Ми живемо у 21 столітті, людство розвивається, будує заводи, веде активний спосіб життя. Однак для повноцінного розвитку та існування нам потрібна енергія! Нині такою енергією є нафта. З неї виробляється паливо всім галузей. Ми використовуємо її буквально всюди: від маленьких авто до величезних заводів.
Однак нафта не є нескінченним ресурсомз кожним роком ми рухаємося до повного її знищення. Вчені кажуть, що ми на тій стадії, коли нам потрібно шукати ефективну замінубензину, адже вже зараз ціна на нього дуже висока, а з кожним роком нафти буде все менше, а ціни все вищі, і незабаром, коли нафта закінчиться (а з існуючим способом життя людства це відбудеться через 60 років), наш розвиток і повноцінне існування просто закінчиться.
Усім зрозуміло, що потрібно шукати альтернативні види палива. Але яка заміна найефективніша? Відповідь проста: водень! Ось що замінить звичний всім бензин.
Хто вигадав водневий двигун?
Як і багато високі технології, Ця ідея прийшла до нас із заходу. Перший водневий двигунрозробив та створив американський інженер та вчений Браун. Перша компанія, яка використала даний двигун, була японська Honda. Але цієї автомобільної компаніїдовелося багато піти заради втілення в життя «автомобіля майбутнього». Під час створення авто були задіяні на кілька років усі найкращі інженери та уми компанії! Їм довелося призупинити виробництво деяких автомобілів. І що найголовніше, вони відмовилися від участі у Формулі 1, оскільки всі працівники, які були задіяні у створенні болідів, почали розробляти автомобіль на водні.
Плюси водню як палива
- Водень є найпоширенішим елементом у всесвіті, абсолютно все в нашому житті складається з нього, всі предмети, що нас оточують, мають хоч маленьку, але частинку водню. Саме цей факт дуже приємний для людства, адже на відміну від нафти водень не закінчиться ніколи, і нам не доведеться економити на паливі.
- Він є абсолютно екологічно чистим! На відміну від бензинового, водневий двигун не виділяє шкідливих газів, які б негативно впливали на екологію. Вихлопами, які виділяє такий силовий агрегатє звичайна пара.
- Водень, який використовується в двигунах, дуже займистий, і автомобіль добре заводитиметься і пересуватиметься, незалежно від погоди. Тобто нам більше не потрібно буде взимку прогрівати автомобіль перед поїздкою.
- На водні навіть маленькі двигуни будуть дуже потужними і щоб створити найшвидший автомобіль, більше не потрібно будувати агрегат розміром з танк.
Звичайно є і мінуси у цьому паливі:
- Справа в тому, що всупереч тому, що це безмежний матеріал, і він є всюди, його дуже важко добувати. Хоча для людства це не є проблемою. Навчилися добувати нафту серед океану, пробуривши його дно, навчимося і водень брати із землі.
- Другим мінусом є незадоволення нафтових магнатів. Відразу після початку прогресивного розвитку даної технології більшість проектів були закриті. За чутками, все це пов'язано з тим, що якщо замінити бензин на водень, то найбагатші люди планети залишаться без доходу, а вони цього дозволити не можуть.
Способи видобутку водню як використання у вигляді енергії
Водень не є чистим викопним на зразок нафти та вугілля, не можна так просто взяти викопати та використовувати його. Для того, щоб він став енергією, його потрібно роздобути та використати деяку енергію для його переробки, після чого цей найпоширеніший хімічний елемент стане паливом.
Практикованим на цей день способом видобутку водневого палива є так званий «паровий риформінг». Щоб переробити звичайний водень на паливо, використовуються вуглеводи, які складаються з водню та вуглецю. При хімічних реакціях, за певної температури виділяється величезна кількість водню, який і можна використовувати як паливо. Дане паливоне виділятиме шкідливих речовинв атмосферу під час експлуатації, проте під час його видобутку виділяється величезна кількість вуглекислого газу, що погано впливає на екологію. Тому даний метод хоч і є ефективним, він не повинен братися в основу видобутку альтернативного палива.
Є двигуни, для яких підійде чистий водень, вони самі переробляють даний елементу паливо, однак, як і за попереднього способу, тут також спостерігається величезна кількість викидів вуглекислого газу в атмосферу.
Дуже ефективним способом видобутку альтернативного палива у вигляді водню є електроліз. Електричний струмпускають у воду, внаслідок чого вона розпадається на водень та кисень. Цей методє дорогим та клопітним, проте екологічно чистим. Єдиним відходом від одержання та експлуатації палива є кисень, який лише позитивно вплине на атмосферу нашої планети.
А найперспективнішим і найдешевшим способом отримання водневого палива є переробка аміаку. При потрібній хімічної реакції аміак розпадається на азот і водень, причому водню виходить втричі більше, ніж азоту. Цей метод краще тим, Що він трохи дешевше і менш витратний. Крім того, аміак легше і безпечніше транспортувати, а після прибуття до місця доставки слід запустити хімічну реакцію, виділити азот і паливо готове.
Штучний шум
Двигуни на водневому паливі практично безшумні, тому на автомобілях, які експлуатуються або входитимуть в експлуатацію, встановлюється так званий «штучний шум автомобіля» - для запобігання аваріям на дорогах.
Ну що ж, друзі, ми з вами стоїмо на порозі грандіозного переходу від бензину, який знищує всю нашу екосистему до водню, який навпаки її відновлює!
Де можна взяти водень було відомо давно, ще кілька століть тому. Спосіб отримання водню був докладно описаний у виданні:
О. Д. Хвольсон, Курс фізики, Берлін, 1923, тт. 3 в.
Виявляється, не порушуючи жодних законів фізики можна побудувати машину, яка вироблятиме тепло за рахунок позитивної різниці енергії спалювання водню, і енергії, що витрачається на отримання його в процесі електролізу води.
Конкретно, 2 гр водню при згорянні виділяють 67.54 великих калорій тепла, а при електролізі розчину сірчаної кислоти, при напрузі 0.1 вольта, на отримання такої кількості водню буде витрачено менше 5 великих калорій тепла. Суть у тому, що з електролізі не витрачається енергія роз'єднання молекули води на кисень і водень. Ця робота здійснюється без нашої участі міжмолекулярними силами при дисоціації води іонами сірчаної кислоти. Ми витрачаємо енергію тільки на те, щоб нейтралізувати заряди вже наявних іонів водню і залишку SO- Кількість водню, що виділився, залежить не від енергії, а тільки від кількості електрики, рівної добутку сили струму на час його проходження.
При спалюванні водню виділяється саме енергія, яку треба було б зробити для того, щоб відірвати молекулу водню від кисню в повітрі. А це і є 67,54 великих калорій. Отриманий надлишок енергії може бути використаний по-різному.
Можна отримувати водень прямо на станціях заправки і заправляти їм автомобілі.
В умовах будинку, взявши з мережі одну кіловат годину енергії, зможемо отримати 10 кВт годин теплової енергії для побутових потреб. Це своєрідний підсилювач енергії. Відпаде потреба у проводці газових труб, теплотрасах та котельнях. Енергія буде приготовлена прямо в квартирі з води, а відходами знову буде тільки вода.
У великих промислових установкахнавіть при 33% ккд, як і в атомних станціях сьогодні, спалюючи водень отримаємо електричної енергії в кілька разів більше, ніж було витрачено її на одержання цього водню.
Привабливе використання водню, як палива для автомобілів, зважаючи на його кілька особливих переваг:
- при згорянні водню у двигуні утворюється практично лише вода, що робить двигун на водневому паливі найбільш екологічно чистим;
- високі енергетичні властивості водню (1 кг водню еквівалентний майже 4,5 кг бензину);
- необмежена сировинна база для отримання водню з води.
Використовувати водень як паливо для автомобілів можна кількома різними способами:
- можна використовувати лише сам водень;
- можна використовувати водень разом із традиційними паливами;
- можна застосовувати водень у паливних елементах.
Звичайно, виникають певні технічні труднощі, які потрібно вирішити. Років 30 тому, академік А. П. Александров, вів семінар з водневої енергетики. На ньому вже обговорювалися технічні проекти. Передбачалося, що атомна енергія використовуватиметься для одержання водню, а він уже використовуватиметься як паливо. Але скоро зрозуміли, що атомна енергетика тут взагалі не потрібна. Тоді й похерили всі водневі проекти, бо треба було не водневе паливо, а плутоній.
Письменниця Л. Улицкая, генетик за освітою, писала у «Спільній газеті» 16-22 травня 2002 р. «Романтичний період історія науки закінчився. Я абсолютно впевнена, що дешеві джерела електроенергії давно вже розроблені і ці розробки лежать у сейфах нафтових королів. Переконана, що сьогодні наука так працює, що цього не можуть не зробити. Але доки останню краплю нафти не спалять, такі розробки не випустять із сейфу, їм не потрібен переділ грошей, миру, влади, впливу».
До цього часу прихильники розвитку атомної енергетики ставлять коронне питання: А де альтернатива атому? Слід очікувати запеклої протидії не лише прихильників ядерної енергетики, але всього паливно- енергетичного комплексу. Вони не пошкодують сил та засобів, щоб закопати проблему водневого палива разом із її ентузіастами.
Понад 90% водню одержують у нафтопереробних та нафтохімічних процесах. Також водень виробляється при перетворенні природного газу на синтез-газ. Процес отримання водню електролізом води – надзвичайно дорогий, за витратами енергії він дорівнює кількості енергії, одержуваної при згорянні водню в двигуні.
На сьогоднішній день, практично весь водень, що виробляється, використовується в різних нафтопереробних і нафтохімічних процесах.
З повітрям водень стійко займається широкому діапазоні концентрацій, що забезпечує стійку роботу двигуна усім швидкісних режимах.
У газах, що відпрацювали, практично відсутні оксиди вуглецю (СО і СО2) і незгорілі вуглеводні (СН), але викид оксидів азоту вдвічі перевищує викид оксидів азоту бензинового двигуна.
Через високу реакційну здатність водню є можливість проскоку полум'я у впускний трубопровід та передчасного займання суміші. З усіх варіантів усунення цього явища найоптимальнішим є упорскування водню безпосередньо в камеру згоряння.
Проблемою використання водню як моторного паливає його зберігання на автомобілі.
Система зберігання стисненого водню дозволяє зменшити об'єм бака, але з його масу через збільшення товщини стінки. Зберігання рідкого водню – складне завдання, враховуючи його низьку температурукипіння. Рідкий водень зберігають у ємностях із подвійними стінками.
При зберіганні водню у вигляді гідридів металів водень знаходиться в хімічно пов'язаному стані. Якщо як гідрид металу використовувати гідрид магнію, співвідношення між воднем і металом-носієм становить близько 168 кг магнію і 13 кг водню.
Висока температура самозаймання воднево-повітряних сумішей ускладнює використання водню в дизелях. Стійке займання може бути забезпечене примусовим підпалом від свічки.
Труднощі при використанні водню та висока його ціна призвели до того, що розробляється комбіноване паливо бензин-водень. Використання бензиново-водневих сумішей дозволяє на 50% знизити витрати бензину при швидкості 90 – 120 км/год та на 28% при їзді у місті.
- сайт -Коментарі:
Я за комбіноване паливо бензин-водень
А я за те, щоб використовувати мобільний реактор водню, як описано вище. І не треба боків та безпечно. В якості безпеки як відомо, можна використовувати гідрозатвор.
Ніхто і ніколи не зможе еапустити водень як паливо поки є нафта .... як можна отримати або подивитися креслення про встановку для пічного опалення ... ... ....
На початку статті йдеться про сірчану кислоту, потім ненароком згадується вода. То з якою рідиною матимемо справу та відповідні екологічні неоднозначності?
Я не хімік, прошу ногами не штовхати, якщо щось упустив.
Якщо використовувати сірчану кислоту певної середньої концентрації, після отримання електролізом з неї водню треба концентрацію кислоти якось утримувати. Можна просто доливати води і по ареометру стежити, але вода з водопроводу далека від дистилювання та випаровування оксиду сірки-6 у негерметичній системі теж напевно відбуватиметься, все ж таки газ. Спалювати ж водень в одержуваному паралельно кисні, щоб забезпечити герметичність, треба малими порціями, але і це вибухонебезпечно. Ідея хороша, треба спробувати – акумуляторний електроліт доступний, як і електромережа.
у Вов на дерижаблях в лененграді використовували водень а потім з них ж живили двигуни машин з лебідками
Забудьте, це все теорія, насправді все правильно, тільки водень по калорійності в 3 рази менше скажемо природного газу відповідно ККД такого двигуна нижче в 3 рази ніж скажемо на природному газі, тобто він буде гудіти на холостому, але не їхати. що про застосування самодостатнього водневого палива забудьте це утопія, а ось молекулярна інтенсивікація палива бензин, газ, солярів двигунах внутрішнього згоряння і в газотурбінних установках це перспективно економічно виправдано так як ККД двигунів зростає 2-3 рази, при скороченні витрати палива на 38-5 на 100 км реально.Все ці розкази про газ Брауна,Майера та інших ніщо так закони фізики поки працюють тесть отримати методом електролізу газ і на нм їздити не реально так як потужність борт мережі авто мало генератор типового авто видає максимум струм в 7.5А , Для стійкої роботи електролізера необхідна сила струму хоча б в 2 рази більше, значить ми посадимо акамулятор досить швидко і ще й вграємо як мінімум реле регулятор авто. Всі припливли. Але рішення все ж таки є. октанове числоводню 1000то відповідно його в двигун подавати треба дуже мало, тобто довести силу струму в електролізері до 3-4 ампер і готує бензинову або паливну суміш безпосередньо перед упорскуванням в камеру згоряння збагачуючи її отриманим гримучим газом. БМВ-520., Опель Аскона та інших протягом 5-7 років економія становила до 50% в залежності від виду палива двигуна, Збільшився моторесурс в 2 рази, потужність двигуна зросла як мінімум на 50%, відповідно збільшився крутний момент. Цікаве явище спостерігається витрата по паливу практично однакова що в міському що в заміському циклі. Машина стає жвава і дуже спритна, швидкість при базовому двигуніШкоди Октавія об'ємом 1.6 літра набирає швидкість до ста км за 12 сек, з молекулярним інтенсифікатором за 7 сек. максимальна швидкістьОктавії склала 195 км на годину при заводських налаштуваннях лише 120-130 з гірки. бензинових двигунахвбитих великим пробігомвиявилося що свічки запалювання суміші стають вічними, пройшли без заміни по 250 тис пробігу.
Н-на ~75% дає більше дж ніж бензин і ~50% більше ніж метан (можу помилятися).
Цікаво, який тиск створює в циліндрі Н?
HHO .prom.ua
Там збирають електролізери на продаж
автомобіль на водневому паливі вже в експлуатації. у світі понад 100 тисяч автомобілів їздить воднем.
Цікаво хто автор цього шедевра? Спочатку він пише: «В умовах будинку, взявши з мережі одну кіловат годину енергії, зможемо отримати 10 кВт годин теплової енергії для побутових потреб». Просто та зі смаком автор пропонує звичайний вічний двигун. Трохи нижче: "Процес отримання водню електролізом води - надзвичайно дорогий, за витратами енергії він практично дорівнює кількості енергії, що отримується при згорянні водню в двигуні". Очевидно, автор це писав різними руками, а права рука не знає, що пише ліва і навпаки.
Юрій.
Автор мав на увазі, що для влади та майна заможних генерація водню найбільш вигідна при синтезі з іншими речовинами. Але знову ж таки це цілі ланцюжки технологічних заходів не кажучи вже про дорогі обладнання. Способів маса але рентабельність треба рахувати. Я вважаю, що найбільш рентабельним є саме електроліз, бо вітряна енергія дуже дешева. А всі інші способи видобутку газ. об-водню можуть бути не рентабельними через знос обладнання та склад. Технолог. Процес..
По всьому світу катаються близько п'ятдесяти мільйонів авто, які їздять на бензині або дизельне паливо. Нафта не безмежна і отже постає питання — чим їздитимуть автомобілі через 30-40 років?
Яке паливо доступне
Почнемо з гібридних автомобілів. Вони поєднують невеликий двигун внутрішнього згоряння (ДВЗ) та електропривод з акумуляторними батареями. Енергія від двигуна та від гальмівної системиавтомобіля використовується для заряджання акумуляторів, що живлять електропривод. Типові гібридні двигунидозволяють на 20-30% ефективніше використовувати паливо порівняно з традиційними ДВЗ та викидають в атмосферу значно менше шкідливих речовин.
Як ми знаємо, без бензину гібриди далеко не поїдуть, тому цей варіант прибираємо. Електромобілі поки що здається оптимальним варіантом, але нормальних машинна електричній тязі мало. І запас ходу у них замалий, особливо якщо подорожуєте на дальні відстані. Вартість також велика. Цей варіант на майбутнє, а шукати альтернативне паливо треба зараз.
Далі за списком йдуть автомобілі на альтернативному паливі, на кшталт спиртового палива, біодизеля або етанолу. Цей варіант, на перший погляд, здається чудовим, до того ж створюються автомобілі на альтернативному паливі і вони добре себе показали. Але якщо всі машини пересадити на біопаливо, то подорожчають продукти харчування, т.к. для цього виду палива потрібні великі посівочні площі.
Інша річ – водень для заправки автомобілів. Він перспективніший з кількох причин: маса водневої батареї менша, перезаправка швидше, виробництво акумуляторів дорожче і вимагає більше різних екзотичних елементів, мережу заправних станцій організувати набагато простіше зарядні, є й інші плюси.
Електрика – паливо майбутнього?
Автомобілі компанії вже вкладають величезні гроші на розробку альтернативного палива, створюються електромобілі з великим запасом ходу. Якщо спочатку вони мали запас ходу не більше 100 кілометрів, то зараз деякі можуть похвалитися запасом без підзарядки до 300-400 кілометрів пробігу. Якщо навіть розвиватимуться технології та з'являться нові типи акумуляторних батарейдля електромобілів, запас можна збільшити до 500 км.
Застосовуваність електромобілів із великим запасом ходу цьому не обмежується. Потрібно будувати заправки по всьому світу, їх має бути велика кількість. Причому заправки мають бути швидкі, коли машина може «запитатися» електрикою за часом трохи більше 1 години (в ідеалі 10-20 хвилин). Зараз на повну підзарядку йде до 16-24 години залежно від ємності батарей.
Як розумієте, потрібно повністю змінювати дорожню мережу, і на це можуть піти великі нафтові компанії. Вони мають великою кількістюавто заправок. Потрібно лише поряд поставити колонки для заправки електромобілів. Тоді кількість машин на електричній тязі зросте, адже проблему дозаправки буде вирішено.
Виходячи зі сказаного: для електромобілів поки немає нормальних батарей, які були б всепогодні і приймали заряд хоча б за хвилини. До того ж електромобілі є дорогими для більшості автолюбителів. Але з часом і розвитком технологій їх вартість знизиться, вони стануть доступні для кожного.
Вступ
Дослідження Сонця, зірок, міжзоряного простору показують, що найпоширенішим елементом Всесвіту є водень (у космосі у вигляді розпеченої плазми він становить 70 % маси Сонця та зірок).
За деякими розрахунками, кожну секунду в глибинах Сонця приблизно 564 млн. тонн водню в результаті термоядерного синтезу перетворюються на 560 млн. тонн гелію, а 4 млн. тонн водню перетворюються на потужне випромінювання, яке сягає космічного простору. Немає побоювань, що на Сонці незабаром вичерпаються запаси водню. Воно існує мільярди років, а запас водню в ньому достатній для того, щоб забезпечити ще стільки років горіння.
Людина живе у воднево-гелієвому всесвіті.
Тому водень для нас дуже великий інтерес.
Вплив і користь водню в наші дні дуже велика. Майже всі відомі зараз види палива, крім, зрозуміло, водню, забруднюють довкілля. У містах нашої країни щороку відбувається озеленення, але цього, мабуть, недостатньо. У мільйони нових моделей автомобілів, що зараз випускаються, заливають таке паливо, яке випускає в атмосферу вуглекислий (СО2) та чадний (СО) гази. Дихати таким повітрям і постійно перебувати в такій атмосфері є дуже великою небезпекою для здоров'я. Від цього походять різні захворювання, багато з яких практично не піддаються лікуванню, а тим більше неможливо лікувати їх, продовжуючи перебувати в «зараженій». вихлопними газамиатмосфері. Ми хочемо бути здоровими, і, зрозуміло, хочемо, щоб покоління, які підуть за нами, теж не скаржилися і не страждали від постійного повітря, що забруднюється, а навпаки, пам'ятали і довіряли прислів'ю: «Сонце, повітря і вода – наші кращі друзі».
А поки що я не можу сказати, що ці слова виправдовують себе. На воду нам вже взагалі доводиться заплющувати очі, оскільки сьогодні, якщо навіть купувати саме наше місто, відомі факти, що з кранів тече забруднена вода, і пити її в жодному разі не можна.
Щодо повітря, то тут на порядку денному вже багато років стоїть не менш важлива проблема. І якщо уявити, хоч би на секунду, що все сучасні двигунибудуть працювати на екологічно чистому паливі, яким, зрозуміло, є водень, то наша планета стане на шлях, що веде до екологічного раю. Але це все фантазії та уявлення, які, на превеликий наш жаль ще не скоро стануть реальністю.
Незважаючи на те, що наш світ наближається до екологічної кризи, усі країни, навіть ті, які більшою мірою забруднюють своєю промисловістю довкілля, (ФРН, Японія, США, і як це не сумно – Росія) не поспішають панікувати та розпочинати екстрену політику з її очищення.
Скільки б ми не говорили про позитивний впливводню, на практиці це можна побачити не часто. Але все ж таки розробляється безліч проектів, і метою моєї роботи з'явилася не тільки розповідь про чудове паливо, але і про його застосування. Ця тема дуже актуальна, оскільки зараз мешканців не лише нашої країни, а й усього світу хвилює проблема екології та можливі шляхи вирішення цієї проблеми.
Водень на Землі
Водень – один із найпоширеніших елементів і на Землі. У земній корі з кожних 100 атомів 17 атоми водню. Він становить приблизно 0,88% від маси земної кулі (включаючи атмосферу, літосферу та гідросферу). Якщо згадати, що води на земній поверхні більше
1,5∙10 18 м 3 і що масова частка водню у воді становить 11,19 %, стає ясно, що сировини отримання водню Землі – необмежену кількість. Водень входить до складу нафти (10,9 – 13,8 %), деревини (6 %), вугілля (буре вугілля – 5,5 %), газу (25,13 %). Водень входить до складу всіх тварин та рослинних організмів. Він міститься й у вулканічних газах. Основна маса водню потрапляє в атмосферу внаслідок біологічних процесів. При розкладанні в анаеробних умовах мільярдів тонн рослинних залишків у повітря виділяється значна кількість водню. Цей водень в атмосфері швидко розсіюється та дифундує у верхні шари атмосфери. Маючи малу масу, молекули водню мають високою швидкістюдифузійного руху (вона близька до другої космічної швидкості) і, потрапляючи у верхні шари атмосфери, можуть відлетіти у космічний простір. Концентрація водню у верхніх шарах атмосфери становить 110 -4 %.
Що таке воднева технологія?
Під водневою технологією мається на увазі сукупність промислових методів та засобів для отримання, транспортування та зберігання водню, а також засобів та методів його безпечного використанняна основі невичерпних джерел сировини та енергії.
У чому ж привабливість водню та водневої технології?
Перехід транспорту, промисловості, побуту спалювання водню – це шлях до радикального вирішення проблеми охорони повітряного басейну від забруднення оксидами вуглецю, азоту, сірки, вуглеводнями.
Перехід на водневу технологію та використання води як єдине джерело сировини для отримання водню не може змінити не тільки водного балансу планети, але й водного балансу окремих її регіонів. Так, річна енергетична потреба такої високоіндустріальної країни, як ФРН, може бути забезпечена рахунок водню, отриманого з такої кількості води, що відповідає 1,5% середнього стоку річки Рейн (2180 л води дають 1 тут у вигляді H 2). Зазначимо принагідно, що на наших очах стає реальною одна з геніальних здогадів великого фантаста Жюля Верна, який вустами героя рому «Таємничий острів» (гол. XVII) заявляє: «Вода – це вугілля майбутніх століть».
Водень, що отримується з води, - один із найбільш енергонасичених носіїв енергії. Адже теплота згоряння 1 кг H 2 становить (за нижчою межею) 120 МДж/кг, тоді як теплота згоряння бензину чи кращого вуглеводневого авіаційного палива – 46 – 50 МДж/кг, тобто. в 2,5 рази менше 1 т водню відповідає за своїм енергетичним еквівалентом 4,1 тут, до того ж водень - паливо, що легко відновлюється.
Щоб накопичити викопне пальне на нашій планеті, потрібні мільйони років, а щоб у циклі одержання та використання водню з води отримати воду, потрібні дні, тижні, а іноді години та хвилини.
Але водень як паливо та хімічна сировина має і низку інших найцінніших якостей. Універсальність водню полягає в тому, що він може замінити будь-який вид пального в різних галузях енергетики, транспорту, промисловості, у побуті. Він замінює бензин а автомобільних двигунахгас у реактивних авіаційних двигунах, ацетилен у процесах зварювання та різання металів, природний газ для побутових та інших цілей, метан у паливних елементах, кокс у металургійних процесах (пряме відновлення руд), вуглеводні у ряді мікробіологічних процесів. Водень легко транспортується трубами і розподіляється по дрібним споживачам, його можна отримувати і зберігати в будь-яких кількостях. У той самий час водень – сировину низки найважливіших хімічних синтезів (аміаку, метанолу, гидразина), щоб одержати синтетичних вуглеводнів.
Як і з чого нині отримують водень?
У розпорядженні сучасних технологів є сотні технічних методіводержання водневого палива, вуглеводневих газів, рідких вуглеводнів, води. Вибір того чи іншого методу диктується економічними міркуваннями, наявністю відповідних сировинних та енергетичних ресурсів. У різних країнахможуть бути різні ситуації. Наприклад, у країнах, де є дешева надлишкова електроенергія, що виробляється на гідроелектростанціях, можна отримувати водень електролізом води (Норвегія); де багато твердого палива та дороги вуглеводні, можна отримувати водень газифікацією твердого палива (Китай); де дешева нафта можна отримувати водень з рідких вуглеводнів (Близький Схід). Однак найбільше водню одержують нині з вуглеводневих газів конверсією метану та його гомологів (США, Росія).
У процесі конверсії метану водяною парою, діоксидом вуглецю, киснем і оксиду вуглецю водяною парою протікають наступні каталітичні реакції. Розглянемо процес отримання водню конверсією газу (метану).
Одержання водню здійснюється у три стадії. Перша стадія - конверсія метану в трубчастій печі:
CH 4 + H 2 O = CO + 3H 2 – 206,4 кДж/моль
CH 4 +CO 2 = 2CO + 2H 2 - 248, 3 кДж/моль.
Друга стадія пов'язана з доконверсією залишкового метану першої стадії киснем повітря та введенням у газову суміш азоту, якщо водень використовується для синтезу аміаку. (Якщо виходить чистий водень, другий стадії може і бути).
CH 4 + 0,5O 2 = CO + 2H 2 + 35,6 кДж/моль.
І, нарешті, третя стадія – конверсія оксиду вуглецю водяною парою:
CO + H 2 O = CO 2 + H 2 + 41,0 кДж/моль.
Для всіх зазначених стадій потрібна водяна пара, а для першої стадії – багато тепла, тому процес в енерготехнологічному плані проводиться таким чином, щоб трубчасті печі зовні обігрівалися метаном, що спалюється в печах, а залишкове тепло димових використовувалося для отримання водяної пари.
Розглянемо, як це відбувається в промислових умов(Схема 1). Природний газ, що містить в основному метан, попередньо очищають від сірки, яка є отрутою для каталізатора конверсії, підігрівають до температури 350 - 370 o С і під тиском 4,15 - 4,2 МПа змішують з водяною парою у співвідношенні обсягів пар: газ = 3, 0: 4,0. Тиск газу перед трубчастою піччю, точне співвідношення пар: газ підтримується автоматичними регуляторами.
Порода, що утворюється, при 350 – 370 o C надходить у підігрівач, де за рахунок димових газів нагрівається до 510 – 525 o С. Потім парогазову суміш направляють на перший ступінь конверсії метану – в трубчасту піч, в якій вона рівномірно розподіляється по вертикально розташованими реакційним трубам (8). Температура конвертованого газу на виході з реакційних труб досягає 790 - 820 o С. Залишковий вміст метану після трубчастої печі 9 - 11% (об'ємн.). Труби заповнені каталізатором.
Зниження обсягу вуглеводнів та погіршення стану довкілля.
Найбільші мегаполіси світу зустрічають вас сірим виглядом: важкий зміг, що застиг над містом, утворений вихлопними газами.
Поряд із задимленням, у повітря виділяється вуглекислий газ, що змінює наш клімат на Землі.
Також багато держав замислюються про енергетичну незалежність.
Не турбуйтеся, автомобіль не зникне. Саме коли ви читаєте, сьогоднішні вчені досліджують паливо майбутнього. На чому працюватимуть двигуни майбутніх автомобілів? Розглянемо трьох найперспективніших кандидатів.
Водень – паливо космічної ери
- більш енергоємний ніж бензин або акумулятор для електромобіля;
- як вихлоп вода;
- швидко заправляється.
- дуже дорогий у виробництві;
- складність у зберіганні та транспортуванні;
- несумісність із сьогоднішньою інфраструктурою.
Підсумок:
На папері водень - дуже перспективне пальне, але висока вартість і проблеми зі зберіганням не дають можливості його широкого використання в найближчому майбутньому.
Коли вченим знадобилося паливо для космічної галузі, вони звернули увагу на водень. Водневі паливні елементи використовувалися, щоб привести в дію електроніку в командних модулях, включаючи місію 1969 року, де люди вперше висадилися на Місяць.
Енергоблоки хоч і виглядають незвично, проте дуже схожі на батареї. Вони також виробляють електрику, що дає підставу вважати автомобіль, що працює на подібному елементі електромобілем. Для вироблення електроенергії в паливних елементах взаємодіють дві хімічні речовини.
Можуть використовуватися й інші, включаючи метанол та етанол. Але, як правило, застосовується водень, оскільки має високу енергоємність на одиницю ваги, а побічним продуктомє вода. Тому якщо у вас водневий автомобіль, можна пити його вихлоп.
Паливні елементи майже не обмежені розмірами та можуть застосовуватись у різних транспортних засобах.
Але не все так райдужно. На жаль, водневі паливні елементи мають серйозні недоліки.
По-перше, енергія у них не зберігається.
По-друге, немає великих природних джерел чистого водню Землі, на відміну копалин палива. Це означає, що він має проводитися з нуля. Також водень – дуже енергоємна речовина. Ця перевага стає і недоліком, оскільки потребує великих витрат енергії для виробництва.
Незважаючи на деякі перспективні нові технології, сьогодні в майже кожному мислимому промисловому сценарії вартість водню перевищує ціну бензину.
Крім того, водень – газ. Для використання він повинен перебувати в стислому стані при високому тиску, що ускладнює зберігання та транспортування. Наприклад, для збереження 5 кг водню потрібен великий 171 літровий бак, що утримує газ при тиску в 340 разів, що перевищує атмосферне.
Заправка транспорту стисненим газом потребує дорогої інфраструктури. Воднева заправна станціякоштує приблизно 2 мільйони доларів США. Додайте витрати на транспортування та виробництво водню. Все це вимагатиме значних довгострокових інвестицій.
Тим не менш, багато автовиробників створили прототипи автомобілів на водневих паливних елементах, включаючи Фіат, Volkswagen і BMW. А Пежо-Сітроен навіть виробив квадроцикл, що працює на водні.
Батареї – висока напруга насправді
- відсутність вихлопу;
- практично безшумна робота;
- для заряджання використовується електромережа;
- батареї вже запущені у масове виробництво.
- великі габарити;
- важкі;
- довгий часзаряджання;
- Більшість електрики багатьох країн проводиться працюючими на вугіллі ТЕС.
Підсумок:
Електромобіль – давня мрія винахідника. З правильним урядом та промисловою підтримкою він давно став би масовим. Є багато теорій змови про те, що занапастило «чистий» автомобіль. Але будь-яка історія про електромобілі має починатися з обговорення енергоносіїв.
Після 20-річного технологічного шляху сьогодні золотою дитиною є літій-іонний акумулятор. Він значно легше, тримає більше енергії і ефективніший, ніж попередні батареї. Вони використовуються у всій побутовій електроніці.
Все ж таки сьогоднішні самі найкращі батареївиробляють значно менше енергії, ніж водень чи бензин. Середній запас ходу електромобіля становить 60 км. Тому технології чистої енергіїє доповненням до традиційних.
Хоча можливості електромобілів постійно розширюються. Наприклад, Міні-E проїжджає 240 км на одній зарядці. Але Міні-E – крихітний автомобіль із великою батареєю вагою понад 300 кг, через яку проектувальникам довелося пожертвувати задніми сидіннями.
Крім жахливого модельного ряду, є й інший недолік. Акумулятори дуже не поспішають заряджатися.
Однак, щоб упоратися з різними проблемами, впроваджуються технологічні інновації. Ізраїльська компанія пішла незвичайним шляхом: створення пунктів заміни відпрацьованих акумуляторних батарей.
Інші рішення включають використання потужних станцій, де час заряду може бути знижено до тридцяти хвилин. Також існує можливість зарядити спеціальні батареї лише за 10 секунд, використовуючи дуже висока напруга. Але якщо щось піде не так, існує небезпека отримати серйозну шкоду здоров'ю.
У сукупності, перераховані вище технічні проблемивбили перший електромобіль масового виробництва- EV-1 GM.
Все ж таки прогрес не стоїть на місці. Багато компаній світу досліджують нові типи елементів для створення більш енергоємних та простих в обслуговуванні акумуляторних батарей. І недовга та година, коли ми перестанемо дихати міським смогом.
Біопаливо – мати-природа для порятунку
- відсутня потреба у новій інфраструктурі;
- поновлюється;
- являє собою нейтральний вуглець;
- виробляється та застосовується.
- може завдати шкоди старішим автомобілям;
- конкуренція із виробництвом продуктів харчування;
- Необхідно багато біомаси задоволення світової потреби.
Підсумок:
Сьогодні біопаливо вже використовується. З подальшим розвиткомтехнологій та збільшенням виробництва його застосування тільки зростатиме. Незважаючи на всі перспективи, вплив на навколишнє середовище є предметом інтенсивного обговорення.
Біопаливо – будь-яке паливо, отримане з біологічних матеріалів, наприклад, таких як тріска, цукрова або рослинна олія. Біогорюче від традиційного відрізняється двома важливими властивостями.
При видобутку та спалюванні копалин енергоресурсів додатково виділяється вуглекислий газ і накопичується в атмосфері. А біопаливо виготовлено із сільськогосподарських культур, які використовують двоокис вуглецю із навколишнього середовища для фотосинтезу. Тому при використанні біопалива новий вуглекислий газ не виділяється (нейтральний вуглець), що не призводить до кліматичних змін.
Крім усього, для біопалива сировина вирощується.
Але кілька екологічних «брудних плям» псують райдужну картину.
Для перетворення біологічного матеріалу на біопаливо необхідний виробничий процеспотребує витрати енергії. І якщо вона не з відновлюваного джерела, виробництво викликає забруднення.
Друга проблема полягає в тому, що заміна копалин у світі на біопаливо вимагає величезної кількості нової біомаси. Це може значно зменшити світові продовольчі запаси. Етанол зазвичай виробляється із зерна. Є непродовольчі джерела, наприклад, пальмова олія. Але вони часто спричиняють знищення незайманих лісів.
Хороші новини про те, що існує широкий вибір біологічного матеріалу для створення різних видівбіопального. Метан, паливні добавки у вигляді етанолу, важче дизельне паливо.
Напрямок отримує значну суму урядових субсидій, оскільки біопаливо сумісне з існуючими двигунами внутрішнього згоряння. Тому не потрібно ніякої нової інфраструктурита автомобілів.
Виробники зосередили зусилля створення етанолу з целюлози, неїстівних частин рослин. У цьому дві переваги. По-перше, відсутня конкуренція із виробництвом продуктів харчування. По-друге, целюлоза – найбагатший біологічний матеріал Землі.
У багатьох країнах використовують біодобавки. Наприклад, в Австралії етанол об'єднаний з бензином у 10% суміш, відому як E10. Майже всі автомобілі, зроблені після 1986 року, можуть безпечно їздити на ній. Біодизель – інша паливна суміш(B10).
Яким буде паливо майбутнього?
Коли запаси викопних енергоресурсів скоротяться до критичних обсягів, переможе найдешевша та найшвидша у реалізації альтернатива.
Тому біопаливо нині очолює гонку. Воно вже у продажу, широко використовується та знижується в ціні за рахунок зростання виробництва. Електромобілі їдуть другим із невеликим відривом. Водневі автомобілібез інфраструктури плетуться на останньому місці.
Хоча раптовий технологічний прорив, такий як дешевий спосіб зберігати велику кількість водню, може змінити гру.
