Vandenilio-deguonies mišinį, kaip energetiškai talpiausią, varikliams pasiūlė naudoti K. E. Tsiolkovskis dar 1903 m. Vandenilis jau naudojamas kaip kuras: automobiliams (nuo pusantro iki „Toyota Mirai“), reaktyviniams orlaiviams (nuo Heinkelio iki Tu-155), torpedoms (nuo GT 1200A iki Shkval), raketoms (nuo Saturno iki Burana “). Naujuosius aspektus atveria metalinio vandenilio gamyba ir praktinis „Rossi“reaktoriaus pritaikymas. Artimiausiu metu bus plėtojamas pigiojo vandenilio gavimo iš Juodosios jūros vandenilio sulfido ir tiesiogiai iš Žemės degazavimo šaltinių vystymas. Nepaisant naftos lobizmo prieštaravimų, mes neišvengiamai einame į vandenilio erą!
Keičiame savo vartojimą - kartu keičiame pasaulį!
- „Salik.biz“
Vandenilio kuro privalumai ir trūkumai
Vandenilio kuras turi keletą savybių:
- Vandenilio šilumos perdavimas yra 250% didesnis nei kuro ir oro mišinio.
- Sudegus vandenilio mišiniui, išleidimo angoje susidaro tik garai.
- Užsidegimo reakcija yra greitesnė nei su kitu kuru.
- Dėl detonacijos stabilumo galima padidinti suspaudimo laipsnį.
- Tokie degalai laikomi skystu arba suslėgtu pavidalu. Sugedus rezervuarui, vandenilis garuoja.
- Žemiausias dujų, reaguojančių su deguonimi, santykis yra 4%. Dėl šios savybės galima sureguliuoti variklio darbo režimus dozuojant nuoseklumą.
- Vandenilio variklio efektyvumas siekia 90 procentų. Palyginimui, dyzelinio variklio efektyvumas siekia 50%, o įprastinio vidaus degimo variklio - 35%.
- Vandenilis yra lakiosios dujos, todėl jis patenka į mažiausius tarpus ir ertmes. Dėl šios priežasties tik nedaugelis metalų gali atlaikyti jo griaunamąjį poveikį.
- Kai variklis veikia, yra mažiau triukšmo.
Pirmasis vandenilio variklis TSRS pradėjo veikti 1941 m
Jūs būsite nustebinti, tačiau pirmasis paprasto „sunkvežimio“variklis pradėjo dirbti vandeniliu apdraustame Leningrade 1941 m. Rugsėjo mėn.! Jaunam technikos specialistui leitenantui Borisui Shchelishchui, kuris buvo atsakingas už užtvaros oro baliono kilimą, buvo liepta pritrūkti benzino ir elektros, kad būtų sudarytos gervės. Kadangi balionai buvo užpildyti vandeniliu, jam kilo mintis jį naudoti kaip kurą.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Pavojingų eksperimentų metu sudegė du balionai, sprogo dujų bakas, o pats Borisas Isaakovičius gavo korpuso šoką. Po to, kad būtų galima saugiai naudoti oro ir vandenilio „sprogstamąjį“mišinį, jis išrado specialų vandens sandariklį, kuris užsidegė, jei variklio įsiurbimo vamzdyje pliūpsnis. Kai viskas pagaliau pavyko, atvyko kariuomenės vadai, įsitikino, kad sistema veikia tinkamai, ir liepė per 10 dienų visas aerostatines gerves perkelti į naujos rūšies degalus. Atsižvelgdamas į ribotus išteklius ir laiką, „Shchelishch“sumaniai panaudojo užgesintus gesintuvus vandens sandarinimui. Ir užtvarinių balionų pakėlimo problema buvo sėkmingai išspręsta!
Borisas Isaakovičius buvo apdovanotas „Raudonosios žvaigždės“ordinu ir buvo išsiųstas į Maskvą, jo patirtimi buvo pasinaudota sostinės oro gynybos padaliniuose - 300 variklių buvo perduoti „nešvariam vandeniliui“, išduotas išradėjo pažymėjimas Nr. 64209. Taigi buvo užtikrintas SSRS prioritetas plėtojant ateities energetikos sektorių. 1942 m. Neįprastas automobilis buvo parodytas blokados sąlygomis pritaikytos įrangos parodoje. Tuo pat metu jo variklis dirbo 200 valandų, nesustodamas uždaroje erdvėje. Išmetamosios dujos - įprasti garai - neužteršė oro.
1979 m., Moksliškai prižiūrint E. V. Šatrovui. kūrybinė NAMI darbuotojų komanda, kurią sudaro V. M. Kuznecovas Ramenskiy A. Yu., Kozlova Yu. A. buvo sukurtas ir išbandytas RAF mikroautobuso, važiuojančio vandeniliu ir benzinu, prototipas.
Bandymai RAF 22031 (1979).
Vandenilio peroksido povandeninės transporto priemonės
1938–1942 m. Kylio laivų statyklose, vadovaujant inžinieriui Walteriui, buvo pastatytas eksperimentinis laivas U-80, kuris veikė vandenilio peroksidą. Bandymų metu laivas rodė visą 28,1 mazgo povandeninį greitį. Vandens ir deguonies garai, gaunami suskaidžius peroksidą, buvo naudojami kaip darbinis skystis turbinoje, po kurio jie buvo pašalinti už borto.
Paveikslėlyje paprastai parodytas povandeninio laivo su vandenilio peroksido varikliu įtaisas.
Iš viso vokiečiai sugebėjo pastatyti 11 valčių iš Permės valstybinio technikos universiteto.
Po Hitlerio Vokietijos pralaimėjimo Anglijoje, JAV, Švedijoje ir SSRS buvo imtasi veiksmų, kad Walterio planas būtų įgyvendintas praktiškai. Antipino projektavimo biure buvo pastatytas sovietinis povandeninis laivas (projektas 617) su Walterio varikliu.
Garsusis VA-111 povandeninis TORPEDOS ROCKETAS "SHKVAL".yra.
Tuo tarpu branduolinės energetikos pažanga leido geriau išspręsti galingų povandeninių variklių problemą. Ir šios idėjos buvo sėkmingai pritaikytos torpedų varikliuose. „Walter HWK 573.“(pirmosios po pasaulį skriejančios raketos „nuo žemės paviršiaus“su raketomis „GT 1200A“povandeninis variklis, atsitrenkiantis į laivą žemiau vandens linijos). Slydimo torpedos (UAB) GT 1200A povandeninis greitis buvo 230 km / h, tai buvo SSRS greitaeigės torpedos „Shkval“prototipas. „DBT“torpedos pradėjo veikti 1957 m. Gruodžio mėn., Veikė vandenilio peroksidu ir išvystė 45 mazgų greitį, o važiavimo greitis buvo iki 18 km.
Dujų generatorius sukuria oro burbuliuką aplink objekto kūną (garų-dujų burbulą) per kavitacijos galvutę ir dėl sumažėjusio hidrodinaminio pasipriešinimo (atsparumo vandeniui) bei naudojant reaktyvinius variklius pasiekiamas reikiamas judėjimo povandeninis greitis (100 m / s), kuris yra kelis kartus didesnis nei greičiausias įprastos torpedos greitis. Darbui naudojamas hidroreaktyvus kuras (šarminiai metalai, sąveikaudami su vandeniu, išskiria vandenilį).
Vandenilio Tu-155 nustatė 14 pasaulio rekordų
Per Antrąjį pasaulinį karą „Heinkel“kompanija sukūrė visą reaktyvinių lėktuvų liniją, naudodama „Walter Walter HWK-109-509“variklį, kurio traukos jėga 2000 kgf, dirbant vandenilio peroksidu.
Rusija turėjo gana sėkmingą, tačiau, deja, netapo serijine patirtimi kuriant „ekologiškus“orlaivius jau praėjusio amžiaus 80-ųjų pabaigoje. Pasauliui buvo pristatytas Tu-155 (eksperimentinis modelis Tu-154), kuris veikia suskystintu vandeniliu, o paskui - suskystintomis gamtinėmis dujomis. 1988 m. Balandžio 15 d. Lėktuvas pirmą kartą buvo nukeltas į dangų. Jis nustatė 14 pasaulio rekordų ir įvykdė apie šimtą skrydžių. Tačiau tada projektas nuėjo ant lentynos.
Dešimtojo dešimtmečio pabaigoje „Gazprom“įsakymu Tu-156 buvo pastatytas su suskystintų dujų varikliais ir tradiciniu aviacijos žibalu. Šį lėktuvą ištiko toks pat likimas kaip ir Tu-155. Ar galite įsivaizduoti, kaip sunku net „Gazprom“kovoti su naftos vestibiuliu!
Vandeniliniai automobiliai
Vandeniliu varomi automobiliai yra suskirstyti į keletą grupių:
- Transporto priemonės, varomos gryno vandenilio arba oro ir degalų mišiniais. Tokių variklių ypatumas yra švarus išmetimas ir efektyvumo padidėjimas iki 90%.
- Hibridiniai automobiliai. Jie turi ekonomišką variklį, galintį važiuoti grynu vandeniliu ar benzino mišiniu. Tokios transporto priemonės atitinka „Euro-4“standartą.
- Automobiliai su įmontuotu elektriniu varikliu, užtikrinančiu vandenilio elementą transporto priemonėje.
Pagrindinis vandenilinių transporto priemonių bruožas yra tai, kaip degalai patenka į degimo kamerą ir užsidega.
Šie vandenilinių transporto priemonių modeliai jau gaminami serijiniu būdu:
- „Ford Focus FCV“;
- Vandenilis „Mazda RX-8“;
- A klasės „Mercedes-Benz“;
- „Honda FCX“;
- „Toyota Mirai“;
- Autobusai „MAN Lion City“ir „Ford E-450“;
- hibridinė dviejų degalų transporto priemonė „BMW Hydrogen 7“.
Serijinis vandenilinis automobilis „Toyota * Mirai“.
Šis automobilis gali įsibėgėti iki 179 km / h, o automobilis įsibėgėja iki 100 km / h per 9,6 sekundės ir, svarbiausia, kad jis gali nuvažiuoti 482 km be papildomo degalų papildymo.
BMW koncernas pristatė savo automobilio „Vandenilis“versiją. Naująjį modelį išbandė žinomi kultūros veikėjai, verslininkai, politikai ir kitos populiarios asmenybės. Testai parodė, kad perjungimas į naują kurą neturi įtakos transporto priemonės patogumui, saugai ir dinamikai. Jei reikia, degalų rūšis galima pakeisti iš vienos į kitą. Vandenilio7 greitis - iki 229 km / h.
„Honda Clarity“yra koncerno „Honda“automobilis, kuris stebina savo galios rezervu. Tai yra 589 km ilgio, kuriuo negali pasigirti nė viena kita mažai taršia transporto priemonė. Degalų papildymas trunka nuo trijų iki penkių minučių.
„Home Energy Station III“yra kompaktiškas mazgas, kurį sudaro kuro elementai, vandenilio kaupimo cilindras ir gamtinių dujų reformatorius, ištraukiantis H2 iš dujų vamzdžio.
Metanas iš buitinių tinklų šiuo prietaisu paverčiamas vandeniliu. O jis - namo elektrai. Namų energijos stoties kuro elementų galia yra 5 kilovatai. Be to, įmontuoti dujų balionai yra savotiškas energijos kaupiklis. Augalas šį vandenilį naudoja esant didžiausiai apkrovai namų tinklelyje. Per valandą sukuriama 5 kW elektros energijos ir iki 2 m3 vandenilio.
Vandenilinių transporto priemonių trūkumai yra šie:
- jėgainės tūris naudojant kuro elementus, o tai sumažina transporto priemonės manevringumą;
- tuo tarpu pačios vandenilio elemento savikaina yra brangi dėl paladžio ar platinos;
- degalų bakų, kurie ilgą laiką neleidžia laikyti vandenilio, gamybos medžiagos netobulumas ir neapibrėžtumas;
- trūksta vandenilio papildymo, kurio infrastruktūra yra labai prastai išvystyta visame pasaulyje.
Vykdant serijinę gamybą bus pašalinta dauguma šių projektavimo ir technologinių trūkumų, o plėtojus vandenilį kaip mineralą ir degalinių tinklą, jo išlaidos žymiai sumažės.
2016 metais pasirodė pirmasis vandeniliu varomas traukinys, kuris yra vokiečių kompanijos „Alstom“smegenys. Naująją „Coranda iLint“planuojama pradėti maršrute nuo Buxtehude iki Cuxhaven, Žemutinėje Saksonijoje.
Ateityje planuojama pakeisti 4000 dyzelinių traukinių Vokietijoje tokiais traukiniais, judančiais kelių atkarpomis be elektrifikacijos.
Originalus vandenilio dviratis buvo išleistas Prancūzijoje. (Pranc. Pragma). Jūs užpildote tik 45 gramus vandenilio ir eikite! Degalų sąnaudos yra maždaug 1 gramas per 3 kilometrus.
Vandenilis kosmonautikoje
Kaip degalus poroje su skystu deguonimi (LC), skystą vandenilį (LH) 1903 m. Pasiūlė K. E. Tsiolkovskis. Jis yra degus ir turi didžiausią savitąjį impulsą (bet kuriam oksidatoriui), leidžiantį į kosmosą paleisti daug didesnę naudingo krovinio masę su lygiaverte raketos paleidimo mase. Tačiau naudojant vandenilio kurą susidūrė su objektyviais sunkumais.
Pirmasis yra jo suskystinimo sudėtingumas (1 kg LH gamyba kainuoja 20–100 kartų daugiau nei 1 kg žibalo).
Antrasis - nepatenkinami fiziniai parametrai - ypač žema virimo temperatūra (-243 ° C) ir labai mažas tankis (LH yra 14 kartų lengvesnis už vandenį), o tai neigiamai veikia šio komponento laikymo galimybes.
1959 m. NASA išleido pagrindinį užsakymą projektuoti Kentauro deguonies ir vandenilio bloką. Jis buvo naudojamas kaip viršutiniai tokių nešančiųjų raketų kaip „Atlas“, „Titan“ir „Saturn“sunkiosios raketos etapai.
Dėl ypač mažo vandenilio tankio pirmosiose (didžiausiose) raketų pakopose buvo naudojamos kitos (mažiau efektyvios, bet tankesnės) kuro rūšys, tokios kaip žibalo, leidžiančios sumažinti dydį iki priimtino. Tokios „taktikos“pavyzdys yra raketa „Saturn-5“, kurios pirmame etape buvo naudojami deguonies ir žibalo komponentai, o antrame ir trečiame etapuose - deguonies ir vandenilio varikliai J-2, kurių kiekvieno trauka buvo 92104 tonos.
Kaip pavyzdį paminėsiu „Apollo 11“paleidimo vaizdo įrašą:
4-ąją įrašo minutę 1-asis etapas yra atskirtas ir sukuriama iliuzija, kad neveikia antrojo etapo varikliai, tai sukėlė daugybę gandų apie nerealų skrydį į Mėnulį. Tiesą sakant, vandenilio degimas viršutinėje atmosferoje yra „bespalvis“, liepsna tampa pastebima, kai į jį atsitrenkia daiktas ar dažų gabalėliai.
„Space Shuttle“sistemoje 2-asis etapas taip pat dirbo su deguonies ir vandenilio pora.
Sparčios astronautikos plėtros mūsų šalyje era taip pat buvo plačiai naudojami raketiniai varikliai su skystuoju kuru su vandenilio kuru.
Metalinis vandenilis
2016 m. Spalio 5 d. Harvardo universiteto fizikos laboratorijoje buvo gautas metalinis vandenilis. Tam reikėjo 495 gigapaskalų slėgio. Jei bus išspręsta degimo kameros (6000 K) stabilumo ir aušinimo problema, metalinis vandenilis taps perspektyviausiu raketų kuru.
Mokslininkai mano, kad metalinis vandenilis varikliuose užtikrins 1000–1700 sekundžių impulsą. (Šiuolaikiniuose raketų varikliuose iki šiol buvo pasiektas 460 sekundžių impulsas). Be to, metaliniam vandeniliui laikyti reikės mažų talpyklų, kurios leis gaminti vienpakopes raketas, kad būtų galima paleisti naudingą krovinį į kosmosą - tai atvers naują kosmoso tyrinėjimo erą!
Deimantų gavimas
Vandenilis rado dar vieną puikų pritaikymą deimantų gamyboje. Vandenilio ir metano skysčio evoliucija mažėjant slėgiui išreiškiama vandenilio ir metano savaiminiu oksidacija (giliu degimu) C-H-O sistemoje, susidarant deimantams, vandeniui ir CO. Ryškus šio proceso patvirtinimas yra gerai žinomas brangakmenių deimantų, sveriančių iki 4 karatų, ir plėvelinių dangų iš C-H-O skysčių sistemos (kurių puslaidininkiai atspindi mikroelektronikos ateitį) gamyba. Žr. Straipsnį „Diamond Carbonado“, vertingiausias ateities puslaidininkis.
Šiluminis reaktorius „Rossi“
Italų išradėjas Andrea Rossi, padedamas mokslinio konsultanto fiziko Sergio Fokardi, atliko eksperimentą:
Kiek gramų nikelio (Ni) buvo įpilta į uždaromą mėgintuvėlį, įpilta 10% ličio aliuminio hidrido, katalizatorius, o kapsulė užpildyta vandeniliu (H2). Po kaitinimo iki maždaug 1100–1300 ° C temperatūros, paradoksalu, bet vamzdis visą mėnesį buvo karštas, o išleista šilumos energija buvo kelis kartus didesnė nei sunaudota šildymui!
2014 m. Gruodžio mėn. Vykusiame seminare Rusijos tautų draugystės universitete (RUDN) buvo pranešta apie sėkmingą šio proceso pakartojimą Rusijoje:
Pagal analogiją pagamintas vamzdis su degalais:
Eksperimento išvados: energijos išsiskiria 2,58 karto daugiau nei sunaudota elektros energija.
Sovietų Sąjungoje CNS darbas nuo 1960 m. Kai kuriais projektavimo biuruose ir tyrimų institutuose buvo vykdomas valstybės nurodymu, tačiau nutraukus „restruktūrizavimą“finansavimas buvo sustabdytas. Iki šiol eksperimentus sėkmingai vykdo nepriklausomi tyrėjai - entuziastai. Finansavimas vykdomas asmeninėmis Rusijos piliečių kolektyvų lėšomis. Viena iš entuziastų grupių, vadovaujama NV „Samsonenko“, veikia RUDN universiteto „Inžinerinio korpuso“pastate.
Jie atliko kalibravimo bandymų seriją su elektriniais šildytuvais ir reaktoriumi be degalų. Tokiu atveju, kaip ir tikėtasi, išleista šilumos galia yra lygi tiekiamai elektros energijai.
Pagrindinė problema yra miltelių sukepinimas ir vietinis reaktoriaus perkaitimas, dėl kurio išdega šildymo ritė ir net pats reaktorius gali perdegti.
Bet A. G. Parkhomovas, sugebėjo pagaminti ilgalaikį reaktorių. Šildytuvo galia 300 W, efektyvumas = 300%.
Lydymosi reakcija 28Ni + 1H (jonas) = 29Cu + Q sušildo žemę iš vidaus
Vidinėje Žemės šerdyje yra nikelio ir vandenilio, esant 5000 K temperatūrai ir 1,36 Mbar slėgiui, todėl Žemės interjere yra visos sąlygos sintezės reakcijai, eksperimentiškai atkurtai Rossi reaktoriuje! Dėl šios reakcijos gaunamas varis, kurio junginiai randami Žemės plėtimosi „juodųjų rūkalių“zonose (vandenyno viduryje) sraute, kuriame gausu vandenilio.
Tamsus vandenilis
2016 m. JAV ir Didžiosios Britanijos mokslininkai, sukurdami 1,5 milijono atmosferų slėgį ir kelių tūkstančių laipsnių temperatūrą momentinio suspaudimo metu, sugebėjo gauti trečiąją tarpinę vandenilio būseną, kurioje jis kartu turi tiek dujų, tiek metalo savybes. Jis vadinamas „tamsiuoju vandeniliu“, nes esant tokiai būsenai jis neperduoda matomos šviesos, skirtingai nei infraraudonųjų spindulių. „Tamsus vandenilis“, priešingai nei metalinis, puikiai tinka milžiniškų planetų struktūros modeliui. Jis paaiškina, kodėl jų viršutinė atmosfera yra žymiai šiltesnė, nei turėtų būti, perkeldama energiją iš šerdies, ir kadangi ji turi didelį elektros laidumą, ji atlieka tą patį vaidmenį kaip ir išorinė šerdis Žemėje, sudarydama planetos magnetinį lauką!
Vandenilio generavimas iš Juodosios jūros gelmių
Dievas Krymo kraštą apdovanojo ne tik pačia gražiausia ir įvairiausia gamta, bet ir su pakankamais įvairių mineralų, įskaitant angliavandenilius, atsargomis. Tačiau mūsų pusiasalis tiesiogine prasme „maudosi“didžiausioje pasaulyje natūralių dujų saugykloje, tai yra Juodojoje jūroje.
Giliuosius sluoksnius - žemiau 150 m - sudaro vandenilio turintys junginiai, kurių pagrindinę dalį sudaro vandenilio sulfidas. Remiantis apytiksliais vertinimais, bendras vandenilio sulfido kiekis Juodojoje jūroje gali siekti 4,6 milijardo tonų, o tai, savo ruožtu, yra potencialus 270 milijonų tonų vandenilio šaltinis!
Patentuoti keli vandenilio sulfido skaidymo metodai vandeniliui ir sierai (H2S H2 + S - Q) gaminti, įskaitant vandenilio sulfido turinčių dujų kontaktavimą per kietos medžiagos sluoksnį, galintį jas suskaidyti, kad išsiskirtų vandenilis, ir sieros turinčių junginių susidarymą medžiagos paviršiuje esant 15 atmosferų slėgiui ir 400 ° C temperatūrai.
Perspektyviausi yra specialių hidrofobinių membraninių filtrų, išskiriančių vandenilį nuo kitų dujų tiesiai gylyje, sukūrimas. Galų gale, mažiausios molekulės lengvai prasiskverbia pro metalus ir net granito masėse gyvena bakterijos, maitinančios vandenilį!
Svajokime … Įsivaizduokime, kad per dešimt metų viename iš pietinės Krymo pakrantės kyšulių, kur jūros dugnas smarkiai nukrenta į daugiau nei 200 metrų gylį, bus pastatyta nedidelė stotis. Vamzdžių rankovės bus ištemptos į jūrą iš jūros, kurių galuose bus vandenilio sulfido separatoriai. Po gryninimo vandenilis bus tiekiamas į autotransporto degalinių tinklą ir termofikacijos elektrinę. Šalia augalo bus ferma, kurioje vandenilio atmosferoje bus auginami anaerobiniai mikroorganizmai, kurių mitozė vyksta laipsnio tvarka greičiau nei įprastai. Jų biomasė bus naudojama gyvulių pašarams ir trąšoms gaminti.
Pasaulis neišvengiamai eina į vandenilio erą
Rusijos Federacijos prezidento patarėjas, Rusijos mokslų akademijos akademikas Sergejus Glazjevas pabrėžė: „Kiekvienam Kondratjevo ekonomikos ciklui būdingas jo paties energijos nešiklis: pirma malkos (organinė anglis), anglis (anglis), tada nafta ir mazutas (sunkieji angliavandeniliai), tada benzinas ir žibalo (vidutiniai angliavandeniliai). dujos (lengvieji angliavandeniliai), o grynas vandenilis turėtų tapti pagrindine kito ekonominio ciklo energijos nešėja! “
Vandenilio paskirtis yra didžiulė, daugialypė, naudinga energijai, nekenkiama aplinkai ir daug žadanti. Mūsų vaikai jau vairuos gamybinius automobilius, varomus vandeniliu, naudos deimantinius mikroprocesorius, pagamintus naudojant vandenilio technologijas, metalinis vandenilis sukels revoliuciją astronautikoje, o „Rossi“reaktorių plėtra - energetikos srityje!
Iš pradžių hidrido Žemės (V. N. Larin) teorijos pripažinimas lems fosilinių H2 telkinių atradimą, o tai žymiai sumažins jo gavimo išlaidas. Ir nepaisant naftos lobistų pasipriešinimo „uždusinti“Žemę kenksmingomis emisijomis, mes neišvengiamai einame į vandenilio erą!
Autorius: Igoris Dabakhovas