Mešanico vodikovega kisika kot energetsko najbolj prostorno je K. E. predlagal uporabo v motorjih. Tsiolkovsky nazaj leta 1903. Vodik se že uporablja kot gorivo: za avtomobile (od ene in pol do Toyota Mirai), reaktivna letala (od Heinkela do Tu-155), torpeda (od GT 1200A do Shkval), rakete (od Saturna do Burana ). S proizvodnjo kovinskega vodika in praktično uporabo Rossijevega reaktorja se odpirajo novi vidiki. V bližnji prihodnosti razvoj tehnologij za pridobivanje poceni vodika iz črnogorskega vodikovega sulfida in neposredno iz virov zemeljske razplinjenosti. Kljub nasprotovanju naftnega lobija nezadržno vstopamo v vodikovo dobo!
Spreminjanje naše porabe - skupaj spreminjamo Svet!
Prednosti in slabosti vodikovega goriva
Vodikovo gorivo ima številne lastnosti:
- Prenos toplote vodika je za 250% večji kot pri mešanici goriva in zraka.
- Po zgorevanju vodikove mešanice se na izhodu ustvari samo para.
- Reakcija vžiga poteka hitreje kot pri drugih gorivih.
- Zahvaljujoč detonacijski stabilnosti je mogoče dvigniti stiskalno razmerje.
- Shranjevanje takšnega goriva poteka v tekoči ali stisnjeni obliki. V primeru okvare rezervoarja vodik upari.
- Spodnja stopnja deleža plina, ki reagira s kisikom, je 4%. Zahvaljujoč tej funkciji je možno prilagoditi načine delovanja motorja z odmerjanjem doslednosti.
- Učinkovitost vodikovega motorja doseže 90 odstotkov. Za primerjavo, dizelski motor ima izkoristek 50%, običajni motor z notranjim zgorevanjem pa 35%.
- Vodik je hlapni plin, zato pride v najmanjše vrzeli in votline. Zaradi tega je malo kovin sposobnih, da prenesejo svoje uničevalne učinke.
- Med delovanjem motorja je manj hrupa.
Prvi vodikov motor je začel delovati v ZSSR leta 1941
Presenečeni boste, toda prvi motor navadnega "tovornjaka" je na obleganem Leningradu začel delovati septembra 1941! Mlademu mlajšemu tehniku-poročniku Borisu Shchelishchu, ki je bil zadolžen za dvigovanje baražnega balona, je bilo naloženo, da vitle postavi brez bencina in električne energije. Ker so bili baloni napolnjeni z vodikom, je dobil idejo, da bi ga uporabil kot gorivo.
Promocijski video:
Med nevarnimi poskusi sta zgorela dva balona, eksplodiral je rezervoar za plin, sam Boris Isaakovič pa je bil deležen šoka z lupino. Potem je za varno delovanje mešanice zrak-vodik "eksplozivno" izumil posebno vodno tesnilo, ki izključuje vžig v primeru bliska v dovodni cevi motorja. Ko se je končno vse izšlo, so prišli vojaški voditelji, se prepričali, da sistem deluje pravilno, in ukazali, da bodo v 10 dneh prenesli vse aerostatske vitle na novo vrsto goriva. Glede na omejene vire in čas je Shchelishch spretno uporabil gasilne aparate, ki so bili razgrajeni, za izdelavo vodnega tesnila. In težavo z dvigovanjem baražnih balonov smo uspešno rešili!
Boris Isaakovič je bil odlikovan z redom "Crvene zvezde" in je bil poslan v Moskvo, njegove izkušnje so bile uporabljene v enotah za zračno obrambo prestolnice - 300 motorjev je bilo prenesenih na "umazan vodik", izdano je izumiteljsko potrdilo št. 64209 za izum. Tako je bila zagotovljena prioriteta ZSSR pri razvoju energetskega sektorja prihodnosti. Leta 1942 so na razstavi opreme prikazali nenavaden avtomobil, prilagojen pogojem blokade. Hkrati je njegov motor delal 200 ur, ne da bi se ustavil v zaprtem prostoru. Izpušni plini - navadna para - niso onesnažili zraka.
Leta 1979 je pod znanstvenim nadzorom E. V. Šatrova. ustvarjalna ekipa delavcev NAMI, ki jo je sestavljal V. M. Kuznetsov Ramenskiy A. Yu., Kozlova Yu. A. je bil razvit in preizkušen prototip minibusa RAF, ki deluje na vodik in bencin.
Preskusi RAF 22031 (1979).
Vozila vodikovega peroksida pod vodo
V letih 1938-1942 so v ladjedelnicah Kiel pod vodstvom inženirja Walterja zgradili eksperimentalno ladjo U-80, ki je delovala na vodikovem peroksidu. Na testih je ladja pokazala celotno podvodno hitrost 28,1 vozla. Hlapi vode in kisika, dobljeni kot posledica razgradnje peroksida, so bili uporabljeni kot delovna tekočina v turbini, po kateri so bili odstranjeni čez krov.
Slika konvencionalno prikazuje napravo podmornice z motorjem vodikovega peroksida.
Skupno je Nemcem uspelo zgraditi 11 čolnov Permske državne tehnične univerze.
Po porazu Hitlerjeve Nemčije v Angliji, ZDA, na Švedskem in v ZSSR so bila izvedena dela, s katerimi je Walterjev načrt uresničil v praksi. Pri oblikovalskem uradu Antipin je bila zgrajena sovjetska podmornica (projekt 617) z Walterjevim motorjem.
Znani VA-111 UNDERWATER TORPEDA ROCKET "SHKVAL".yes.
Medtem je napredek jedrske energije omogočil boljšo rešitev problema močnih podmorskih motorjev. In te ideje so bile uspešno uporabljene v torpednih motorjih. Walter HWK 573. (podvodni motor prve vodene protiledežne rakete zrak-zemlja GT na površino, ki je zadela ladjo pod vodno črto). Drsni torpedo (UAB) GT 1200A je imel podvodno hitrost 230 km / h, ki je bil prototip SSSR-ovega hitrega torpeda "Shkval". Torpedo DBT je začel delovati decembra 1957, deloval je na vodikovem peroksidu in razvil hitrost 45 vozlov z dosegom križanja do 18 km.
Generator plina ustvarja zračni mehurček okoli telesa predmeta (mehurček s parnim plinom) skozi kavitacijsko glavo in zaradi padca hidrodinamične upornosti (vodni upor) in uporabe reaktivnih motorjev dosežemo potrebno podvodno hitrost gibanja (100 m / s), ki je nekajkrat večja od hitrosti najhitrejšega običajnega torpeda. Za delo se uporablja hidroreaktivno gorivo (alkalne kovine pri interakciji z vodo sproščajo vodik).
Tu-155 na vodiku je postavil 14 svetovnih rekordov
Med drugo svetovno vojno je podjetje "Heinkel" ustvarilo celo linijo reaktivnih zrakoplovov pod motorjem Walter Walter HWK-109-509 s potiskom 2000 kgf, ki deluje na vodikov peroksid.
Rusija je imela precej uspešne, a žal ni postala serijska izkušnja ustvarjanja "ekoloških" letal že v poznih 80-ih letih prejšnjega stoletja. Svetu so predstavili Tu-155 (poskusni model Tu-154), ki deluje na utekočinjen vodik, nato pa na utekočinjen zemeljski plin. 15. aprila 1988 so letalo prvič odnesli v nebo. Postavil je 14 svetovnih rekordov in opravil okoli sto letov. Vendar je projekt šel "na polico".
V poznih devetdesetih letih je bil po naročilu Gazproma Tu-156 zgrajen z motorji na utekočinjen plin in tradicionalnim letalskim kerozinom. To letalo je doživelo enako usodo kot Tu-155. Si lahko predstavljate, kako težko se je sploh Gazpromu boriti proti naftnemu lobiju!
Avtomovodiki na vodik
Avtomobili na vodik so razdeljeni v več skupin:
- Vozila, ki jih poganja čiste mešanice vodika ali zraka / goriva. Posebnost takšnih motorjev je čisti izpušni plini in povečanje učinkovitosti do 90%.
- Hibridni avtomobili. Imajo varčen motor, ki lahko deluje na čistem vodiku ali bencinski mešanici. Takšna vozila ustrezajo standardu Euro-4.
- Avtomobili z vgrajenim električnim motorjem, ki poganja vodikovo celico na vozilu.
Glavna značilnost vozil na vodik je način dovajanja goriva v zgorevalno komoro in vžig.
Naslednji modeli vozil na vodik se že serijsko proizvajajo:
- Ford Focus FCV;
- Mazda RX-8 vodik;
- Mercedes-Benz A-razreda;
- Honda FCX;
- Toyota Mirai;
- MAN Lion City Bus in Ford E-450 avtobusi;
- hibridno vozilo z dvema gorivima BMW Hydrogen 7.
Serijski avtomobil z vodikom Toyota * Mirai *.
Ta avtomobil lahko pospeši do 179 km / h, avto pa do 100 km / h pospeši v 9,6 sekunde in, kar je najpomembneje, lahko prevozi 482 km brez dodatnega polnjenja.
Koncern BMW je predstavil svojo različico avtomobila Hydrogen. Novi model so preizkusili znani kulturniki, poslovneži, politiki in druge priljubljene osebnosti. Testi so pokazali, da prehod na novo gorivo ne vpliva na udobje, varnost in dinamiko vozila. Po potrebi se lahko vrste goriva preklopijo iz ene v drugo. Hitrost vodika7 - do 229 km / h.
Honda Clarity je avtomobil koncerna Honda, ki navdušuje s svojo rezervo moči. Dolga je 589 km, ki se je ne more pohvaliti nobeno drugo vozilo z nizkimi emisijami. Dolivanje goriva traja tri do pet minut.
Home Energy Station III je kompaktna enota, ki vključuje gorivne celice, hranilnik vodika in reformator zemeljskega plina, ki črpa H2 iz plinske cevi.
Metan iz gospodinjskega omrežja se s to napravo pretvori v vodik. In on - v elektriko za hišo. Moč gorivnih celic v hišni energetski postaji znaša 5 kilovatov. Poleg tega vgrajene plinske jeklenke služijo kot nekakšna hranilnica energije. Obrat ta vodik uporablja pri največjih obremenitvah na domačem omrežju. Proizvaja 5 kW električne energije in do 2 m3 vodika na uro.
Pomanjkljivosti vozil na vodik vključujejo:
- razsežnost elektrarne pri uporabi gorivnih celic, kar zmanjšuje manevriranje vozila;
- medtem ko so visoki stroški samih vodikovih elementov zaradi sestavljenega paladija ali platine;
- načrtovana nepopolnost in negotovost v materialu za izdelavo rezervoarjev za gorivo, ki dolgo ne omogočajo shranjevanja vodika;
- pomanjkanje goriva za gorivo, katerega infrastruktura je po vsem svetu zelo slabo razvita.
S serijsko proizvodnjo bo večina teh oblikovnih in tehnoloških pomanjkljivosti odpravljena, z razvojem proizvodnje vodika kot minerala in mreže polnilnic pa se bodo njegovi stroški znatno znižali.
Leta 2016 se je pojavil prvi vlak na vodik, ki je mož nemškega podjetja Alstom. Nova Coranda iLint naj bi se začela na poti od Buxtehudea do Cuxhavena na Spodnjem Saškem.
V prihodnosti naj bi v Nemčiji s takšnimi vlaki zamenjali 4000 dizelskih vlakov, ki se vozijo po odsekih cest brez elektrifikacije.
Izvirno vodikovo kolo je bilo izdano v Franciji. (Francoska pragma). Napolniš samo 45 gramov vodika in greš! Poraba goriva je približno 1 gram na 3 kilometre.
Vodik v astronavtiki
Kot gorivo v paru s tekočim kisikom (LC) je leta 1903 K. E. Tsiolkovsky predlagal tekoči vodik (LH). Je gorljiv, z najvišjim specifičnim impulzom (za kateri koli oksidant), ki omogoča, da se v vesolje izstreli veliko večja masa koristnega tovora z enako izstrelno maso rakete. Objektivne težave pa so ovirale uporabo vodikovega goriva.
Prva je kompleksnost utekočinjanja (proizvodnja 1 kg LH stane 20-100 krat več kot 1 kg kerozina).
Drugi - nezadovoljivi fizični parametri - izjemno nizko vrelišče (-243 ° C) in zelo nizka gostota (LH je 14-krat lažja od vode), kar negativno vpliva na skladiščno sposobnost te komponente.
Leta 1959 je NASA izdala veliko naročilo za zasnovo kisikovo-vodikove enote "Centaurus". Uporabljen je bil kot zgornja stopnja takšnih lansirnih vozil, kot so Atlas, Titan in težka raketa Saturn.
Zaradi izredno nizke gostote vodika so v prvih (največjih) stopnjah lansirnih vozil uporabljali druge (manj učinkovite, vendar gostejše) vrste goriva, na primer kerozin, kar je omogočilo njihovo zmanjšanje v velikosti na sprejemljive. Primer takšne "taktike" je raketa Saturn-5, v prvi stopnji katere so bile uporabljene komponente kisik / kerozin, v drugi in tretji stopnji pa motorji kisik-vodik J-2 s potiskom 92104 tone.
Kot primer bom navedel videoposnetek lansiranja Apolla 11:
V 4. minuti snemanja se 1. etapa loči in ustvari se iluzija, da motorji druge stopnje ne delujejo, kar je sprožilo številne govorice o nerealnem poletu na Luno. Pravzaprav je zgorevanje vodika v zgornji atmosferi "brezbarvno", plamen postane opazen, ko ga zadene predmet ali koščki barve.
V sistemu "Space Shuttle" je 2. faza delovala tudi s parom kisik / vodik.
V dobi hitrega razvoja astronavtike pri nas so se široko uporabljali tudi raketni motorji na tekoče gorivo z vodikovim gorivom.
Kovinski vodik
5. oktobra 2016 so v fizikalnem laboratoriju univerze Harvard pridobili kovinski vodik. Za to je bil potreben pritisk 495 gigapaskalov. Če se reši problem stabilnosti in hlajenja zgorevalne komore (6000 K), bo kovinski vodik postal najbolj obetavno raketno gorivo.
Znanstveniki verjamejo, da bo kovinski vodik zagotavljal impulz 1000-1700 sekund v motorjih. (V sodobnih raketnih motorjih je bil doslej dosežen 460 sekund impulza). Poleg tega bodo potrebni majhni rezervoarji za shranjevanje kovinskega vodika, kar bo omogočilo izdelavo enostopenjskih raket za lansiranje tovora v vesolje, to pa bo odprlo novo obdobje raziskovanja vesolja!
Pridobivanje diamantov
Vodik je našel še eno izjemno uporabo v proizvodnji diamantov. Evolucija vodikovega metana z znižanjem tlaka se izraža v samooksidaciji (globoko zgorevanje) vodika in metana v sistemu C-H-O s tvorbo diamantov, vode in CO. Živahna potrditev tega procesa je dobro uveljavljena izdelava diamantov kakovostnega kamna, ki tehtajo do 4 karate, in filmskih prevlek iz tekočega sistema C-H-O (katerega polprevodniki predstavljajo prihodnost mikroelektronike). Oglejte si članek Diamond Carbonado, najdragocenejši polprevodnik prihodnosti.
Termični reaktor Rossi
Italijanski izumitelj Andrea Rossi je s podporo znanstvenega svetovalca fizika Sergija Fokardija izvedel poskus:
Koliko gramov niklja (Ni) smo dodali v zaprto cev, dodali 10% litijev aluminijev hidrid, katalizator in kapsulo napolnili z vodikom (H2). Po segrevanju na temperaturo približno 1100-1300 ° C je paradoksalno, da je cev ostala vroča cel mesec, sproščena toplotna energija pa je bila nekajkrat višja od tiste, porabljene za ogrevanje!
Na seminarju na Univerzi za prijateljstvo ljudi v Rusiji (RUDN) decembra 2014 so poročali o uspešnem ponavljanju tega procesa v Rusiji:
Po analogiji je narejena cev z gorivom:
Zaključki eksperimenta: sproščanje energije je 2,58-krat več kot porabljena električna energija.
V Sovjetski zvezi so delo na CNS opravljali od leta 1960 v nekaterih oblikovalskih birojih in raziskovalnih inštitutih po naročilu države, vendar se je s prestrukturiranjem ustavilo financiranje. Do danes eksperimente uspešno izvajajo neodvisni raziskovalci - navdušenci. Financiranje se izvaja na osebne stroške kolektivov ruskih državljanov. Ena od skupin navdušencev pod vodstvom NV Samsonenko deluje v stavbi "inženirskega korpusa" univerze RUDN.
Opravili so vrsto kalibracijskih preizkusov z električnimi grelci in reaktorjem brez goriva. V tem primeru je po pričakovanju sproščena toplotna moč enaka dobavljeni električni moči.
Glavna težava je sintranje prahu in lokalno pregrevanje reaktorja, zaradi katerega grelna tuljava izgoreva in celo reaktor lahko gori skozi in skozi.
Toda A. G. Parkhomov, uspelo je narediti dolgoročni reaktor. Moč grelnika 300 W, izkoristek = 300%.
Fuzijska reakcija 28Ni + 1H (ion) = 29Cu + Q ogreva Zemljo od znotraj
Notranje jedro Zemlje vsebuje nikelj in vodik, pri temperaturi 5000K in tlaku 1,36 Mbar, zato so v notranjosti Zemlje vsi pogoji za fuzijsko reakcijo, poskusno reproducirani v reaktorju Rossi! Kot rezultat te reakcije dobimo baker, katerega spojine najdemo v conah "črnih kadilcev" Zemljinega širjenja (sredoceanski grebeni) v toku, ki je bogat z vodikom.
Temni vodik
Leta 2016 so znanstveniki iz ZDA in Velike Britanije, ko so med takojšnjim stiskanjem ustvarili 1,5 milijona atmosfer in nekaj tisoč stopinj temperature, lahko dobili tretje vmesno stanje vodika, v katerem ima hkrati lastnosti tako plina kot kovine. Imenuje se "temni vodik", ker v tem stanju ne oddaja vidne svetlobe, za razliko od infrardečega sevanja. "Temni vodik" se v nasprotju s kovinskim popolnoma prilega modelu strukture orjaških planetov. Pojasnjuje, zakaj je njihova zgornja atmosfera bistveno toplejša, kot bi morala biti, prenaša energijo iz jedra in ker ima pomembno električno prevodnost, ima enako vlogo kot zunanje jedro na Zemlji, ki tvori magnetno polje planeta!
Pridobivanje vodika iz globin Črnega morja
Bog je krimsko deželo obdaril ne le z najlepšo in najrazličnejšo naravo, temveč tudi z zadostnimi zalogami različnih mineralov, vključno z ogljikovodiki. Toda naš polotok se dobesedno "kopa" v največjem svetovnem skladišču naravnih plinov na svetu, to je Črno morje.
Globoke plasti - pod 150 m, so sestavljene iz spojin, ki vsebujejo vodik, katerega glavni del je vodikov sulfid. Po grobih ocenah lahko skupna vsebnost vodikovega sulfida v Črnem morju doseže 4,6 milijarde ton, kar posledično služi kot potencialni vir 270 milijonov ton vodika!
Patentiranih je bilo več načinov razkroja vodikovega sulfida za proizvodnjo vodika in žvepla (H2S H2 + S-Q), vključno s stikom plina, ki vsebuje vodikov sulfid, skozi sloj trdnega materiala, ki ga je mogoče razgraditi s sproščanjem vodika in tvorbo spojin, ki vsebujejo žveplo, na površini materiala, pri tlaku 15 atmosfer in temperaturi 400oС.
Najbolj obetaven je razvoj posebnih hidrofobnih membranskih filtrov, ki vodik ločijo od ostalih plinov prav v globini. Konec koncev, najmanjše molekule zlahka iščejo skozi kovine in celo v granitnih množicah kolonije bakterij, ki se hranijo z vodikom!
Sanjajmo … Zamislimo si, da bo čez deset let na enem od rtov južne obale Krima, kjer se morsko dno močno spusti do globine več kot 200 metrov, zgrajena majhna postaja. Rokavi cevi se bodo do njega raztezali od morja, na koncih katerih bodo ločevalci vodikovega sulfida. Po čiščenju se bo vodik dovajal v omrežje bencinskih bencinskih servisov in v termoelektrarno za soproizvodnjo. Kmetija bo nameščena v bližini obrata, kjer bodo v vodikovi atmosferi gojili anaerobne mikroorganizme, katerih mitoza se zgodi na velikost hitreje od običajnih. Njihova biomasa se bo uporabljala za proizvodnjo krme za živino in gnojil.
Svet neizprosno vstopa v vodikovo dobo
Sergej Glazjev, akademik Ruske akademije znanosti, svetovalec predsednika Ruske federacije, je poudaril: „Vsak Kondratjev ekonomski cikel je značilen po lastnem nosilcu energije: najprej drva (organski ogljik), premog (ogljik), nato nafta in kurilno olje (težki ogljikovodiki), nato bencin in kerozin (srednji ogljikovodiki), zdaj plin (lahki ogljikovodiki) in čisti vodik bi morali postati glavni energetski nosilec naslednjega gospodarskega cikla!"
Uporaba vodika je ogromna, večplastna, energetsko koristna, okolju prijazna in zelo obetavna. Naši otroci bodo že vozili proizvodne avtomobile, ki jih poganja vodik, uporabljali bodo diamantne mikroprocesorje, izdelane po vodikovi tehnologiji, kovinski vodik bo povzročil revolucijo v astronavtiki, razvoj Rossijevih reaktorjev pa - v elektrotehniki!
Priznavanje teorije o prvotno hidridni Zemlji (V. N. Larin) bo vodilo k odkritju fosilnih nahajališč H2, kar bo močno zmanjšalo stroške za njegovo pridobivanje. In kljub odporu naftnih lobistov, ki "zadušijo" Zemljo s škodljivimi emisijami, neizogibno vstopamo v vodikovo dobo!
Avtor: Igor Dabakhov