešne vyriešený!
Boris Isaakovič získal rozkaz „Červenej hviezdy“a bol poslaný do Moskvy, jeho skúsenosti boli použité v jednotkách protivzdušnej obrany hlavného mesta - 300 motorov bolo prevedených na „špinavý vodík“, bol vydaný vynálezcovský certifikát č. 64209. Tým bola zabezpečená priorita ZSSR v rozvoji energetického sektora budúcnosti. V roku 1942 bolo na výstave zariadenia prispôsobené podmienkam blokády vystavené neobvyklé auto. Zároveň jeho motor pracoval 200 hodín bez zastavenia v uzavretom priestore. Výfukové plyny - bežná para - neznečisťovali vzduch.
V roku 1979 pod vedeckým dohľadom E. V. Shatrova. tvorivý tím pracovníkov NAMI, pozostávajúci z V. M. Kuznetsova Ramenskiy A. Yu., Kozlova Yu. A. bol vyvinutý a testovaný prototyp minibusu RAF, ktorý beží na vodík a benzín.
Testy RAF 22031 (1979).
Podvodné dopravníky na báze peroxidu vodíka
V rokoch 1938-1942 bola v lodeniciach v Kieli pod vedením inžiniera Waltera postavená experimentálna loď U-80, ktorá pracovala na peroxidu vodíka. Pri skúškach loď vykázala plnú rýchlosť pod vodou 28,1 uzlov. Para vody a kyslíka získaná v dôsledku rozkladu peroxidu bola použitá ako pracovná tekutina v turbíne, po ktorej boli odstránené cez palubu.
Obrázok konvenčne znázorňuje zariadenie ponorky s motorom na peroxid vodíka.
Celkovo sa Nemcom podarilo postaviť 11 lodí z Perm State State Technical University.
Po porážke Hitlerovho Nemecka v Anglicku, USA, Švédsku a ZSSR sa vykonala práca na praktickom zavedení Walterovho plánu. V projekčnej kancelárii Antipin bola postavená sovietska ponorka (projekt 617) s motorom Walter.
Slávny VA-111 VODNÝ TORPEDA ROCKET "SHKVAL".yes.
Medzitým úspechy v jadrovej energetike umožnili lepšie vyriešiť problém výkonných podmorských motorov. A tieto myšlienky boli úspešne uplatnené v torpédových motoroch. Walter HWK 573. (podvodný motor prvej riadenej protipechotnej rakety typu vzduch-povrch GT 1200A na svete, ktorá zasiahla loď pod čiarou ponoru). Klzké torpédo (UAB) GT 1200A malo podvodnú rýchlosť 230 km / h, čo bol prototyp vysokorýchlostného torpéda ZSSR „Shkval“. Torpédo DBT vstúpilo do prevádzky v decembri 1957, pôsobilo na peroxid vodíka a vyvíjalo rýchlosť 45 uzlov s cestovným dosahom až 18 km.
Plynový generátor cez kavitačnú hlavu vytvára vzduchovú bublinu okolo telesa objektu (bublina plynných plynov) a v dôsledku poklesu hydrodynamického odporu (odpor vody) a použitia prúdových motorov sa dosahuje požadovaná rýchlosť pohybu pod vodou (100 m / s), ktorá je niekoľkokrát vyššia ako rýchlosť najrýchlejšieho konvenčného torpéda. Na prácu sa používa hydroreaktívne palivo (alkalické kovy, keď interagujú s vodou, uvoľňujú vodík).
Tu-155 na vodík priniesol 14 svetových rekordov
Počas druhej svetovej vojny spoločnosť Heinkel vytvorila celú radu prúdových lietadiel pod motorom Walter Walter HWK-109-509 s ťahom 2000 kgf., Práce na peroxidu vodíka.
Rusko bolo celkom úspešné, ale nanešťastie sa sériové skúsenosti s výrobou ekologických lietadiel nestali už koncom 80. rokov minulého storočia. Svet bol predstavený s Tu-155 (experimentálny model Tu-154), ktorý pracuje na skvapalnený vodík a potom na skvapalnený zemný plyn. 15. apríla 1988 bolo lietadlo prvýkrát vzaté k oblohe. Pripravil 14 svetových rekordov a dokončil asi sto letov. Potom však projekt išiel „na polici“.
Koncom 90. rokov bol na objednávku spoločnosti Gazprom postavený model Tu-156 s motormi na skvapalnený plyn a tradičným leteckým petrolejom. Toto lietadlo utrpelo rovnaký osud ako Tu-155. Dokážete si predstaviť, aké ťažké je pre Gazprom bojovať proti ropnej hale?
Vodíkové automobily
Vodíkové vozidlá sú rozdelené do niekoľkých skupín:
- Vozidlá poháňané čistým vodíkom alebo zmesou vzduch / palivo. Zvláštnosťou takýchto motorov sú čisté výfukové plyny a zvýšenie účinnosti až o 90%.
- Hybridné autá. Majú ekonomický motor schopný jazdiť na čistý vodík alebo benzínovú zmes. Takéto vozidlá spĺňajú normu Euro-4.
- Vozidlá so vstavaným elektrickým motorom, ktorý poháňa vodíkový článok na palube vozidla.
Hlavným rysom vodíkových vozidiel je spôsob, akým sa palivo dodáva do spaľovacej komory a zapaľuje.
Nasledujúce modely vodíkových vozidiel sa už vyrábajú sériovo:
- Ford Focus FCV;
- Mazda RX-8 vodík;
- Trieda Mercedes-Benz A;
- Honda FCX;
- Toyota Mirai;
- Autobusy MAN Lion City Bus a Ford E-450;
- hybridné dvojpalivové vozidlo BMW Hydrogen 7.
Sériový vodíkový automobil Toyota * Mirai *.
Tento automobil môže zrýchliť na 179 km / h a vozidlo zrýchli na 100 km / h za 9,6 sekundy, a čo je najdôležitejšie, je schopný prejsť 482 km bez ďalšieho tankovania.
Koncern BMW predstavil svoju verziu vozidla na vodík. Nový model bol testovaný známymi osobnosťami kultúry, podnikateľmi, politikmi a ďalšími populárnymi osobnosťami. Testy ukázali, že prechod na nové palivo nemá vplyv na pohodlie, bezpečnosť a dynamiku vozidla. V prípade potreby je možné prepínať medzi druhmi paliva. Rýchlosť vodíka7 - až 229 km / h.
Honda Clarity je automobil z koncernu Honda, ktorý ohromuje svojou rezervou energie. Je dlhá 589 km, na ktorú sa nemôže pochváliť žiadne iné vozidlo s nízkymi emisiami. Tankovanie trvá tri až päť minút.
Domáca energetická stanica III je kompaktná jednotka, ktorá obsahuje palivové články, vodíkový zásobník a reformer na zemný plyn, ktorý extrahuje H2 z plynového potrubia.
Týmto zariadením sa metán z domácej siete prevádza na vodík. A on - do elektrickej energie pre dom. Energia palivových článkov v domácej energetickej stanici je 5 kilowattov. Vstavané plynové fľaše navyše slúžia ako druh skladovania energie. Závod využíva tento vodík pri maximálnom zaťažení domácej siete. Vyrába 5 kW elektriny a do 2 m3 vodíka za hodinu.
Nevýhody vodíkových vozidiel zahŕňajú:
- objemnosť elektrárne pri použití palivových článkov, ktorá znižuje ovládateľnosť vozidla;
- zatiaľ čo vysoké náklady na samotné vodíkové prvky v dôsledku ich zložky paládia alebo platiny;
- konštrukčná nedokonalosť a neistota v materiáli na výrobu palivových nádrží, ktoré neumožňujú dlhodobé skladovanie vodíka;
- nedostatočné tankovanie vodíka, ktorého infraštruktúra je po celom svete veľmi slabo rozvinutá.
Pri sériovej výrobe bude väčšina týchto konštrukčných a technologických nedostatkov prekonaná as vývojom výroby vodíka ako minerálu a siete čerpacích staníc sa jeho náklady výrazne znížia.
V roku 2016 sa objavil prvý vlak poháňaný vodíkom, ktorý je hlavnou myšlienkou nemeckej spoločnosti Alstom. Nový Coranda iLint by mal začať na trase z Buxtehude do Cuxhavenu v Dolnom Sasku.
V budúcnosti sa plánuje nahradiť v Nemecku 4 000 dieselových vlakov takýmito vlakmi, ktoré sa pohybujú po úsekoch ciest bez elektrifikácie.
Pôvodný vodíkový bicykel bol prepustený vo Francúzsku. (Francúzska Pragma). Vyplníte iba 45 gramov vodíka a vyrazíte! Spotreba paliva je približne 1 gram na 3 kilometre.
Vodík v astronautike
Ako palivo v páre s kvapalným kyslíkom (LC) navrhol v roku 1903 K. E. Tsiolkovsky kvapalný vodík (LH). Je horľavý, s najvyšším špecifickým impulzom (pre akékoľvek oxidačné činidlo), ktorý umožňuje vypustenie oveľa väčšej hmotnosti užitočného zaťaženia do vesmíru s rovnakou štartovacou hmotnosťou rakety. V používaní vodíkového paliva však stoja objektívne ťažkosti.
Prvým je zložitosť jeho skvapalnenia (výroba 1 kg LH stojí 20 - 100 krát viac ako 1 kg kerozínu).
Druhý - neuspokojivé fyzikálne parametre - extrémne nízky bod varu (-243 ° C) a veľmi nízka hustota (LH je 14-krát ľahší ako voda), čo negatívne ovplyvňuje skladovaciu kapacitu tejto zložky.
V roku 1959 NASA vydala hlavnú objednávku na návrh jednotky kyslíka a vodíka Centaurus. Používa sa ako horná časť takých štartovacích vozidiel ako Atlas, Titan a ťažká raketa Saturn.
V dôsledku extrémne nízkej hustoty vodíka sa v prvých (najväčších) etapách štartovacích vozidiel používali iné (menej účinné, ale hustejšie) druhy palív, ako napríklad kerozén, ktoré umožnili znížiť veľkosť na prijateľné. Príkladom takejto „taktiky“je raketa Saturn-5, v ktorej prvej fáze sa použili zložky kyslík / petrolej, av druhej a tretej etape motory kyslíka a vodíka J-2 s ťahom 92104 ton.
Ako príklad uvediem video zo spustenia Apolla 11:
V 4. minúte záznamu je 1. etapa oddelená a vytvára sa ilúzia, že motory druhej etapy nefungujú, čo vyvolalo veľa klebiet o nereálnom lete na Mesiac. V skutočnosti je spaľovanie vodíka v hornej atmosfére „bezfarebné“, plameň sa stane viditeľným, keď naň narazí predmet alebo kúsky farby.
V systéme „raketoplán“sa v druhej etape pracovalo aj s párom kyslík / vodík.
V dobe rýchleho rozvoja astronautiky sa v našej krajine často používali aj raketové motory na kvapalné palivo s vodíkovým palivom.
Kovový vodík
5. októbra 2016 sa vo fyzickom laboratóriu Harvardskej univerzity získal kovový vodík. To si vyžadovalo tlak 495 gigapascalov. Ak sa vyrieši problém stability a chladenia spaľovacej komory (6000 K), stane sa najsľubnejším raketovým palivom kovový vodík.
Vedci sa domnievajú, že kovový vodík poskytne v motoroch pulz 1 000 - 1700 sekúnd. (V moderných raketových motoroch bol doteraz dosiahnutý impulz 460 sekúnd). Navyše, malé nádrže budú potrebné na skladovanie kovového vodíka, čo umožní vyrobiť jednostupňové rakety na spustenie užitočného zaťaženia do vesmíru, otvorí to novú éru prieskumu vesmíru!
Získavanie diamantov
Vodík našiel ďalšie významné uplatnenie pri výrobe diamantov. Vývoj vodíka a metánu so zníženým tlakom sa prejavuje samoxidáciou (hlboké spaľovanie) vodíka a metánu v systéme C-H-O s tvorbou diamantov, vody a CO. Živým potvrdením tohto procesu je dobre zavedená výroba diamantov vysokej kvality s hmotnosťou až 4 karáty a filmových povlakov z kvapalného systému C-H-O (polovodiče predstavujú budúcnosť mikroelektroniky). Pozri článok Diamond Carbonado, najcennejší polovodič budúcnosti.
Tepelný reaktor Rossi
Taliansky vynálezca Andrea Rossi s pomocou vedeckého konzultanta fyzika Sergia Fokardiho uskutočnil experiment:
Koľko gramov niklu (Ni) bolo pridaných do utesnenej skúmavky, bol pridaný 10% lítiumalumíniumhydrid, katalyzátor a kapsula bola naplnená vodíkom (H2). Po zahriatí na teplotu asi 1100 - 1300 ° C zostala trubica paradoxne horúca celý mesiac a uvoľnená tepelná energia bola niekoľkokrát vyššia ako energia spotrebovaná na zahrievanie!
Na seminári na Ruskej ľudovej priateľskej univerzite (RUDN) v decembri 2014 sa informovalo o úspešnom opakovaní tohto procesu v Rusku:
Analogicky sa vyrobí rúrka s palivom:
Závery z experimentu: uvoľňovanie energie je 2,58-krát viac ako spotrebovaná elektrická energia.
V Sovietskom zväze sa práce na CNS vykonávali od roku 1960 v niektorých projekčných kanceláriách a výskumných ústavoch na príkaz štátu, ale financovanie „reštrukturalizácie“sa zastavilo. K dnešnému dňu experimenty úspešne vykonávajú nezávislí vedci - nadšenci. Financovanie sa uskutočňuje na osobné náklady kolektívov ruských občanov. Jedna zo skupín nadšencov, pod vedením NV Samsonenka, pracuje na budovaní „strojárskeho zboru“univerzity RUDN.
Vykonali sériu kalibračných testov s elektrickými ohrievačmi a reaktorom bez paliva. V tomto prípade sa podľa očakávania uvoľnená tepelná energia rovná dodávanej elektrickej energii.
Hlavným problémom je spekanie prášku a lokálne prehrievanie reaktora, v dôsledku čoho vyhorí ohrievacia špirála a dokonca aj samotný reaktor môže horieť cez a cez.
Ale A. G. Parkhomov sa podarilo vyrobiť dlhodobý reaktor. Výkon ohrievača 300 W, účinnosť = 300%.
Fúzna reakcia 28Ni + 1H (ión) = 29Cu + Q zahrieva Zem zvnútra
Vnútorné jadro Zeme obsahuje nikel a vodík pri teplote 5 000 K a tlaku 1,36 Mbar, takže existujú všetky podmienky pre fúznu reakciu vo vnútri Zeme experimentálne reprodukovanú v Rossiho reaktore! V dôsledku tejto reakcie sa získa meď, ktorej zlúčeniny sa nachádzajú v zónach „čiernych fajčiarov“zemskej expanzie (hrebene stredného oceánu) v prúde bohatom na vodík.
Tmavý vodík
V roku 2016 vedci zo Spojených štátov a Veľkej Británie, ktorí počas okamžitej kompresie vytvorili tlak 1,5 milióna atmosfér a teplotu niekoľko tisíc stupňov, boli schopní získať tretí prechodný stav vodíka, v ktorom má súčasne vlastnosti plynu aj kovu. Nazýva sa „tmavý vodík“, pretože v tomto stave na rozdiel od infračerveného žiarenia neprenáša viditeľné svetlo. „Tmavý vodík“, na rozdiel od kovových, dokonale zapadá do modelu štruktúry obrovských planét. Vysvetľuje, prečo je ich horná atmosféra podstatne teplejšia, než by mala byť, prenášajúca energiu z jadra, a pretože má významnú elektrickú vodivosť, hrá rovnakú úlohu ako vonkajšie jadro na Zemi a tvorí magnetické pole planéty!
Výroba vodíka z hlbín Čierneho mora
Boh obdaril krajinu Krymu nielen najkrajšou a najrôznejšou prírodou, ale aj dostatočnými zásobami rôznych minerálov vrátane uhľovodíkov. Náš polostrov sa však doslova „vykúpa“v najväčšom vodnom zásobníku zemného plynu na svete, ktorým je Čierne more.
Hlboké vrstvy - pod 150 metrov, pozostávajú zo zlúčenín obsahujúcich vodík, ktorých hlavnou časťou je sírovodík. Podľa hrubých odhadov môže celkový obsah sírovodíka v Čiernom mori dosiahnuť 4,6 miliárd ton, čo zase slúži ako potenciálny zdroj 270 miliónov ton vodíka!
Bolo patentovaných niekoľko metód rozkladu sírovodíka na výrobu vodíka a síry (H2S H2 + S - Q), vrátane uvedenia plynu obsahujúceho sírovodík do styku s vrstvou pevného materiálu schopného rozkladu s uvoľňovaním vodíka a tvorbou zlúčenín obsahujúcich síru na povrchu materiálu pri tlaku 15 atmosfér a teplote 400 ° C.
Najsľubnejší je vývoj špeciálnych hydrofóbnych membránových filtrov, ktoré oddeľujú vodík od iných plynov hneď v hĺbke. Koniec koncov, najmenšie molekuly ľahko prenikajú cez kovy a dokonca aj v žulových masách žijú kolónie baktérií, ktoré sa živia vodíkom!
Poďme snívať … Predstavme si, že o desať rokov na jednom z pláží južného pobrežia Krymu, kde morské dno prudko klesne do hĺbky viac ako 200 metrov, sa postaví malá stanica. Rúry sa k nemu tiahnu od mora, na konci ktorého budú oddeľovače sírovodíka. Po vyčistení bude vodík dodávaný do siete čerpacích staníc pre motorovú dopravu a do kogeneračnej tepelnej elektrárne. Farma bude umiestnená v blízkosti závodu, kde budú anaeróbne mikroorganizmy pestované vo vodíkovej atmosfére, pričom mitóza sa vyskytuje rádovo rýchlejšie ako ich obvyklé náprotivky. Ich biomasa sa použije na výrobu krmiva pre zvieratá a hnojív.
Svet neúprosne vstupuje do éry vodíka
Poradca prezidenta Ruskej federácie, akademika Ruskej akadémie vied Sergei Glazyev, zdôraznil: „Každý z ekonomických cyklov Kondratyeva sa vyznačuje vlastným energetickým nosičom: najprv palivové drevo (organický uhlík), uhlie (uhlík), potom ropa a palivová nafta (ťažké uhľovodíky), potom benzín a petrolej (stredné uhľovodíky), teraz plyn (ľahké uhľovodíky) a čistý vodík by sa mali stať hlavným nosičom energie v nasledujúcom hospodárskom cykle! “
Použitie vodíka je obrovské, mnohostranné, energeticky výhodné, šetrné k životnému prostrediu a veľmi sľubné. Naše deti už budú riadiť výrobné vozidlá poháňané vodíkom, používať diamantové mikroprocesory vyrábané pomocou vodíkovej technológie, kovový vodík bude revolúciou v astronautike a vývoj Rossiho reaktorov - v energetike!
Uznanie teórie pôvodne hydridovej Zeme (V. N. Larin) povedie k objavu fosílnych usadenín H2, čo výrazne zníži náklady na jej získanie. A napriek odporu ropných lobistov, ktorí „dusia“Zem škodlivými emisiami, nevyhnutne vstupujeme do éry vodíka!
Autor: Igor Dabakhov