- Хранение водорода
в транспортном средстве.
Однако широкому применению
водорода в качестве автомобильного топлива
препятствует немало проблем, и самая
трудная из них - топливные баки. На 10 кг
водорода автомобиль может проехать столько
же, сколько на 30 кг бензина, но такое количество
газообразного водорода занимает объем
8000 л, а чтобы хранить его требуется прочный
резервуар массой 1500 кг. Это натолкнуло
конструкторов на мысль использовать
сжиженный водород; тогда те же 10 кг водорода
помещаются в баллоне массой 80 кг и емкостью
160 л. Но чтобы иметь водород в сжиженном
состоянии, нужно поддерживать в баллоне
температуру -2530С. Применять
сосуды Дьюара было бы слишком дорого.
Возможно, конструкторам удастся использовать
какие-то варианты широко применяемых
в настоящее время резервуаров для хранения
жидкого топлива, у которых суточные потери
на испарение не превышают 1,5%. Так, в экспериментальном
автомобиле «Волга» смонтирован криогенный
водородный бак общей массой 140 кг. Специалисты
нашли и другое решение: бак можно изготовить
из гидридов металлов сплавов магния,
марганца, титана и железа, которые обладают
тем преимуществом, что поглощают часть
испаряющегося водорода, а при нагреве
(хотя бы выхлопными газами) снова выделяют
его. Масса водородного бака из гидридов
металлов превышает 150 кг.
Новое топливо уже опробовано
на практике. Успешно прошел испытания
автомобиль «Жигули» с комбинированным
двигателем на бензине и водороде. К.П.Д.
двигателя повысился на четверть, расход
бензина уменьшился на треть, а содержание
вредных веществ в выхлопных газах снизилось
до минимума. Большие надежды возлагаются
и на электромобили, снабженные водородо-кислотными
топливными системами.
Большой интерес к водородному
топливу проявляют и авиаконструкторы.
В США еще в 1957г. исследовательская группа
Национального управления по аэронавтике
и исследованию космического пространства
проводила испытания двухмоторного самолета
на водородном топливе. В 1973г. НАСА поручило
фирме «Локхид» приспособить для водородного
топлива два серийных боевых самолета
(С-141 и «Старфайтер»). Фирма «Боинг» разработала
вариант крупнейшего самолета «Джамбо-Джет»
на водородном топливе.
Есть еще одно важное соединение
водорода - это перекись водорода, которая
применяется для двигателей подводных
лодок, ракетных двигателей, в том числе
и таких, которые могут поместиться в ранце
за спиной человека.
На прошедшей в Москве
международной конференции по моторному
топливу заместитель директора научно-производственной
фирмы «Фордигаз» Сергей Шипунов уверял
участников конференции, что если установить
на автомобилях их топливные системы для
двигателей внутреннего сгорания, то содержание
вредных веществ в выхлопных газах уменьшится
в сотни раз. Во всем мире считается большим
достижением, если удается уменьшить на
несколько процентов количество этих
ядов. Даже если перевести автомобили
с жидкого на газовое топливо, то вредных
веществ в дыме станет в 3-10 раз меньше.
А «Фордигаз» уверяет, что может понизить
их содержание еще на порядок для машин
на газе и на два порядка - на бензине. Это
кажется просто невероятным.
Тем не менее «Фордигаз» убедился
в этом на опыте. Топливная система была
установлена не на автомобиле, а на двигателе
для мобильной электростанции мощностью
4 киловатта. 14 человек проходили испытания
в комнате площадью 20 квадратных метров.
Окна в ней были закрыты, а выхлопная труба
выходила прямо в помещение. И вот мы залили
в бак бензин, включили двигатель.
Двигатель работал на полную
мощность целый час, но присутствующие
не испытывали особых неудобств. Только
стало жарко, но воздух был совершенно
чистым. А газоанализатор «Инфолит», сделанный
в Германии, показал нулевое содержание
вредных веществ в выхлопных газах. Когда
сняли топливную систему и двигатель стал
работать в обычном режиме, дым быстро
наполнил комнату. Через 4 минуты присутствующие
чуть не задохнулись.
А чудо объяснялось просто.
Топливная система обеспечивала идеальное
перемешивание воздуха с бензином, в результате
он сгорал полностью - из выхлопной трубы
вылетали только пары воды и углекислый
газ.
Сначала жидкое топливо превращается
потоком воздуха в аэрозоль. Он увлажняет
специальную ткань, а с нее воздух срывает
уже не капельки, а отдельные молекулы
бензина. В результате жидкое топливо
превращается в газообразное, и в таком
состоянии поступает в специальный смеситель.
Там к горючему добавляют строго определенную
порцию воздуха и хорошо их перемешивают.
Особые устройства поддерживают оптимальное
соотношение молекул кислорода и углеводов
на протяжении всей работы двигателя -
в результате топливо сгорает без остатка.
Водители знают, что обычный
двигатель дает 7-8% окиси углерода в выхлопных
газах, в лучшем случае (если хорошо отрегулировать)
до 2%. Но испытания первого двигателя с
топливной системой показали, что содержание
окиси углерода составило 8 сотых долей
процента.
Это устройство величиной чуть
больше стакана. Воздух и горючее проходят
в нем по изогнутым каналам, которые лихо
закручивают и перемешивают эту смесь,
делая ее максимально однородной. И такая
хитрая операция дает удивительный эффект.
Расход горючего снизился 20%.
Но главное - количество токсичных выбросов
в атмосферы уменьшилось в 3 раза [3].
Заключение
Важнейшей проблемой энергетики, над
которой сейчас бъются лучшие умы человечества,
стала проблема изыскания новых источников
энергии: водород, спирт, биотопливо, природный
газ, электричество, энергия ветера, солнечного
излучения.
На человечество надвигается
энергетический кризис. И такие источники
энергии как уголь, нефть, газ уменьшаются
стремительно и очень медленно восполняются.
С каждым годом добыча этих полезных ископаемых
непрерывно увеличивается. Хоть их количества
и хватит лет на 30-40, ученые уже сейчас
исследуют возможные варианты их замены.
Самый перспективный,
пожалуй, из всех видов источников
энергии будущего это водород,
способный решить многие экологические
проблемы.
Его уникальность как источника
энергии очевидна.
Во-первых, водород самый
распространенный элемент на
земле. Он может участвовать в
круговороте энергии сколько
угодно: соединяясь с кислородом
в топливном баке, он превращается
в воду и вырабатывает электроэнергию,
а затем снова выделяется из
воды, для производства энергии.
Как видим, водорода на земле
– море, в прямом и переносном
смысле.
Во-вторых, водородное
топливо не выделяет токсичных
веществ. Электромобили, работающие
на водородном топливе, не загрязняют
окружающую среду, а значит, экологически
безопасны. Ведь в соединении
водорода с кислородом в топливной
ячейке образуется вода. В то
время как в привычных бензиновых
и дизельных двигателях кроме энергии
образуется букет токсичных веществ, вредные
для человека и живой природы. Автомобильный
транспорт продолжает оставаться самым
крупным источником негативного воздействия
на окружающую среду. В суммарном объеме
выбросов в Москве на долю автотранспорта
приходится более 80 процентов, с каждым
годом эта цифра прогрессивно увеличивается.
В-третьих, его экономичность.
Одного резервуара с водородом
объемом 3500м в кубе хватало
бы для снабжения энергией
в течение целого года небольшого
городка с 20-ти тысячным населением.
Большая экономическая польза
в сравнении с современными
ГЭС.
На электромобиле с 10 кг водорода
можно проехать столько же километров
сколько и на 30 кг бензина. Водород можно
использовать и транспортировать в любом
состоянии: жидком, твердом и газообразном.
Еще один метод создания энергии -
это сжигание водорода в двигателях внутреннего
сгорания. Основным отличием двигателя
внутреннего сгорания от бензинового
двигателя состоит в способе подачи воздуха
и топлива в цилиндр и порядке воспламенения.
В бензиновом двигателе воздух смешивается
с топливом, затем смесь воспламеняется
от свечей зажигания. А в двигателе внутреннего
сгорания воздух подается в цилиндр отдельно
от топлива, затем сжимается. От сжатия
происходит мгновенный нагрев воздуха
до температуры воспламенения топлива.
Топливо подается в цилиндр под давлением
через специальные форсунки и затем воспламеняется.
Вот только применению водорода
в двс уже сегодня препятствует не окончательная
его приспособленность к современным
условиям.
Самыми главными проблемами
использования водорода – это большие
объемы для топливного бака. Для заправки
автомобиля десятью килограммами водорода
потребуется емкость в размерах багажника,
большой массы и прочности. Кому из водителей
захочется возить еще один багажник на
своей ласточке? Вы скажете, можно использовать
сжиженный водород, который займет привычные
размеры. Но тогда надо будет поддерживать
в топливном баке низкую температуру -2530С. Какие устройства
должны сконструировать инженеры, чтобы
поддерживать такую температуру сколько-нибудь
длительное время? Есть еще один вариант,
вспомните вы химию за восьмой класс –
гидриды! Действительно, гидриды это твердые
вещества – металлы, например, титан –
содержащие (или способные разместить)
в своей кристаллической решетке атомы
водорода. Вместимость водорода в гидридах
при тех же объемах топливного устройства
превышает в несколько раз баллон со сжатым
газом и дьюар (сосуд для хранения жидкого
водорода) со сжиженным водородом. К тому
же гидриды безопаснее других способов
хранения и транспортировки водорода.
Гидридные хранители водорода представляют
собой устройство, позволяющее быстро
выделять водород и поглощать его после
отработки. Использование водорода из
гидридов пока не представляется возможным
из-за сложности устройства и большого
веса таких установок.
Эти проблемы характерны больше
для легковых машин, возможно в будущем
такой вид топлива можно будет использовать
для общественного или грузового транспорта,
где размеры и массу можно принести в жертву.
Еще одной проблемой на пути
создания водородного двигателя является
его взрывоопасность. Нагрев водорода
или попадание искры в бак грозит участникам
движения воспламенением. Горение смеси
водорода и кислорода сопровождается
сильным взрывом.
Есть определенные сложности
и препятствия на пути создания водородного
двигателя. Но уже сейчас инженеры-конструкторы
мировых автогигантов Ford, General Motors, Toyota,
Nissan и АвтоВаз уже представили модели
автомобилей с водородными двигателями.
Уже сейчас в разных странах,
преимущественно в Северной Америке (США,
Канада), уже строят водородные заправки
для автомобилей. Водородная инфраструктура
должна развиваться, однако для этого
требуются большие денежные вливания.
До массового производства подобных экологичных
автомобилей должно пройти лет десять.
Водород? Что такое водород?
Простой элемент? Элемент, который имеет
только лишь ряд особенностей, который
только лишь немногим отличается от других?
Нет, как мы видим из всех доказательств,
приведённых в работе, по тому, что мы узнали,
мы теперь уверены, что водород – это не
просто элемент, водород – это чудо, и
сейчас его не без оснований называют чудесным топливом
будущего.
Список литературы
1. Аугуста Голдин. Океаны энергии
Пер. с англ.- М:. Знание.- 1983.- 144 с.
2. Кононов Ю. Д. Энергетика и экономика.
Проблемы перехода к новым источникам
энергии. :., Наука.- 198.,- 190 с.
3. Оптимистический
взгляд на будущее энергетики
мира Под ред. Р. Кларка Пер. с
англ М:. Энергоатомиздат,- 1984.- 215 с.
4. Альтернативная водородная
энергетика. [Электронный ресурс].
URL: http://bibliofond.ru/view.aspx?id=484178
5. Альтернативный источник
энергии – водород. [Электронный ресурс]. URL: http://pisali.ru/elrise/28163/
6. Перспективные источники
энергии. [Электронный ресурс].
URL: http://www.bytemag.ru/articles/detail.php%3FID%3D9165&sa=U&ei=J6MQU7KRNIa24ASmg4GQBA&ved=0CB8QFjAA&sig2=9hCo1MzjAy6ZnvKBIduBtQ&usg=AFQjCNGPorWE0mtoYTGw7BE69MiCqJW21g
7. Современные
и перспективные методы производства
водорода. [Электронный ресурс]. URL: http://gendocs.ru/v7164/альтернативные_источники_энергии?page=4