Vesiniku ja hapniku segu kui energeetiliselt kõige suurema mahutavusega mootorit soovitas kasutada K. E. Tsiolkovsky 1903. aastal. Vesinikku kasutatakse juba kütusena: autodele (alates poolteist Toyota Mirai), reaktiivlennukitele (Heinkelist Tu-155), torpeedodele (GT 1200A kuni Shkval), rakettidele (Saturnist kuni Burana ). Uusi aspekte avab metallilise vesiniku tootmine ja Rossi reaktori praktiline rakendamine. Lähitulevikus on tehnoloogia arendamine odava vesiniku saamiseks Musta mere vesiniksulfiidist ja otse Maa degaseerimise allikatest. Vaatamata naftalobistide vastuseisule, oleme sisenemas vääramatult vesinikuajastu!
Tarbimise muutmine - koos muudame ka maailma!
Vesinikkütuse plussid ja miinused
Vesinikkütusel on mitmeid funktsioone:
- Vesiniku soojusülekanne on 250% suurem kui kütuse ja õhu segul.
- Pärast vesiniku segu põlemist tekib väljalaskeavas ainult aur.
- Süütereaktsioon on kiirem kui teiste kütuste puhul.
- Tänu detonatsiooni stabiilsusele on võimalik survesuhet tõsta.
- Sellise kütuse ladustamine toimub vedelal või kokkusurutud kujul. Paagi purunemise korral aurustub vesinik.
- Hapnikuga reageeriv gaasi osa on madalam kui 4%. Tänu sellele funktsioonile on mootori töörežiime võimalik reguleerida püsivuse doseerimise teel.
- Vesinikkütuse mootori kasutegur ulatub 90 protsendini. Võrdluseks: diiselmootori kasutegur on 50% ja tavapärase sisepõlemismootori - 35%.
- Vesinik on lenduv gaas, nii et see satub väikseimatesse tühimikesse ja õõnsustesse. Sel põhjusel suudavad vähesed metallid selle hävitavat mõju taluda.
- Kui mootor töötab, on vähem müra.
Esimene vesinikumootor hakkas NSV Liidus tööle 1941. aastal
Te võite olla üllatunud, kuid tavalise "veoauto" esimene mootor alustas 1941. aasta septembris Leningradis vesiniku kallal töötamist! Noor nooremtehnik-leitnant Boris Shchelishch, kes vastutas paisu õhupalli tõusu eest, kästi bensiini ja elektri puudumisel korraldada vintside töö. Kuna õhupallid olid vesinikuga täidetud, tekkis tal idee seda kütusena kasutada.
Reklaamvideo:
Ohtlike katsete ajal põles kaks õhupalli, plahvatas gaasiballoon ja Boris Isaakovitš sai ise koorešoki. Pärast seda, õhk-vesinik "plahvatusohtliku" segu ohutuks kasutamiseks leiutas ta spetsiaalse veetõkke, mis välistas süüte mootori sisselasketorus välgu korral. Kui kõik lõpuks välja kujunes, saabusid sõjaväe juhid, tegid kindlaks, kas süsteem töötab korralikult, ja käskisid kõik aerostaatilised vintsid 10 päeva jooksul uuele kütuseliigile üle viia. Piiratud ressursse ja aega silmas pidades kasutas Shchelishch nutikalt veekindluse tegemiseks kasutuselt kõrvaldatud tulekustuteid. Ja tõkkepuu õhupallide tõstmise probleem lahendati edukalt!
Boriss Isaakovitš sai "Punase Tähe" ordeni ja saadeti Moskvasse, tema kogemusi kasutati pealinna õhutõrjeüksustes - 300 mootorit viidi "räpasesse vesinikku", anti välja leiutaja sertifikaat nr 64209. Nii tagati NSV Liidu prioriteet tuleviku energeetika arendamisel. 1942. aastal näidati blokaadi tingimustele kohandatud varustuse näitusel ebaharilikku autot. Samal ajal töötas tema mootor 200 tundi suletud ruumis peatumata. Heitgaasid - tavaline aur - ei reostanud õhku.
1979. aastal E. V. Šatrovi teadusliku järelevalve all. NAMI töötajate loominguline meeskond, kuhu kuuluvad V. M. Kuznetsov Ramenskiy A. Yu., Kozlova Yu. A. töötati välja ja testiti vesiniku ja bensiinil töötava mikrobuss RAF prototüüpi.
Testid RAF 22031 (1979).
Vesinikperoksiid veealused sõidukid
Aastatel 1938-1942 ehitati Kieli laevatehastes inseneri Walteri juhtimisel eksperimentaalne paat U-80, mis töötas vesinikperoksiidi kallal. Katsetel näitas laev kogu veealust kiirust 28,1 sõlme. Peroksiidi lagunemise tulemusel saadud vee- ja hapnikuauru kasutati turbiinis töövedelikuna, mille järel need eemaldati üle parda.
Joonisel on tavaliselt näidatud vesinikuperoksiidmootoriga allveelaeva seade.
Kokku õnnestus sakslastel Permi Riiklikust Tehnikaülikoolist ehitada 11 paati.
Pärast Hitleri Saksamaa lüüasaamist Inglismaal, USA-s, Rootsis ja NSV Liidus tehti tööd Walteri plaani praktiliseks rakendamiseks. Antipini disainibüroosse ehitati Walteri mootoriga nõukogude allveelaev (projekt 617).
Kuulus VA-111 VEEVORMIGA TORPEDA ROCKET "SHKVAL".yes.
Vahepeal on tuumaenergia areng võimaldanud paremini lahendada võimsate allveelaevade mootorite probleemi. Ja neid ideid rakendati edukalt torpeedomootorites. Walter HWK 573. (maailma esimese juhitud laevavastase õhu ja pinna vaheline rakett GT 1200A veealune mootor, mis tabab laeva veepiirist allapoole). Libiseva torpeedo (UAB) GT 1200A veealune kiirus oli 230 km / h, mis oli NSVLi kiirtorpeedo "Shkval" prototüüp. DBT torpeedo asus teenistusse 1957. aasta detsembris, töötas vesinikperoksiidil ja arendas kiirust 45 sõlme, mille purjetamisulatus on kuni 18 km.
Gaasigeneraator tekitab kavitatsioonpea kaudu objekti keha ümber õhumulli (auru-gaasimulli) ning hüdrodünaamilise takistuse (veekindluse) languse ja reaktiivmootorite kasutamise tõttu saavutatakse vajalik veealune liikumiskiirus (100 m / s), mis on mitu korda suurem kui kiireima tavapärase torpeedo kiirus. Tööks kasutatakse hüdroreaktiivset kütust (leelismetallid eraldavad veega kokkupuutel vesinikku).
Vesiniku Tu-155 on püstitanud 14 maailmarekordit
Teise maailmasõja ajal lõi "Heinkeli" ettevõte terve rea reaktiivlennukit Walter Walteri HWK-109-509 mootori alla, mille tõukejõud oli 2000 kgf ja mis töötas vesinikperoksiidil.
Venemaal oli see üsna edukas, kuid kahjuks ei saanud sellest juba eelmise sajandi 80ndate lõpus "ökoloogiliste" lennukite loomise jadakogemuseks. Maailmale esitleti Tu-155 (katsemudel Tu-154), mis töötab veeldatud vesinikul ja seejärel veeldatud maagaasil. 15. aprillil 1988 viidi lennuk esimest korda taevasse. Ta püstitas 14 maailmarekordit ja läbis umbes sada lendu. Siis aga läks projekt “riiulile”.
1990-ndate lõpus ehitati Gazpromi tellimusel Tu-156 veeldatud bensiinimootorite ja traditsioonilise petrooleumiga. See lennuk sai sama saatuse kui Tu-155. Kas te kujutate ette, kui raske on isegi Gazpromil võidelda naftafuajeega!
Vesinikuautod
Vesinikkütusega autod jagunevad mitmeks rühmaks:
- Puhta vesiniku või õhu / kütuse segudega töötavad sõidukid. Selliste mootorite eripära on puhas heitgaas ja efektiivsuse suurenemine kuni 90%.
- Hübriidautod. Neil on ökonoomne mootor, mis on võimeline töötama puhta vesiniku või bensiini seguga. Sellised sõidukid vastavad Euro-4 standardile.
- Autod, millel on sisseehitatud elektrimootor, mis juhib vesinikuandurit sõidukil.
Vesinikkütusega sõidukite peamine omadus on viis, kuidas kütus suunatakse põlemiskambrisse ja süüdatakse.
Järgmisi vesinikusõidukite mudeleid toodetakse juba seeriaviisiliselt:
- Ford Focus FCV;
- Vesinik Mazda RX-8;
- Mercedes-Benzi A-klass;
- Honda FCX;
- Toyota Mirai;
- Bussid MAN Lion City ja Ford E-450;
- kahekütuseline hübriidsõiduk BMW Hydrogen 7.
Sarnane vesinikuauto Toyota * Mirai *.
See auto võib kiirendada kiiruseni 179 km / h ja 100 km / h kiirendab auto 9,6 sekundiga ning mis kõige tähtsam - see on võimeline sõitma 482 km ilma täiendava tankimiseta.
BMW kontsern esitas oma versiooni vesinikuautost. Uut mudelit on testinud tuntud kultuuritegelased, ärimehed, poliitikud ja muud populaarsed isiksused. Testid on näidanud, et uuele kütusele üleminek ei mõjuta sõiduki mugavust, ohutust ja dünaamikat. Vajadusel saab kütuseliike vahetada ühelt teisele. Vesiniku7 kiirus - kuni 229 km / h.
Honda Clarity on Honda kontsernist pärit auto, mis hämmastab oma jõuvaruga. See on 589 km pikk, millega ei saa kiidelda ükski teine vähese heitkogusega sõiduk. Tankimine võtab aega kolm kuni viis minutit.
Kodune energiajaam III on kompaktne seade, mis sisaldab kütuseelemente, vesiniku säilitamise silindrit ja maagaasireformi, mis eraldab gaasitorust H2.
Selle seadme abil muudetakse majapidamisvõrgust pärit metaan vesinikuks. Ja tema - maja elekter. Koduse energiajaama kütuseelementide võimsus on 5 kilovatti. Lisaks sellele on sisseehitatud gaasiballoonid omamoodi energia salvestamiseks. Taim kasutab seda vesinikku koduvõrgu tippkoormuste juures. Toodab tunnis 5 kW elektrienergiat ja kuni 2 m3 vesinikku.
Vesinikkütusega sõidukite puuduste hulka kuuluvad:
- elektrijaama mahukus kütuseelementide kasutamisel, mis vähendab sõiduki juhitavust;
- vesinikelementide endi kõrge hind tuleneb nende koostises olevast pallaadiumist või plaatinast;
- projekteerimise ebatäiuslikkus ja ebakindlus kütusemahutite valmistamiseks kasutatavas materjalis, mis ei võimalda pikka aega vesinikku säilitada;
- vesiniku tankimise puudumine, mille infrastruktuur on kogu maailmas väga halvasti arenenud.
Seeriatootmise korral ületatakse suurem osa neist kujundus- ja tehnoloogilistest puudustest ning vesiniku tootmise arendamisel mineraalina ja tanklate võrguga vähenevad selle kulud märkimisväärselt.
2016. aastal ilmus esimene vesinikkütusega rong, mis on Saksa ettevõtte Alstom vaimusünnitus. Uus Coranda iLint on kavas startida marsruudil Buxtehudest Alam-Saksi Cuxhaveni.
Tulevikus on plaanis asendada Saksamaal 4000 diiselrongi selliste rongidega, mis liiguvad teelõikudel ilma elektrifitseerimiseta.
Algne vesinikuratas anti välja Prantsusmaal. (Prantsuse Pragma). Sa täidad ainult 45 grammi vesinikku ja lähed! Kütusekulu on umbes 1 gramm 3 kilomeetri kohta.
Vesinik astronautikas
Kütuseks paaris vedela hapnikuga (LC) pakkus 1903. aastal välja K. E. Tsiolkovsky vedel vesinik (LH). See on põlev, suurima eriimpulsiga (mis tahes oksüdeerija jaoks), mis võimaldab raketi võrdse stardimassiga kosmosesse lasta palju suurema kasuliku massi. Vesinikkütuse kasutamisel olid siiski objektiivsed raskused.
Esimene on selle vedeldamise keerukus (1 kg LH tootmine maksab 20–100 korda rohkem kui 1 kg petrooleumi).
Teine - mitterahuldavad füüsikalised parameetrid - äärmiselt madal keemistemperatuur (-243 ° C) ja väga madal tihedus (LH on 14 korda kergem kui vesi), mis mõjutab negatiivselt selle komponendi hoiustamisvõimet.
1959. aastal andis NASA välja suure tellimuse Centauruse hapniku-vesinikuüksuse kavandamiseks. Seda kasutati selliste kanderakettide nagu Atlas, Titan ja Saturn raske rakett ülemiste astmetena.
Vesiniku ülimadala tiheduse tõttu kasutasid kaatrite esimestes (suuremates) etappides muid (vähem tõhusaid, kuid tihedamaid) kütuseliike, näiteks petrooleumi, mis võimaldas vähendada suurust vastuvõetavaks. Sellise "taktika" näide on rakett Saturn-5, mille esimeses etapis kasutati hapniku / petrooleumi komponente ning teises ja kolmandas etapis - hapniku-vesiniku mootorid J-2, tõukejõuga 92104 tonni.
Toon näitena Apollo 11 turuletoomise video:
Salvestuse 4. minutil eraldatakse 1. lava ja luuakse illusioon, et teise etapi mootorid ei tööta, see tekitas palju kuulujutte ebareaalsest Kuule lendamisest. Tegelikult on vesiniku põlemine ülemises atmosfääris "värvitu", leek muutub märgatavaks, kui mõni ese või värvitükid sellele pihta satuvad.
Süsteemis "Kosmosesüstik" töötas 2. etapp ka hapniku / vesiniku paariga.
Meie riigi astronautika kiire arengu ajastul kasutati laialdaselt ka vesinikkütusega vedelkütusega rakettmootoreid.
Metalliline vesinik
5. oktoobril 2016 saadi Harvardi ülikooli füüsikalaboris metalliline vesinik. Selleks oli vaja 495 gigapaskalit. Kui põlemiskambri (6000 K) stabiilsuse ja jahutuse probleem on lahendatud, muutub metalliliseks vesinikuks paljutõotavam raketikütus.
Teadlased usuvad, et metalliline vesinik annab mootorites impulsi 1000–1700 sekundit. (Kaasaegsetes rakettmootorites on seni saavutatud impulss 460 sekundit). Lisaks on metallilise vesiniku hoidmiseks vaja väikeseid mahuteid, mis võimaldavad teha üheastmelisi rakette, et viia kosmosesse nimikoormus, see avab kosmoseuuringute uue ajastu!
Teemantide saamine
Vesinik on teemantide tootmisel leidnud veel ühe tähelepanuväärse rakenduse. Väheneva rõhuga vesiniku ja metaani vedeliku areng väljendub vesiniku ja metaani iseoksüdatsioonis (sügavas põlemises) C-H-O süsteemis teemantide, vee ja CO moodustumisega. Selle protsessi eredaks kinnituseks on C-H-O vedelikusüsteemist (mille pooljuhid tähistavad mikroelektroonika tulevikku) väljakujunenud kalliskvaliteediliste teemantide kaal, mis kaaluvad kuni 4 karaati, ja kilekatete tootmine. Vaadake artiklit Diamond Carbonado, tuleviku kõige väärtuslikum pooljuht.
Termiline reaktor Rossi
Itaalia leiutaja Andrea Rossi viis teaduskonsultandi füüsiku Sergio Fokardi toel läbi eksperimendi:
Kui mitu grammi niklit (Ni) lisati suletud torusse, lisati 10% liitiumalumiiniumhüdriidi, katalüsaatorit ja kapsel täideti vesinikuga (H2). Pärast kuumutamist temperatuurini umbes 1100–1300 ° C püsis toru paradoksaalsel kombel terve kuu kuumana ja eraldunud soojusenergia oli mitu korda suurem kui soojendamisel kulutatud!
Venemaa rahvaste sõpruse ülikoolis (RUDN) 2014. aasta detsembris toimunud seminaril teatati selle protsessi edukast kordamine Venemaal:
Analoogia põhjal valmistatakse kütusetoru:
Katse järeldused: energia eraldumine on 2,58 korda suurem kui tarbitud elektrienergia.
Nõukogude Liidus tehti CNS-i tööd alates 1960. aastast mõnes disainibüroos ja uurimisinstituudis riigi korraldusel, kuid "ümberkorraldamise" rahastamine peatati. Praeguseks on eksperimente edukalt läbi viinud sõltumatud teadlased - entusiastid. Rahastamine toimub Venemaa kodanike kollektiivide isiklikul kulul. Üks harrastajate gruppidest töötab NV Samsonenko juhtimisel RUDNi ülikooli "Insenerikorpuse" hoones.
Nad viisid läbi rea kalibreerimisteste elektrikeriste ja kütuseta reaktoriga. Sel juhul võrdub ootuspäraselt vabanenud soojusvõimsus tarnitud elektrienergiaga.
Põhiprobleemiks on pulbri paagutamine ja reaktori lokaalne ülekuumenemine, mille tõttu küttemähis põleb läbi ja isegi reaktor ise võib läbi ja läbi põleda.
Kuid A. G. Parkhomovil õnnestus teha pikaajaline reaktor. Küttekeha võimsus 300 W, kasutegur = 300%.
Termotuumareaktsioon 28Ni + 1H (ioon) = 29Cu + Q soojendab Maad seestpoolt
Maa sisemine tuum sisaldab niklit ja vesinikku temperatuuril 5000 K ja rõhul 1,36 Mbar, nii et Maa sisemuses on olemas kõik termotuumareaktsiooni tingimused, mida Rossi reaktoris katseliselt korratakse! Selle reaktsiooni tulemusel saadakse vask, mille ühendeid leidub Maa paisumise "mustade suitsetajate" tsoonides (ookeani keskel) vesinikujulises voolus.
Tume vesinik
2016. aastal suutsid USA ja Suurbritannia teadlased, luues kohese kokkusurumise ajal 1,5 miljoni atmosfääri rõhu ja mitme tuhande kraadi temperatuuri, saada vesiniku kolmanda vahepealse oleku, milles sellel on samaaegselt nii gaasi kui metalli omadused. Seda nimetatakse "tumedaks vesinikuks", kuna selles olekus ei edasta see erinevalt infrapunakiirgusest nähtavat valgust. "Tume vesinik" sobib vastupidiselt metallile suurepäraselt hiiglaslike planeetide struktuuri mudelisse. Ta selgitab, miks nende ülemine atmosfäär on märkimisväärselt soojem, kui see peaks olema, kandes energiat tuumast üle ning kuna sellel on märkimisväärne elektrijuhtivus, mängib see sama rolli nagu välimine tuum Maal, moodustades planeedi magnetvälja!
Vesiniku tootmine Musta mere sügavustest
Jumal varustas Krimmi maad mitte ainult kõige ilusama ja mitmekesisema loodusega, vaid ka mitmesuguste mineraalide, sealhulgas süsivesinike piisavate varudega. Kuid meie poolsaar sõna otseses mõttes "supleb" maailma suurimas looduslike gaaside veehoidlas, see on Must meri.
Sügavad kihid - alla 150 m - koosnevad vesinikku sisaldavatest ühenditest, millest põhiosa moodustab vesiniksulfiid. Ligikaudsete hinnangute kohaselt võib vesiniksulfiidi üldsisaldus Mustal merel ulatuda 4,6 miljardi tonnini, mis omakorda on potentsiaalne 270 miljoni tonni vesinikuallikas!
On patenteeritud mitu vesiniksulfiidi lagundamise meetodit vesiniku ja väävli (H2S H2 + S - Q) saamiseks, sealhulgas vesiniksulfiidi sisaldava gaasi kokkupuude tahke materjali kihi kaudu, mis on võimeline seda lagunema, vesiniku eraldumisega ja väävlit sisaldavate ühendite moodustumisega materjali pinnale rõhul 15 atmosfääri ja temperatuuril 400 ° C.
Kõige paljutõotavam on spetsiaalsete hüdrofoobsete membraanifiltrite väljatöötamine, mis eraldavad vesiniku teistest gaasidest otse sügavusele. Lõppude lõpuks imbuvad väikseimad molekulid kergesti läbi metallide ja isegi graniidimassides elavad vesinikust toituvate bakterite kolooniad!
Unistagem … Kujutame ette, et kümne aasta pärast rajatakse Krimmi lõunaranniku ühele neemele, kus merepõhi langeb järsult enam kui 200 meetri sügavusele, väikese jaama. Torude varrukad ulatuvad selleni merest, mille otstes on vesiniksulfiidieraldajad. Pärast puhastamist juhitakse vesinikku autotranspordi tanklate võrku ja koostootmise soojuselektrijaama. Taime lähedal asub farm, kus kasvatatakse anaeroobseid mikroorganisme vesiniku atmosfääris, mille mitoos toimub suurusjärgus kiiremini kui nende tavalistel kolleegidel. Nende biomassi kasutatakse loomasööda ja väetiste tootmiseks.
Maailm siseneb vääramatult vesinikuajastu
Venemaa Teaduste Akadeemia akadeemik, Vene Föderatsiooni presidendi nõunik Sergei Glazjev rõhutas: „Kondratõjevi iga majandustsüklit iseloomustab tema enda energiakandja: esiteks küttepuud (orgaaniline süsinik), kivisüsi (süsinik), seejärel õli ja kütteõli (rasked süsivesinikud), seejärel bensiin ja petrooleum (keskmised süsivesinikud), nüüd gaas (kerged süsivesinikud) ja puhas vesinik peaks saama järgmise majandustsükli peamiseks energiakandjaks!"
Vesiniku rakendused on tohutud, mitmetahulised, energeetiliselt kasulikud, keskkonnasõbralikud ja väga paljulubavad. Meie lapsed sõidavad juba vesinikkütusega tootmisautodega, kasutavad vesinikutehnoloogia abil valmistatud teemantmikroprotsessoreid, metalliline vesinik paneb revolutsiooni astronautikas ja Rossi reaktorite arendamine energeetikas!
Algselt hüdriidse Maa (V. N. Larin) teooria tunnustamine viib H2 fossiilsete lademete avastamiseni, mis vähendab tunduvalt selle saamise kulusid. Ja hoolimata nafta-lobistide vastuseisust, kes Maad kahjulike heitmetega "lämmatavad", oleme paratamatult sisenemas vesinikuajastu!
Autor: Igor Dabakhov
