Mješavinu vodik-kisik, kao energetski najzastupljeniju, K. E. je predložio da se koristi u motorima. Tsiolkovsky davne 1903. godine. Vodik se već koristi kao gorivo: za automobile (od jedne i pol do Toyota Mirai), mlazni avioni (od Heinkela do Tu-155), torpeda (od GT 1200A do Shkval), rakete (od Saturna do Burana ). Novi aspekti otvaraju se proizvodnjom metalnog vodika i praktičnom primjenom Rossijevog reaktora. U skoroj budućnosti, razvoj tehnologija za dobivanje jeftinog vodika iz Crnogorskog hidrogen sulfida i izravno iz izvora Zemljine rasplinjavanja. Unatoč protivljenju naftnog lobija, neumoljivo ulazimo u vodikovo doba!
Promjena naše potrošnje - zajedno mijenjamo Svijet!
Za i protiv vodikovog goriva
Vodikovo gorivo ima nekoliko značajki:
- Prijenos topline vodika je 250% veći nego kod smjese goriva i zraka.
- Nakon izgaranja smjese vodika, na izlazu se stvara samo para.
- Reakcija paljenja je brža nego kod drugih goriva.
- Zahvaljujući detonacijskoj stabilnosti moguće je povećati omjer kompresije.
- Skladištenje takvog goriva odvija se u tekućem ili komprimiranom obliku. U slučaju pada cisterne vodik isparava.
- Donja razina udjela plina koji reagira s kisikom je 4%. Zahvaljujući ovoj značajki, moguće je prilagoditi načine rada motora doziranjem dosljednosti.
- Učinkovitost motora s vodikom doseže 90 posto. Za usporedbu, dizelski motor ima učinkovitost od 50%, a konvencionalni motor s unutarnjim izgaranjem - 35%.
- Vodik je isparljivi plin, pa tako ulazi u najmanje praznine i šupljine. Iz tog razloga, malo metala je u stanju podnijeti njegove razorne učinke.
- Manja je buka dok motor radi.
Prvi vodikov motor počeo je s radom u SSSR-u 1941. godine
Iznenadit ćete se, ali prvi motor običnog "kamiona" počeo je raditi na vodiku u opkoljenom Lenjingradu u rujnu 1941. godine! Mladom mlađem tehničaru-poručniku Borisu Shchelishchu, zaduženom za podizanje baražnog balona, naloženo je, u nedostatku benzina i električne energije, uspostaviti rad vitla. Budući da su baloni bili ispunjeni vodikom, dobio je ideju da ga koristi kao gorivo.
Promotivni video:
Tijekom opasnih pokusa, dva su balona izgorjela, eksplodirao je rezervoar za plin, a sam Boris Isaakovich zadobio je udar granate. Nakon toga, za siguran rad smjese zrak-vodik "eksplozivna", izumio je posebnu vodenu brtvu, koja isključuje paljenje u slučaju bljeska u usisnoj cijevi motora. Kad se konačno sve ispostavilo, stigli su vojni čelnici, pobrinuli se da sustav ispravno radi, i naredili da u deset dana prebace sve aerostatske vitice u novu vrstu goriva. S obzirom na ograničena sredstva i vrijeme, Shchelishch je pametno upotrijebio vatrogasne aparate koji su se ugasili za izradu vodene brtve. I problem podizanja baražnih balona uspješno je riješen!
Boris Isaakovich nagrađen je ordenom "Crvene zvezde", a poslan je u Moskvu, njegovo iskustvo korišteno je u jedinicama protuzračne obrane glavnog grada - 300 motora prebačeno je na "prljavi vodik", izdana je potvrda pronalazaka broj 64209 za izum. Time je zajamčen prioritet SSSR-a u razvoju energetskog sektora budućnosti. Godine 1942. na izložbi opreme prilagođene uvjetima blokade prikazan je neobičan automobil. Istovremeno, njegov je motor radio 200 sati bez zaustavljanja u zatvorenom prostoru. Ispušni plinovi - obična para - nisu zagađivali zrak.
1979. godine pod znanstvenim nadzorom E. V. Shatrova. kreativni tim radnika NAMI-a u sastavu V. M. Kuznetsov Ramenskiy A. Yu., Kozlova Yu. A. razvijen je i testiran prototip minibusa RAF koji radi na vodiku i benzinu.
Testovi RAF 22031 (1979).
Podvodna vozila s vodikovim peroksidom
1938. - 1942. u brodogradilištima Kiel, pod vodstvom inženjera Waltera, izgrađen je eksperimentalni brod U-80 koji je radio na vodikov peroksid. Brod je na testovima pokazao punu podvodnu brzinu od 28,1 čv. Pare vode i kisika dobivene kao rezultat razgradnje peroksida korištene su kao radna tekućina u turbini, nakon čega su one uklonjene izvan broda.
Slika konvencionalno prikazuje uređaj podmornice s motorom vodikovog peroksida.
Ukupno, Nijemci su uspjeli sagraditi 11 čamaca s Permskog državnog tehničkog sveučilišta.
Nakon poraza od Hitlerove Njemačke u Engleskoj, SAD-u, Švedskoj i SSSR-u, provedene su radne mjere kako bi se Walter-ov plan doveo do praktične primjene. U dizajnerskom birou Antipin izgrađena je sovjetska podmornica (projekt 617) s Walterovim motorom.
Poznati VA-111 UNDERWATER TORPEDA ROCKET "SHKVAL".yes.
U međuvremenu, uspjesi nuklearne industrije omogućili su bolje rješavanje problema snažnih motora podmornica. I ove ideje uspješno su primijenjene u torpednim motorima. Walter HWK 573. (podvodni motor prve vodene protubrodske rakete zrak-zemlja na površini GT 1200A koji je pogodio brod ispod vodene linije). Jedriličarski torpedo (UAB) GT 1200A imao je podvodnu brzinu od 230 km / h, što je bio prototip SSSR-ovog velikobrzinskog torpeda "Shkval". DBT torpedo ušao je u službu u prosincu 1957., upravljao je vodikovim peroksidom i razvio brzinu od 45 čvorova s dometom krstarenja do 18 km.
Generator plina stvara zračni mjehurić oko tijela predmeta (mjehurić isparavanja) kroz kavitacijsku glavu, a zbog pada hidrodinamičkog otpora (vodootpornosti) i upotrebe mlaznih motora, postiže se potrebna podvodna brzina kretanja (100 m / s), koja je nekoliko puta veća od brzine najbržeg konvencionalnog torpeda. Za rad se koristi hidroreaktivno gorivo (alkalni metali pri interakciji s vodom oslobađaju vodik).
Tu-155 na vodik postavio je 14 svjetskih rekorda
Tijekom Drugog svjetskog rata, tvrtka "Heinkel" stvorila je cijelu liniju mlaznih zrakoplova pod Walter Walter HWK-109-509 motorom s potiskom od 2000 kgf., Radeći na vodikov peroksid.
Rusija je bila prilično uspješna, ali, nažalost, nije postala serijsko iskustvo stvaranja "ekoloških" zrakoplova već krajem 80-ih godina prošlog stoljeća. Svijetu je predstavljen Tu-155 (eksperimentalni model Tu-154), koji radi na ukapljenom vodiku, a potom na ukapljenom prirodnom plinu. 15. travnja 1988. avion je prvi put odnesen u nebo. Postavio je 14 svjetskih rekorda i obavio stotinjak letova. No, tada je projekt otišao "na policu".
Krajem 1990-ih, po nalogu Gazproma, izgrađen je Tu-156 s motorima na ukapljeni plin i tradicionalnim zrakoplovnim kerozinom. Taj je avion pretrpio istu sudbinu kao i Tu-155. Možete li zamisliti koliko je teško Gazpromu boriti se protiv naftnog lobija!
Automobili s vodikom
Automobili na vodikov pogon podijeljeni su u nekoliko skupina:
- Vozila koja se pokreću čistim smjesama vodika ili zraka / goriva. Posebnost takvih motora je čisti ispušni sustav i povećanje učinkovitosti do 90%.
- Hibridni auti. Imaju ekonomičan motor koji može raditi na čistom vodiku ili benzinskoj smjesi. Takva vozila su u skladu s Euro-4 standardom.
- Automobili s ugrađenim električnim motorom koji pokreće vodikove ćelije na vozilu.
Glavna značajka vozila na vodik je način dovoda goriva u komoru za izgaranje i paljenje.
Sljedeći modeli vozila sa vodikom već se serijski proizvode:
- Ford Focus FCV;
- Mazda RX-8 vodik;
- Mercedes-Benz A-klase;
- Honda FCX;
- Toyota Mirai;
- Gradski autobus MAN Lion i autobusi Ford E-450;
- hibridno vozilo s dva goriva BMW Hydrogen 7.
Serijski hidrogen automobil Toyota * Mirai *.
Ovaj automobil može ubrzati do 179 km / h, a automobil ubrzava do 100 km / h za 9,6 sekundi i, što je najvažnije, sposoban je prijeći 482 km bez dodatnog punjenja goriva.
Koncern BMW predstavio je svoju verziju automobila Hydrogen. Novi model testirali su poznati kulturni ličnosti, poslovni ljudi, političari i druge popularne ličnosti. Ispitivanja su pokazala da prelazak na novo gorivo ne utječe na udobnost, sigurnost i dinamiku vozila. Po potrebi se vrste goriva mogu prebacivati s jedne na drugu. Brzina vodika7 - do 229 km / h.
Honda Clarity je automobil koncerna Honda koji zadivljuje svojom rezervom snage. Duga je 589 km, što se nijedno drugo vozilo s niskim emisijama ne može pohvaliti. Dolijevanje goriva traje tri do pet minuta.
Kućna energetska postaja III kompaktna je jedinica koja uključuje gorivne ćelije, spremnik vodika i reformator prirodnog plina koji izvlači H2 iz plinske cijevi.
Metan iz kućanske mreže tim se uređajem pretvara u vodik. A on - u struju za kuću. Snaga gorivnih ćelija u kućnoj energetskoj stanici je 5 kilovata. Uz to, ugrađeni plinski boci služe i kao svojevrsno skladište energije. Postrojenje koristi ovaj vodik pri najvećim opterećenjima na kućnoj mreži. Stvara 5 kW električne energije i do 2 m3 vodika na sat.
Nedostaci vozila na vodik uključuju:
- skupnost elektrane pri korištenju gorivnih ćelija, što smanjuje upravljivost vozila;
- dok su visoki troškovi samih vodikovih elemenata zbog njihovog sastojaka paladija ili platine;
- dizajnirana nesavršenost i nesigurnost u materijalu za izradu spremnika za gorivo koji dugo ne dopuštaju skladištenje vodika;
- nedostatak goriva za gorivo, čija je infrastruktura u svijetu vrlo slabo razvijena.
Serijskom proizvodnjom većina ovih dizajnerskih i tehnoloških nedostataka bit će prevaziđena, a razvojem proizvodnje vodika kao minerala i mreže stanica za punjenje, njegov će se trošak znatno smanjiti.
Godine 2016. pojavio se prvi vlak na vodonik, koji je nositelj njemačke tvrtke Alstom. Nova Coranda iLint trebala bi krenuti na relaciji Buxtehude - Cuxhaven, Donja Saska.
U budućnosti se planira zamijeniti 4000 dizelskih vlakova u Njemačkoj s takvim vlakovima, koji se kreću po dionicama cesta bez elektrifikacije.
Originalni vodikov bicikl objavljen je u Francuskoj. (Francuska pragma). Napunite samo 45 grama vodika i krenite! Potrošnja goriva je otprilike 1 gram na 3 kilometra.
Vodik u astronautici
Kao gorivo u paru s tekućim kisikom (LC), tečni vodik (LH) predložio je 1903. K. E. Tsiolkovsky. Zapaljiv je, s najvećim specifičnim impulsom (za bilo koji oksidant), što omogućava da se mnogo veća masa korisnog tereta baci u svemir s jednakom lansirnom masom rakete. Međutim, objektivne poteškoće stajale su na putu upotrebe vodikovog goriva.
Prva je složenost njegovog ukapljivanja (proizvodnja 1 kg LH košta 20-100 puta više od 1 kg kerozina).
Drugi - nezadovoljavajući fizički parametri - izuzetno niska temperatura ključanja (-243 ° C) i vrlo niska gustoća (LH je 14 puta lakši od vode), što negativno utječe na kapacitet skladištenja ove komponente.
Godine 1959. NASA je izdala veliku narudžbu za dizajn jedinice Centaurus kisik-vodik. Korišten je kao gornji stupanj takvih lansirnih vozila kao što su Atlas, Titan i teška raketa Saturn.
Zbog izuzetno male gustoće vodika, prve (najveće) faze lansiranja vozila koristile su druge (manje učinkovite, ali gušće) vrste goriva, poput kerozina, što je omogućilo njihovu veličinu na prihvatljivu. Primjer takve "taktike" je raketa Saturn-5, u prvoj fazi u kojoj su korištene komponente kisik / kerozin, a u drugoj i trećoj fazi - motori kisik-vodik J-2, s potiskom od 92104 tone svaki.
Kao primjer navest ću video lansiranje Apolla 11:
U četvrtoj minuti snimanja razdvaja se 1. stupanj i stvara se iluzija da motori druge faze ne rade, što je stvorilo mnoge glasine o nerealno letu na Mjesec. Zapravo je izgaranje vodika u gornjoj atmosferi "bezbojno", plamen postaje uočljiv kada ga pogodi predmet ili komadići boje.
U sustavu "Space Shuttlea", 2. faza je također radila s parom kisik / vodik.
U doba brzog razvoja astronautike u našoj zemlji široko su se koristili i raketni motori s tekućim pogonom s vodikovim gorivom.
Metalni vodik
5. listopada 2016. u fizikalnom laboratoriju Sveučilišta Harvard dobiven je metalni vodik. Za ovo je bio potreban pritisak od 495 gigapaskala. Ako se riješi problem stabilnosti i hlađenja komore za izgaranje (6000 K), metalni vodik će postati najperspektivnije raketno gorivo.
Znanstvenici vjeruju da će metalni vodik osigurati impuls od 1000-1700 sekundi u motorima. (U modernim raketnim motorima do sada je postignut impuls od 460 sekundi). Osim toga, mali spremnici bit će potrebni za skladištenje metalnog vodika, što će omogućiti izradu jednofaznih raketa za lansiranje korisnog tereta u svemir, to će otvoriti novu eru istraživanja svemira!
Dobivanje dijamanata
Vodik je pronašao još jednu izuzetnu primjenu u proizvodnji dijamanata. Evolucija tekućine vodik - metana sa smanjenjem tlaka izražena je samooksidacijom (dubokim izgaranjem) vodika i metana u C-H-O sustavu stvaranjem dijamanata, vode i CO. Životna potvrda ovog procesa je dobro uspostavljena proizvodnja dijamanata s kvalitetnim draguljima težine do 4 karata i filmskih obloga iz tekućeg sustava C-H-O (čiji poluvodiči predstavljaju budućnost mikroelektronike). Pogledajte članak Diamond Carbonado, najvrjedniji poluvodič budućnosti.
Termički reaktor Rossi
Talijanski izumitelj Andrea Rossi, uz podršku znanstvenog savjetnika fizičara Sergija Fokardija, izveo je eksperiment:
Koliko grama nikla (Ni) dodano je u nepropusnu epruvetu, dodan je 10% litij-aluminij hidrid, katalizator i kapsula je napunjena vodikom (H2). Nakon zagrijavanja na temperaturu od oko 1100-1300 ° C, paradoksalno, cijev je ostala vruća cijeli mjesec, a oslobođena toplinska energija bila je nekoliko puta veća od one potrošnje na grijanje!
Na seminaru na Ruskom sveučilištu prijateljstva u Rusiji (RUDN) u prosincu 2014. izvješteno je o uspješnom ponavljanju ovog procesa u Rusiji:
Po analogiji se izrađuje cijev s gorivom:
Zaključci eksperimenta: oslobađanje energije je 2,58 puta više od potrošene električne energije.
U Sovjetskom Savezu rad na CNS-u obavljao se od 1960. u nekim dizajnerskim biroima i istraživačkim institutima po nalogu države, ali s "restrukturiranjem" financiranje je zaustavljeno. Do danas eksperimenti uspješno provode neovisni istraživači - entuzijasti. Financiranje se vrši na osobni trošak kolektiva ruskih građana. Jedna od skupina entuzijasta, pod vodstvom NV Samsonenka, radi u zgradi "Inženjerskog korpusa" Sveučilišta RUDN.
Obavili su niz ispitivanja kalibracije s električnim grijačima i reaktorom bez goriva. U ovom slučaju, kao što se i očekivalo, oslobođena toplinska snaga jednaka je isporučenoj električnoj snazi.
Glavni problem je sinterovanje praha i lokalno pregrijavanje reaktora, zbog čega grijaći svitak izgori, pa čak i sam reaktor može izgorjeti kroz i kroz.
Ali A. G. Parkhomov, uspio je napraviti dugoročan reaktor. Snaga grijača 300 W, učinkovitost = 300%.
Fuzijska reakcija 28Ni + 1H (ion) = 29Cu + Q zagrijava Zemlju iznutra
Unutarnja jezgra Zemlje sadrži nikl i vodik, na temperaturi 5000K i tlaku 1,36 Mbar, pa postoje svi uvjeti za reakciju fuzije u unutrašnjosti Zemlje, eksperimentalno reproducirani u Rossijevom reaktoru! Kao rezultat ove reakcije dobiva se bakar, čiji se spojevi nalaze u zonama "crnih pušača" Zemljine ekspanzije (sredozemni grebeni) u potoku bogatom vodikom.
Tamni vodik
U 2016. godini, znanstvenici iz Sjedinjenih Država i Velike Britanije, stvorivši pritisak od 1,5 milijuna atmosfere i temperaturu od nekoliko tisuća stupnjeva tijekom trenutne kompresije, uspjeli su dobiti treće intermedijarno stanje vodika, u kojem istovremeno ima svojstva i plina i metala. Naziva se "tamnim vodikom", jer u tom stanju ne prenosi vidljivu svjetlost, za razliku od infracrvenog zračenja. "Tamni vodik", nasuprot metalnom, savršeno se uklapa u model strukture planeta divova. Objašnjava zašto je njihova gornja atmosfera znatno toplija nego što bi trebala biti, prenoseći energiju iz jezgre, i zato što ima značajnu električnu vodljivost, igra istu ulogu kao vanjska jezgra na Zemlji, tvoreći magnetsko polje planeta!
Stvaranje vodika iz dubina Crnog mora
Bog je obdario zemlju Krima ne samo najljepšom i najraznovrsnijom prirodom, već i dovoljnim rezervama raznih minerala, uključujući ugljikovodike. Ali naš se poluotok doslovno "kupa" u najvećem svjetskom skladištu prirodnih plinova u svijetu, a to je Crno more.
Duboki slojevi - ispod 150 m, sastoje se od spojeva koji sadrže vodik čiji je glavni dio vodikov sulfid. Prema grubim procjenama, ukupni sadržaj sumporovodika u Crnom moru može doseći 4,6 milijardi tona, što zauzvrat služi kao potencijalni izvor 270 milijuna tona vodika!
Patentirano je nekoliko postupaka razgradnje sumporovodika za dobivanje vodika i sumpora (H2S H2 + S-Q), uključujući kontakt plina koji sadrži vodikov sulfid preko sloja čvrste tvari koji ga može razgraditi oslobađanjem vodika i stvaranjem spojeva koji sadrže sumpor na površini materijala, pri tlaku od 15 atmosfera i temperaturi od 400oS.
Najperspektivnije je razvoj posebnih hidrofobnih membranskih filtera koji odvajaju vodik od ostalih plinova ravno u dubini. Uostalom, i najmanje molekule lako prolaze kroz metale, pa čak i u granitnoj masi kolonija bakterija koje se hrane vodikom!
Sanjajmo … Zamislimo da će za deset godina na jednom od rta južne obale Krima, gdje se morsko dno naglo spušta do dubine veće od 200 metara, izgraditi mala stanica. Rukavi cijevi proteći će se do nje od mora, na čijim će se krajevima nalaziti separatori sumporovodika. Nakon pročišćavanja, vodik će biti doveden u mrežu benzinskih stanica i u kogeneracijsku termoelektranu. Farma će biti smještena u blizini biljke, gdje će se anaerobni mikroorganizmi uzgajati u vodikovoj atmosferi, čija se mitoza odvija redoslijedom brže od uobičajenih kolega. Njihova biomasa koristit će se za proizvodnju stočne hrane i gnojiva.
Svijet neumoljivo ulazi u vodikovo doba
Sergej Glazjev, akademik Ruske akademije znanosti, savjetnik predsjednika Ruske Federacije naglasio je: „Svaki Kondratjev ekonomski ciklus karakterizira vlastiti energetski nosač: prvo drvo (organsko ugljik), ugljen (ugljen), zatim nafta i lož ulje (teški ugljikovodici), zatim benzin i kerozin (srednji ugljikovodici), a sada plin (laki ugljikovodici) i čisti vodik trebali bi postati glavni nositelj energije u sljedećem ekonomskom ciklusu!"
Primjene vodika su ogromne, višestruke, energetski korisne, ekološki prihvatljive i vrlo obećavajuće. Naša će djeca već voziti proizvodne automobile pogonjene vodikom, koristiti dijamantske mikroprocesore izrađene vodikovom tehnologijom, metalni vodik će revolucionirati astronautiku, a razvoj Rossijevih reaktora - u energetici!
Prepoznavanje teorije prvobitno hidridne Zemlje (V. N. Larin) dovest će do otkrića fosilnih naslaga H2, što će u velikoj mjeri smanjiti troškove dobivanja iste. I usprkos otporu naftnih lobista da „uguše“Zemlju štetnim emisijama, neminovno ulazimo u vodikovo doba!
Autor: Igor Dabakhov