H2O Водородное топливо
H2O Водородное топливо

Автомобильное водородное топливо, оборудование, технологии получения и применения на практике. Сохранение тайны воды – это крупнейший капитал из капиталов. По этой причине любой опыт, служащий её раскрытию, беспощадно подавляется и уничтожается в зародыше
 
ФорумФорум  ПорталПортал  РегистрацияРегистрация  ВходВход  
У Настоящего мужчины, на первом месте всегда водород! Менделеев Д.И

Начать новую тему   Ответить на тему
Поделиться | 
 

 Разворот на водород

Предыдущая тема Следующая тема Перейти вниз 
АвторСообщение
Admin
Admin
avatar

Мужчина

СообщениеТема: Разворот на водород   Чт 4 Ноя 2010 - 2:32

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть эту ссылку]

Разворот на водород

Эксперимент по получению водорода из воды с помощью солнечной энергии (Университет Нового Южного Уэльса, Австралия). В этой технологии солнечный свет сначала преобразуется в электричество, которое уже разлагает воду на кислород и водород в присутствии катализатора (диоксида титана)
В качестве перспективного горючего водород начал рассматриваться уже в середине прошлого века, а до этого он успел поработать в дирижаблях и сварочных аппаратах, ныне же часто трудится в роли одного из самых эффективных аккумуляторов энергии. Внедрение водорода в качестве горючего долго тормозилось его взрывоопасностью, а самое главное, себестоимостью его добычи. Но скоро ситуация может резко измениться
Впервые водород в чистом виде выделил 240 лет назад английский химик Генри Кавендиш. Свойства полученного им газа были настолько удивительны, что ученый принял его за легендарный «флогистон», «теплород» — вещество, по канонам науки того времени определявшее температуру тел. Он прекрасно горел (а огонь считался почти чистым флогистоном), был необычайно легок, в 15 раз легче воздуха, хорошо впитывался металлами и так далее. Однако другой великий химик, француз Антуан-Лоран Лавуазье, уже в 1787 году доказал, что полученное Кавендишем вещество — вполне обычный, хотя и очень интересный химический элемент. Свое название водород получил оттого, что при горении давал не дым, сажу и копоть, а воду. Кстати, именно эта его особенность больше всего привлекает сегодняшних экологов и «зеленых».
В 1937 году самый большой в мире дирижабль «Гинденбург», заполненный водородом, сгорел дотла Вплоть до конца XIX века получение водорода было делом достаточно хлопотным. Добывали его в мизерных количествах, растворяя обычные металлы в кислотах, а также щелочные и щелочноземельные в воде. Только после того, как электричество начали производить в промышленных масштабах, появилась возможность относительно легко добывать его тоннами с помощью электролиза. Выглядит электролитический процесс примерно так: в ванну с водой опускают два электрода, на одном — положительный потенциал, на другом — отрицательный. На плюсе в результате прохождения тока выделяется кислород, а на минусе — водород.
Наработав в достаточном количестве этот легкий газ, люди сначала приспособили его для воздушных полетов. В этом качестве первый элемент Таблицы Менделеева применяли вплоть до 1937 года, когда в воздухе сгорел крупнейший в мире, в два футбольных поля размером, заполненный водородом немецкий дирижабль «Гинденбург». Катастрофа унесла жизни 36 человек, и на таком использовании водорода был поставлен крест. С тех пор аэростаты заправляют исключительно гелием. Гелий — газ, увы, более плотный, но зато негорючий.
Погремушка
В 1944 году американские военные попытались использовать его в качестве ракетного топлива. Помешала делу высокая взрывоопасность газа: стоило совсем немного отклониться от нормальной работы двигателей или допустить малейшую протечку, и мирный водород мигом превращался в зловещий «гремучий газ». В результате ракеты не долетали до цели, взрываясь прямо на старте. По той же причине американцам не удалось в 50-е годы прошлого века построить водородный самолет, а в 70-е, во времена нефтяного кризиса, — водородный эсминец.
В этом смысле дела в СССР, основном тогдашнем конкуренте Штатов в области водородной энергетики, были более успешны. Советские ученые решили добывать из водорода энергию в виде электричества, напрямую окисляя его в водной среде, а не поджигая в смеси с кислородом. Для этого они использовали топливные элементы, в которых водород на специальной ионообменной мембране соединялся с кислородом, в результате чего получались вода и электричество. Технология оказалась настолько удобной, что сейчас без участия топливных элементов не проходит ни одна серьезная космическая экспедиция.
Спортивный концепт BMW H2R, оборудованный водородным двигателем от BMW 760i, на выставке в Южной Корее в 2005 году Движки-универсалы
Немного позже ученые все же придумали, как использовать водород в качестве именно горючего и при этом не взорваться. В газ стали добавлять специальные присадки-ингибиторы (химические «тормоза»). Например, пропилен. Всего один процент этого дешевого газа — и водород из грозного оружия превращается в безопасный газ. В результате уже в 1979 году компания BMW выпустила первый автомобиль, вполне успешно ездивший на водороде, при этом не взрывавшийся и выпускавший из выхлопной трубы водяной пар. В эпоху усиливающейся борьбы с вредными выхлопами машина была воспринята как вызов консервативному автомобильному рынку. Вслед за BMW в экологическую сторону потянулись и другие производители. К концу века каждая уважающая себя автокомпания имела в запаснике хотя бы один концепт-кар, работающий на водородном топливе.
Созданный компанией Intelligent Energy первый в мире водородный мотоцикл ENV (Emissions Neutral Vehicle)Баварские автомобилестроители в рамках программы CleanEnergy («чистая энергия») приспособили под езду на Н2 несколько «семерок» и MINI Cooper. Оборудованная 4-литровым двигателем водородная «семерка» развивает мощность в 184 лошадиные силы и проходит на одной заправке (170 литтров жидкого водорода «под завязку») 300 км. Mazda «подсадила» на водород свой знаменитый спорт-кар RX-8. В таком экологически чистом варианте он называется Mazda RX-8 HRE (Hydrogen Rotary Engine). Все эти машины могут ездить и на водороде, и на бензине.
Если BMW и Mazda пока чередуют два вида топлива, некоторые научились их совмещать. По дорогам США уже ездит множество седельных тягачей, в дизельных сердцах которых пылает соляро-водородная смесь. В результате мощность двигателя вместе с чистотой выхлопа растут, а расход топлива снижается на 10%. Оборудованную системой HFI (Hydrogen Fuel Injection — водородный топливный впрыск) машину не надо даже заправлять этим газом, достаточно залить в небольшой бачок несколько литров воды. Система сама проведет электролиз, соберет водород и направит его в камеру сгорания. Эффект заключается в том, что в смеси с водородом солярка сгорает значительно эффективнее.
В Европе начали появляться специальные заправочные станции для машин, оборудованных водородными двигателями Но большинство производителей пошли по пути создания электромобилей на топливных элементах. Ибо кроме «экологичности» у них есть масса других преимуществ. Например, гораздо более высокий (до нескольких раз) КПД двигателя или бесшумность.
А больше всех новым топливом заинтересовались японцы. И это понятно. Эта страна, практически лишенная хоть каких-нибудь природных запасов нефти и газа, обладает неограниченными объемами сырья для водорода (в виде океанской воды) и поистине завидной сообразительностью населения. А поэтому здесь водородные аналоги есть практически у любого вида техники — от работающего на топливных элементах локомотива до человекоподобного робота SpeecysFC. К тому же японцы вовсю ведут разработки топливных элементов для ноутбуков и мобильных телефонов. Компания NEC еще в 2001 году создала первый рабочий прототип мобильного топливного элемента PEFC. «Батарейка» выдает «на-гора» в 10 раз больше энергии, чем стандартный литиево-ионный аккумулятор. Правда, заряжается она метанолом: в специальной камере под действием катализаторов и температуры (85 градусов по Цельсию) из него извлекается водород, который и «допускается» к энергопроизводящей мембране. Такая система работы связана с тем, что хранить водород не так-то просто.
Энергетические консервы
Пока человек не научился получать дешевый водород напрямую, без использования электричества, к этому газу можно относиться лишь как к аккумулятору энергии — этакой копилке мегаджоулей. Ведь всего двадцать грамм водорода способны совершить столько же работы, сколько полностью заряженный автомобильный аккумулятор. Однако и в этом качестве у него существует множество конкурентов. Всю свою историю человек разрабатывал новые способы сбора и хранения энергии. С самым простым видом такого накопителя мы сталкиваемся всякий раз, когда заводим механические часы. Главное достоинство металлической пружины — простота конструкции, однако по плотности накопленного она стоит в самом конце рейтинга энергетических аккумуляторов. Самая лучшая пружина не может «сохранить» более 0,5 кДж на килограмм своего веса. Обычная резинка способна «собрать» в 8 раз больше. Еще более емкими являются детали, которые электрики часто так и называют «емкость». Правильное название — конденсатор. Тут уже можно с килограмма получить 12 кДж. Следом за конденсаторами в линейке накопителей идут газовые и гидрогазовые. Их конструкция довольно сложна, используют эти устройства довольно редко (исключение — гидравлические дверные доводчики). Зато электрические «пиробатарейки» с неводным электролитом (энергоемкость — до 70 кДж/кг) человек использует сплошь и рядом. При большой температуре емкость и энергоотдачу такого источника можно повысить на порядок. Промышленный «горячий электрический аккумулятор» «запасает» от 400 до 700 кДж на килограмм. Однако высокая, до 800 градусов, рабочая температура и выделение ядовитого хлора делают его малопригодным для гражданского использования. Зато огромный срок хранения в холодном состоянии и быстрый выход на рабочий режим очень нравятся военным, которые такие батареи активно используют в составе стоящих на боевом дежурстве ракет и прочей техники быстрого реагирования. Настоящим «королем накопителей» следует признать обычный маховик. Юлу, которую мы знаем с детства. Тут уже речь идет о цифрах в тысячи и десятки тысяч килоджоулей. Хороший промышленный накопитель из углепластика способен «запасать» таких килоджоулей до 15 000. И это не предел. На самом деле энергоемкость такого маховика определяется только прочностью конструкции. Незадолго до начала Великой Отечественной войны на одном из наших оборонных заводов разорвало установленный в подвале маховик. Осколок маховика весом примерно 300 кг, пробив все потолочные бетонные перекрытия, улетел в небо, а упав обратно, во второй раз, пробил крышу — такая огромная энергия была в нем накоплена.

Так выглядит 3d орбиталь в атоме водорода. Согласно квантовой механике у электрона нет четкой траектории движения, и орбиталь — это та область пространства, где его пребывание наиболее вероятно
Камеры хранения
Сейчас водородное топливо сберегают тремя способами: в сжатом виде, в сжиженном и в металлогидридах. Самое простое, конечно, — закачать водород в бак мощным компрессором. В баках той же Mazda водородное топливо содержится под давлением 350 атмосфер. Но способ этот, будучи самым дешевым, и самый небезопасный. При таком высоком давлении любая слабинка в системе грозит протечкой газа. А где протечка, там пожар, а то и взрыв.
Более надежный и практичный способ — держать водород в жидком виде. Но для этого его нужно охладить до –253 градусов Цельсия. В BMW топливо хранится именно в таком виде: поэтому почти половину топливной системы занимает мощнейшая теплоизоляция. И все равно, стоит оставить машину на стоянке, скажем, на недельку, и она встретит вернувшегося хозяина с пустыми баками. Никакая изоляция не может полностью защитить систему от нагрева. В результате водород начинает испаряться, давление в баке растет, и газ просто стравливается в атмосферу через предохранительный клапан. По техническим условиям полная заправка испаряется всего за три дня…
Самый перспективный способ — хранение в металлогидридных композициях. Водород, оказывается, очень хорошо растворяется металлами, как вода впитывается губкой. Причем он поглощается в огромных объемах, значительно превосходящих объемы «губки». Такие «напитанные» водородом металлы называются металлогидридами. При охлаждении они вбирают водород, при нагревании — активно его отдают. В прошлом году специалисты из американской Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории создали материал на основе борана аммиака, способный впитывать и отдавать уже при 80 градусах водород со скоростью, в сто раз превышающей те, что были доступны раньше. А Танер Иилдирим из американского Национального института стандартов и технологий вместе с Салимом Сайраки из турецкого университета Билкента разработали материал, способный впитывать газообразный водород в количестве до 9 000 литров на 10-килограммовый элемент! Это особый кристаллический нанокомплекс, состоящий из микроскопических, инкрустированных снаружи титаном, углеродных нанотрубок, каждая из которых в 5 000 раз тоньше человеческого волоса. Изготовить такой углеродно-титановый «накопитель» человек уже может, но стоит он слишком дорого. Пока. Однако заметим, что и персональный компьютер еще совсем не так давно стоил, как хороший автомобиль.
Казалось бы, человечество уже готово перепрыгнуть в водородную эпоху. Новое топливо устраивает и ученых, и экологов, и предпринимателей, и политиков, и простых людей. И перейти на него мешает всего одна проблема. Пока что совсем не понятно, где этот водород брать.
Как стать новым кувейтом
Получение водорода электролизом — малоперспективно. Ведь для того чтобы разложить воду на составляющие, нужно электричество, а его производят… правильно, сжигая в основном ту же нефть. Запасы природного газа, из которого можно выделять водород температурным разложением, тоже не бесконечны.
Экологи предлагают для производства водорода использовать только чистую энергию ветра и солнца, однако все эти прожекты не слишком реалистичны. Английские специалисты посчитали, что для того, чтобы перевести весь автотранспорт острова на такой «чистый» Н2, надо будет застроить несколькими рядами ветряков всю береговую полосу страны. С солнечной энергией тоже не совсем получается: фотоэлементы очень дороги, а при их производстве вредных отходов получается столько, что уж лучше нефть жечь. Строго говоря, самые популярные сейчас полупроводниковые солнечные батареи дороги прежде всего потому, что для выплавки, очистки и обработки кремния, из которого их делают, нужно больше энергии, чем они способны выработать в течение всего своего срока службы. Остается «мирный атом», но для того, чтобы произвести из воды необходимое английским автолюбителям количество водорода, на острове нужно построить более 100 новых АЭС — не самое привлекательное решение, если оценить размер необходимых инвестиций и проблему с утилизацией или захоронением отходов.
Ученые и изобретатели пытаются обойти проблему, выводя специальные породы бактерий, вырабатывающих водород, и покрывая крыши гаражей особыми солнечными элементами, в которых вода разлагается на водород и кислород без промежуточной электрической стадии. Химики из британского Университета Лидса предлагают даже извлекать водород из подсолнечного масла. Но очевидно, что все это — лишь временные решения.
Выходит, мы в тупике? Не совсем. Вообще, водород во Вселенной — самый распространенный элемент. Она состоит из него на 70%. А вот на Земле, как ни странно, этот элемент в свободном виде в дефиците: всего 3—4%. А может, его все-таки больше? Вот тут-то мы и подходим к самому интересному.
Еще в 70-х годах прошлого века известный геолог Владимир Ларин разработал теорию, поддержанную многими учеными и никем пока не опровергнутую, которая утверждает, что водорода у нас много больше. Не просто больше, его у нас — целый океан, до которого надо только добраться. И сделать это не так сложно. Достаточно пробурить несколько пяти-шестикилометровых скважин в нужных местах. За разработку этой концепции Ларин получил докторскую степень.
Суть теории заключается в том, что ядро нашей планеты состоит не из железа, как считалось ранее, а из металлогидридов. Из предельно насыщенных водородом магния и кремния и уж только потом — из железа. Собственно, никаких доказательств того, что ядро Земли железное, нет. Ученые еще в начале прошлого века выяснили, что оно состоит из некоего плотного металла, и посчитали, что этим металлом является железо. Зато доказательств металлогидридной теории — масса. Вулканы и земные разломы выбрасывают в атмосферу водород именно так, как требует металлогидридная теория и вопреки тому, что постулирует железная. На основе своей теории Ларин верно предсказал появление в базальтовых породах самородных металлов. Ею легко объясняются загадочные скачки плотности земной мантии на глубинах в 400, 670 и 1 050 км.
Но самое главное в этой теории вот что. На суше есть несколько точно установленных мест, в которых земная кора имеет толщину всего 5—10 км (обычно же — 100—150). Это так называемые области рифтогенеза. По теории Ларина, пробурив в этих местах несколько скважин, можно добраться до металлогидридного слоя. И тогда, закачивая в одну из скважин воду, из других можно будет получать чистый водород в практически неограниченных количествах. Причем нужный газ будет не только отдаваться металлогидридами, но и получаться благодаря соединению щелочноземельного магния с водой. Расчеты, сделанные учеными Сибирского отделения АН СССР в 1989 году, показали, что в случае правильности металлогидридной теории участок в 20 км2 даст за год водорода столько, что им можно будет заменить 400 млн. тонн нефти. А это, между прочим, больше, чем сейчас добывает вся Россия.
В том же 1989 году в Геологическом институте состоялось совещание под патронатом Академии наук, где заслушали доклад Ларина и постановили: «Рекомендовать сверхглубокое бурение (до 10—12 км) в области современного рифтогенеза… Предложить в качестве объекта Тункинскую впадину, где бурение может иметь исключительно большое значение для энергетики и экологии, так как позволит оценить и проверить научно обоснованную возможность обнаружения принципиально нового и экологически чистого энергоресурса, могущего составить конкуренцию традиционным энергетическим источникам…» Тункинская впадина — место недалеко от Байкала, где толщина земной коры составляет всего 4—5 км. На Земле подобных мест немного. Кроме этой впадины подходящие для бурения зоны есть в Исландии, Израиле (на зависть арабским нефтешейхам), на западе Канады и в США, в штате Невада.
Жаль, но тогда, в конце 80-х и начале 90-х, до «водородного» бурения дело не дошло. Стране стало не до экспериментальных скважин. Сегодня, когда нефть является «нашим всем», никто добывать водород особо не стремится, предлагая, как в том старом анекдоте, изобретателю бесплатного нефтезаменителя в награду за открытие на выбор либо расстрел, либо четвертование. Единственный из российских олигархов, вкладывающий серьезные деньги в развитие водородной энергетики, — абсолютно не нефтяной никелевый король Владимир Потанин. В апреле этого года он купил за 241 млн. долл. 35% акций убыточной американской компании Plug Power, занимающейся выпуском топливных элементов. Аналитики говорят, что это самые большие частные инвестиции из тех, что знает история водородной энергетики. А в 2003 году партнер олигарха Михаил Прохоров на совместном заседании президиума АН России и правления «Норильского никеля» заявил, что «если страна уже сегодня не предпримет попытки дерзкого прорыва в «водородную эру», то через пятнадцать лет она окажется в тяжелейшей депрессии, ибо ее нефть окажется ненужной миру».
Не исключено, что он был прав. Человеку свойственно быстро расставаться с менее удобными вещами в пользу более удобных. Вспомните, сколько лет ему понадобилось на то, чтобы сменить виниловые пластинки на компакт-диски. А сколько ушло на то, чтобы опутать мир сетью Интернет? А за какой срок нашу цивилизацию покорили мобильные телефоны? Что бы там ни говорили скептики, но если человечество получит дешевый водород в достаточных количествах, то переход на него произойдет не более чем за десятилетие. Это — всего лишь среднее время «жизни» обычного автомобиля.
Для нас главное — успеть пробурить к тому времени Тункинскую скважину.
Валерий Чумаков
Двигатель на воде (Япония)

Структура сайта интеграции исследований в области пиролиза воды


Уникальный метод расщепления воды на водород и кислород


По сообщению сайта Science Daily, инженеры из Вашингтонского университета (Сент-Луис; Washington University in St. Louis) разработали уникальный фотокаталитический элемент, расщепляющий воду на водород и кислород с использованием солнечного света и наноструктурного катализатора.

Группа занимается разработкой новых методов синтеза наноструктурных пленок с улучшенными оптоэлектронными свойствами. Один из разработанных методов предполагает создание компактной трехслойной структуры из полупроводниковых пленок в нанометровом диапазоне и является более простым, эффективным и стабильным, чем существующие многошаговые методы, требующие от нескольких часов до целого дня.

Это открытие предлагает новое экономичное и эффективное решение для производства водорода и может быть использовано в различных распределенных энергетических системах.

Д-р Пратим Бисвас (Pratim Biswas), профессор, зав.кафедрой энергетики, экологических и химических технологий, и его аспирант Элайджа Тимсен (Elijah Thimsen) разработали управляемый газофазный процесс и использовали его для одноступенчатого синтеза пленок оксидных полупроводников, таких как оксид железа и диоксид титана. Процесс основан на применении простого и недорогого пламенно-аэрозольного реактора (flame aerosol reactor, FLAR), состоящего из четырех расходомеров, контролирующих газовые потоки, стандартного питателя для подачи прекурсоров, металлической трубы, используемой в качестве горелки, и водоохлаждаемого подложкодержателя.

"Мы поместили эти пленки в воду, и они вызвали реакции расщепления воды на водород и кислород,- говорит д-р Бисвас.- С этой целью можно использовать любые оксидные материалы, например наноструктурированные диоксид титана, оксид вольфрама и оксид железа, собранные в виде очень компактной трехслойной структуры. Процесс является прямым и занимает всего несколько минут. Что еще важнее, его можно использовать в более крупных масштабах для очень экономичного получения более крупных структур при атмосферном давлении".

Метод был описан в последнем выпуске SPIE, журнала Международного общества технической оптики (International Society for Optical Engineering).
Это исследование стало одним из первых результатов работы новой кафедры энергетики, экологических и химических технологий Вашингтонского университета, занимающейся, в частности, исследованиями в области энергетики и окружающей среды, в т.ч. изучением альтернативных видов топлива и источников энергии, исследованием качества воздуха, технологии наночастиц и контроля за излучением частиц.
Водород: заправочная станция дома

Гиганты автомобилестроения потихоньку начинают переходить на производство автомобилей, работающих на водороде, более экологичной альтернативе бензину. Очевидно, сейчас «водородные» автомобили могут себе позволить только очень состоятельные люди, но все же первый шаг к очищению внешней среды сделан.

Новый тип топлива менее токсичен, чем бензин, поэтому планируется к 2011 году, если конечно в это вложат деньги, полностью перейти на автомобили будущего – работающие на энергии солнца, ветра и водороде.
Но если уж вы раскошелились на дорогое «водородное» авто, возникает вопрос, где же его заправить? Станций по заправке таких автомобилей еще очень мало, поэтому специалисты Дженерал Моторс (General Motors) представили интересную разработку, позволяющую заправлять автомобили водородом в собственном гараже, сообщает представитель GM Скотт Фосгард (Scott Fosgard).

Да, это не инновация, компания Honda ранее анонсировала подобное решение, поэтому компании решили вместе сотрудничать для внедрения «чистых» топливных систем. Как заявляют представители GM, водородные системы смогут вернуть былую «золотую эпоху General Motors» 50-х годов прошлого века.

Мобильные заправочные станции прямо у вас дома будут производить водород, работая от солнечных батарей или электросети. General Motors планируют в дальнейшем полностью реорганизовать производство и перейти на водородные системы к 2011 году, и такие автомобили смогут позволить себе все - от учителя до министра. Другие производители автомобилей оптимистично смотрят в сторону «водородных» систем, но пока инвестировать средства в данную сферу не спешат.
Разработана домашняя водородная автозаправка

Британская компания ITM Power разработала компактный и, что важно, более-менее недорогой (по уверениям фирмы) домашний электролизёр для заправки автомобилей водородом.

Прежде всего надо заметить, что проект ITM Power нацелен на использование водорода как топлива для ДВС, что организовать проще и дешевле, чем перевод машин на силовые установки, использующие водородные топливные элементы.

Более того, как сказано в пресс-релизе, на ближайшие годы компания видит водород лишь в качестве дополнительного топлива, удобного и дешёвого решения, которое поможет значительно снизить выбросы парниковых газов и поспособствует смягчению изменения климата.

В полном соответствии с этой концепцией британцы путём небольших, как они пишут, переделок конвертировали в двухтопливный (водород/бензин) автомобиль Ford Focus. Причём, в отличие от нашумевшей двухтопливной "семёрки" BMW, где водород хранится в криогенном баке в виде жидкости, и от двухтопливной Mazda RX-8, которая питается газообразным водородом, хранящимся под давлением в 350 атмосфер, в экспериментальном Focus баллон содержит газообразный водород под давлением всего 75 атмосфер.

Пусть количество водорода в машине — невелико, зато снижаются требования к прочности баллона, а значит — его стоимость.

Домашний электролизёр от ITM Power потребляет от сети мощность в 10 киловатт.

На предварительных испытаниях одна заправка от этого электролизёра позволила опытному авто проехать 40 километров на одном водороде, после чего двигатель перешёл на обычное, бензиновое питание.

И автомобиль, и первые образцы электролизёров компания намерена официально представить публике позже, в этом году. О дате массового производства домашней заправки точно ничего сказать нельзя, но британцы намерены уже в следующем году начать серийный выпуск целой линейки электролизёров для разных областей применения.

Данный подход к водородному транспорту, заметим, отличается от принципа, активно продвигаемого сейчас в Японии — домашних водородных автозаправок, генерирующих водород из бытового газа. Какой из них окажется экономически выгоднее — покажет время.
Нанокристаллы в топливных елементах

Использование микроскопических кристаллов циркония может сделать водородные топливные элементы надежнее и дешевле. Соответствующее исследование выполнила группа ученых из Калифорнийского университета.

Водородное горючее в топливных элементах окисляется с помощью кислорода, содержащегося в воздухе. В результате высвобождается энергия, а отходы представляют собой обычную воду. Топливные элементов весьма перспективны, но на пути их создания стоит немало сложностей. В частности, температура, при которой работают современные водородные топливные элементы, может достигать 800-1000°C. С одной стороны, само ее достижение требует значительных энергетических затрат, а с другой – тепло быстро разрушает металлические, пластиковые и керамические компоненты. В большинстве конструкций также используется дорогостоящий катализатор – платина.

Как утверждается, новая технология поможет снизить рабочую температуру топливных элементов до 50-100°C.

В основу работы лег метод формирования микроскопических кристаллов оксида циркония размером порядка 15 нм, состоящих всего из нескольких атомов вещества. Кристаллы такого размера хорошо проводят электричество за счет подвижности протонов, что и позволяет использовать материал в топливных элементах. Хотя о перспективах коммерциализации научной работы пока не сообщается, известно, что исследователи уже подали заявку на патент.
Японцы создали новый водородный источник питания
Специалисты японской компании Daihatsu разработали новый водородный источник питания для двигателей, в котором не используется платина.

Как известно, в современных водородных источниках питания для двигателей в качестве электролита используется платина, которая достаточно существенно влияет на стоимость самой ячейки.
Учитывая этот фактор, инженеры компании Daihatsu решили заменить платину на более дешевые кобальт и никель. В результате, разработанная ими ячейка использует вместо водорода гидразин гидрат, как альтернативное топливо без выбросов СО2.
Автомобиль Honda вместе с заправкой

Honda Unveils FCX Concept Car - автомобиль, который продаётся вместе с системой заправки. Причём, каждый владелец такого автомобиля может заправлять топливом машину, не выходя из своего гаража. Именно такую новинку представили инженеры из концерна Honda. Её имя - Honda Unveils FCX Concept Car. Заправочное устройство в строго определённой пропорции преобразует из обычного воздуха смесь кислорода и водорода, на которой и работает машина. Интересным дополнением заправочного блока является то, что он может работать как генератор электроэнергии и водный насос. О цене новинки пока ничего не сообщается, потому что это лишь один из первых действующих прототипов.
Американский суперкар на воде


Молодая техасская компания Ronn Motors представила публике оригинальный суперкар, потребляющий смесь бензина с водородом, причём последний производится на борту. "Зелёные" технологии в этой машине идут рука об руку с внушительной динамикой и показной роскошью. Мелкосерийное производство диковинки начнётся осенью нынешнего года, но фирма уже принимает заказы.

Автомобиль называется Scorpion. Пока он представлен без "одежды" (короткий ролик можно увидеть на этой странице). То есть инженеры Ronn Motors построили трубчатый каркас, снабдили его шасси, мотором, водородным оборудованием, смонтировали салон и прочую начинку. А вот кузов публике пока вживую не показали, но, судя по рисункам, он будет весьма красивым.

Краткие характеристики выглядят солидно. Двигатель — доработанный 3,5-литровый V6 от Acura. 289 "лошадок" в базовом варианте и 450 с двумя опциональными турбонагнетателями. 6-ступенчатая ручная коробка (в 2009 году обещают поставить 6-ступенчатый "автомат"). Кузов из углеволоконного композита и тот же материал в отделке салона. Кожаные кресла с подогревом и охлаждением. Спутниковая навигация и аудиосистема высокого класса, 20-дюймовые колёсные диски и прочее в том же духе.

Максимальную скорость обещают в 334 километра в час — не рекорд, но очень серьёзный показатель. Как и ураганный разгон — 3,5 секунды с места до 60 миль в час (почти 100 км/ч), который отчасти объясняется малым весом авто, — немногим менее тонны.

А вот средний расход топлива на трассе просто удивляет: всего 5,88 литра на сто километров (во всяком случае так утверждают разработчики суперкара). Откуда?

Ronn Motors, Scorpion

Основатель компании Ронн Максвелл (Ronn Maxwell) позиционирует Scorpion как экзотический премиум-автомобиль, призванный стать ещё одним шагом на пути решения давней проблемы, стоящей перед промышленностью, — необходимости всё более экономичных и экологичных авто при сохранении динамики и комфорта, которые так востребованы покупателями.

Решений тут может быть масса, но в Scorpion нет ни сверхнавороченных гибридных технологий, ни даже новомодных топливных элементов. Вместо этого тут есть небольшой бак с водой и специальный электролизёр от компании Hydrorunner — стратегического партнёра Ronn Motors.

Этот аппарат под управлением компьютера генерирует небольшое количество водорода, которое подаётся в ДВС наряду с бензином. Доля водорода на некоторых режимах может доходить до 30-40%.

Поскольку электролизёр может утилизировать электричество из сети авто во время торможения, можно говорить о некой степени рекуперации энергии. Но также надо добавить, что водород улучшает сгорание основного топлива — бензина. И это — ещё одно объяснение экономии горючего.



Ronn Motors, Scorpion

Как всё будет работать на практике — станет ясно позднее. Однако стоит заметить, что аналогичная система для дальнобойных тягачей, судя по отзывам установивших её владельцев, действительно сокращает расход топлива.

Компания намерена выпустить 200 Scorpion'ов по цене $150 тысяч.
Найден новый способ расщепления воды
Международная группа исследователей, возглавляемая учеными из австралийского университета Монаш (Monash University), заявила о том, что ей удалось химическими методами воспроизвести ключевой процесс фотосинтеза, и это обеспечило значительное продвижение в разработке технологии использования солнечного света для расщепления воды на водород и кислород.
До сих пор именно отсутствие недорогих способов получения водорода в промышленных масштабах служило одним из основных факторов, препятствующих его использованию в качестве экологически чистого топлива.

В процессе, разработанном исследователями, используются соединения марганца, так же как и в процессе фотосинтеза, происходящем в растениях. Но в живой природе под действием солнечных лучей из воды и двуокиси углерода образуется кислород и углеводы, тогда как ученые модифицировали реакцию, с тем, чтобы использовать свет для расщепления воды на ее составляющие – водород и кислород. В текущей реализации для успешного протекания процесса требуется также приложение небольшого потенциала с напряжением 1,2 В.

Согласно опубликованной исследователями информации, ключевой разработкой, позволившей реализовать реактор, стало покрытие для анода, названное Nafion и представляющее собой разновидность полимерной мембраны толщиной несколько микрометров, в которой находятся включения марганца. Покрытие предохраняет марганец от распада, и одновременно обеспечивает доступ воды к катализатору, где она окисляется под действием солнечного света. Хотя ученые признают, что над технологией еще предстоит немало поработать, чтобы адаптировать ее к условиям промышленного производства, в целом они отмечают жизнеспособность изобретенного процесса, что было продемонстрировано в ходе испытаний реактора, продолжавшего успешно функционировать на третьи сутки тестирования.
Китайцы построили микробный генератор водорода




Китайские исследователи построили экспериментальный аппарат, в котором колония микроорганизмов вырабатывает водород из ацетатов. При этом, что важно, устройству не требуется никакого внешнего электропитания.
Данная работа интересна тем, что в качестве сырья применяется группа соединений, относительно дешёвых и широко распространённых в химической (и не только) промышленности. Если полномасштабная установка на новом принципе окажется рентабельной, это может открыть альтернативный путь для массовой выработки водорода. К примеру — для использования его в качестве топлива "зелёных" автомобилей, получаемого из недорогого и доступного сырья, химических отходов в том числе.

Новая система отталкивается от двух давно известных учёным типов приборов: микробных топливных элементов (MFC) и микробных электролизных ячеек (MEC). В первых бактерии потребляют какое-либо органическое топливо, выдавая на выходе электрический ток, а во вторых бактерии при содействии внешнего источника напряжения разлагают сложные вещества на простые (водород, к примеру).

Особый интерес вызывает именно способность микроорганизмов выдавать "на-гора" H2. Но тут экспериментаторы сталкиваются с кучей проблем, выливающихся в невысокую производительность установок в расчёте на потраченную извне энергию.

Группа учёных из Китайского университета науки и технологии (University of Science & Technology of China), а также — нескольких других исследовательских центров и институтов Поднебесной изящно обошла эти трудности, замкнув электрическими цепями и трубопроводами друг на друга специально разработанные MFC и MEC.

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть это изображение]
Вернуться к началу Перейти вниз
http://detective-ug.ru
Admin
Admin
avatar

Мужчина

СообщениеТема: Re: Разворот на водород   Чт 4 Ноя 2010 - 2:35

Водород, Генератор

На схеме нового генератора водорода показаны его основные части: 1 – микробный топливный элемент; 2 – микробная электролизная ячейка. Камеры каждого из двух приборов разделены протонообменной мембраной. Колонии бактерий живут на анодах каждого из блоков.

Красота установки заключается ещё и в том, что одно и то же вещество (ацетат) в MFC работает как топливо, для получения тока, а в MEC — как сырьё для синтеза водорода. При этом MFC полностью обеспечивает потребности MEC в электричестве.

В анодной камере последнего "мини-реактора" бактерии разлагают ацетат при помощи ряда метаболических реакций, выпуская углекислый газ. При этом образуются ионы водорода, которые мигрируют через мембрану. На катоде MEC они объединяются с электронами, пришедшими с анода MFC (на котором идёт аналогичная реакция разложения органики), что и даёт чистый водород.

Протоны же с топливного элемента, пройдя через свою мембрану, соединяются с кислородом воздуха, порождая воду. Так достигается полный баланс по атомам.

Китайские специалисты особо подчёркивают, что напряжение холостого хода микробного топливного элемента на ацетатах составляет 0,8 вольта. В то же время для проведения электролиза ацетата с выработкой водорода нужно обеспечить микроорганизмы напряжением 0,14 вольта (в теории) и 0,6 вольта, если учесть все потери в установке и желаемую высокую производительность.

Как видим, баланс соблюдается и тут.

Авторы проекта утверждают, что впервые MFC и MEC были объединены в одну установку, которая на практике показала способность генерировать водород на месте. При этом эффективность опытного прибора китайцы оценили высоко.

Тем не менее они намерены ещё поработать над параметрами электродов и мембран, чтобы дальше повысить отдачу прибора.

А описание нынешнего варианта генератора водорода исследователи поместили в журнале Environmental Science & Technology.
Изобретен дешевый и простой способ добывания водорода
Пропуская солёную воду через специальное устройство, можно получать одновременно и водород, и небольшое количество электрической энергии. И никакого нарушения закона сохранения — так утверждает физик Роберто Де Лука (Roberto De Luca) из университета Салерно (Università degli Studi di Salerno).
На поверхностный взгляд идея кажется бредовой. Простое устройство с тонкими каналами для воды, помещённое в водный поток, выдаёт на выходе электричество и водород, столь желанный в качестве альтернативного топлива. И никаких затрат?

Не совсем так. Само устройство не требует отдельного питания, но что-то должно создавать постоянный поток воды через него. Будет ли это естественное морское течение, поток в какой-нибудь плотине или просто воду будет подавать отдельный насос — неважно. Именно движение воды послужит источником энергии, которая приведёт к генерации электричества и разложению части протекающей воды.

Поскольку любая установка для электролиза (а она сразу приходит на ум) потребляет больше энергии, чем может дать выработанный на ней водород при сжигании (или отправке в топливный элемент), получение энергии таким способом кажется нелепым. Но тут особый случай.

Во-первых, перед нами даже и не электролиз в буквальном смысле. Во-вторых, выход энергии в виде электротока тут мал и рассматривается как побочный продукт. В-третьих, автор устройства предлагает ставить его там, где так или иначе уже имеется поток морской воды, а значит, выработка водорода станет приятным дополнением к работе какой-нибудь другой установки, скажем, опреснительной.

И главное — новый способ получения водорода претендует не на энергетическую эффективность, а на совсем другое — предельную дешевизну системы.

Как же она работает? В устройстве есть прямоугольный канал, ширина которого во много раз больше высоты (так что можно говорить о двухмерности канала). С коротких сторон (справа и слева) он снабжён электродами, а в вертикальном направлении трубу пересекают линии поля от постоянного магнита.

Морская вода всегда содержит толику ионов натрия и хлора. При движении по каналу, рассуждает изобретатель, на них будет действовать сила Лоренца, которая приведёт к смещению ионов в сторону противоположных электродов и возникновению ЭДС, а также — электрического поля.

По расчётам физика, далее на электродах начнут идти различные реакции. Вблизи одного вода будет получать электроны и разлагаться на компоненты. Вблизи второго ионы хлора будут окисляться до хлора нейтрального. Как результат через внешнюю цепь пойдёт ток, а в канале будут формироваться пузырьки водорода.

Все эти эффекты будут довольно слабыми, но если поток воды у нас даровой, ничто не помешает нам поставить на пути воды огромное число таких каналов. Де Лука посчитал, что солёность обычной морской воды достаточна для поддержания стабильной работы устройства. И хотя на пути к реализации этой схемы есть ещё препятствия, итальянец полагает, что такой способ получения водорода может оказаться очень дешёвым. "Море никогда не стоит на месте, — поясняет он. — И у нас есть постоянные магниты".
Водородный взрыв

Транснациональные корпорации понимают, что водородные технологии способны вывести человечество на новый виток технологического развития, и усиливают конкуренцию за первенство в этой инновационной нише.

Выдержит - не выдержит украинская экономика новые цены на газ? Подешевеет нефть - не подешевеет? Закрывать аварийно опасные шахты - не закрывать? Державные мужи все гадают, а воз энергетики и ныне там. В Украине о необходимости искать и широко внедрять альтернативные источники энергии и говорится-то немного, а делается еще меньше. Есть, конечно, предложения по разрешению топливного кризиса путем сжигания соломы, рапсового масла и некоторых менее приятных органических веществ… А тем временем в мире незаметно назревает новая технологическая революция, связанная с широким применением водорода в качестве самого доступного, эффективного и экологически чистого энергоносителя.

Добыча из газа и воды

В том, что водороду принадлежит будущее энергетической и топливной отрасли, ученые-теоретики сходятся во мнении уже давно. На уровне практики всходы водородных технологий только сейчас становятся заметными и начинают формировать четкую тенденцию, постепенно переходя из области эксклюзивных разработок для аэрокосмической отрасли в массовый сектор электростанций, автомобилей и компьютеров. Примечательно, что мировые нефтяные гиганты, стремясь не допустить победы чужаков на своем поле, в последнее время заметно активизировали собственные R&D в области водородных технологий. Для этого создаются специальные подразделения и компании, такие как Shell Hydrogen, Hydrogen Unit of Chevron Technology Ventures и СП Hydrogen Energy (50% BP и 50% Rio Tinto).

Первой в истории водород в качестве топлива использовала NASA. В конце 1950-х она запустила в космос аппарат, приводимый в движение с помощью самого распространенного в мире химического элемента и до сих пор остается верна этому виду горючего. Далее водородные технологии развивались по двум направлениям: совершенствование способов добычи энергоносителя и развитие методов получения полезной энергии. Самые распространенные методы добычи водорода - это преобразование метанола и электролиз воды. В США, например, 95% промышленного водорода производится из метана (природный газ). Более дорогой (пока еще), но зато более перспективный с точки зрения экологии и неограниченности ресурсов метод добычи водорода - разложение воды на водород и кислород путем электролиза при высокой температуре в присутствии катализатора. Причем если производить электроэнергию из возобновляемых источников (энергия солнца, ветра, приливов и проч.), а водород - из воды, мы получаем экологически безупречную, самую доступную с точки зрения сырья и на сегодняшний день самую эффективную (ибо энергоемкость водорода в три раза выше, чем бензина) модель энергоснабжения человечества. И эта технология - уже не фантастика, а коммерческая реальность.

Сжигать или превращать

Применять водород для производства полезной энергии можно либо сжиганием его в двигателях внутреннего сгорания (ДВС), либо путем превращения в полезную энергию в ходе химической реакции в топливном элементе. Например, BMW и Mazda идут по пути прямого сжигания водорода в ДВС. BMW уже испытывает свою модель Hydrogen 7 с 12-цилиндровым двигателем мощностью 260 л. с., работающим на водородном топливе вместо бензина. "Экомобили" BMW не продаются, а в целях испытаний и рекламы только сдаются в аренду нашим выдающимся современникам - кинодивам Кейт Бланшетт и Джейн Фонде, оперным звездам Пласидо Доминго и Анне Нетребко и министру окружающей среды Баварии Вернеру Шнаппауфу… Да и неизвестно, нашлись бы покупатели на эту дорогую игрушку стоимостью 1,2 млн. евро, которая на 100 км съедает 4,2 кг водорода по 8 евро за килограмм на заправках Тotal, что в пересчете на бензиновый эквивалент составляет 2,7 евро за литр. А каков будет шок автовладельца, оставившего свою любимицу на некоторое время в гараже: за девять дней испаряется полбака дорогого топлива - просто вследствие летучести водорода. Похоже, ВМW несколько торопится презентовать свои водородные технологии (которые ранее планировала представить к 2010 г.), но в положение цугцванга ее ставят более оперативные конкуренты.

В отличие от ВМW инженеры DaimlerСhrysler и Ford в кооперации с Ballard, а также Toyota, Honda, General Motors, Nissan пошли другим путем: водород они используют не в двигателе внутреннего сгорания, а в топливных элементах, внутри которых в ходе химической реакции соединения с кислородом он преобразуется в электричество. Фактически двигатель на топливных элементах состоит из двух частей - водородная электростанция, преобразующая топливо в электроэнергию, и электродвигатель, приводящий автомобиль в движение. В зависимости от технического решения машину на топливных элементах можно заправлять непосредственно водородом, а можно - углеводородным топливом (бензином, спиртом). На выходе мы имеем воду и огромное количество полезной энергии. Если обычный бензиновый ДВС имеет кпд порядка 18-20%, водородный ДВС - около 25%, метаноловые топливные элементы - около 38%, то современный двигатель на водородных топливных элементах производства Toyota, Honda, Ballard имеет КПД на уровне 60%.

Именно с массовым коммерческим применением топливных водородных элементов аналитики связывают возможность технологического прорыва, сравнимого разве что с тем, который в свое время вызвала коммерциализация Интернета. Мировым лидером водородных технологий с использованием топливного элемента считается канадская фирма Ballard, которая видит свою миссию в том, чтобы превратить водородный топливный элемент в коммерческую реальность (что, судя по хронической убыточности компании, дается ей нелегко). Компания разрабатывает не только двигатели, но и генераторы электричества и тепла, а также системы питания для компьютерных установок. В резиденции японского премьер-министра установлен домашний генератор совместной разработки Ballard и Tokio Gas, работающий на водородном топливном элементе, мощностью 1 кВт с общим кпд системы 92% - против 40% у обычного генератора.

Наступление топливных элементов

Несмотря на трудности роста, наступление топливных элементов продолжается. DaimlerChrysler уже с 2004 г. успешно проводит полевые испытания своего самого крупного в мире автопарка на водородных топливных элементах - в общей сложности более 100 единиц. 60 легковых автомобилей Mercedes-Benz класса А колесят по дорогам Германии, Японии, Сингапура и США; курьерская служба UPS г. Детройта уже полгода успешно использует безэмиссионный Dodge Sprinter для развозки почты в тяжелых условиях калифорнийских автомобильных пробок; а 70-местные пассажирские экобусы выполняют экскурсионные и маршрутные рейсы дорогами Австралии, Китая и других стран, при этом демонстрируя приличную окупаемость даже в китайских условиях - и все это при нулевой эмиссии токсичных газов.

Honda в свою очередь отличилась тем, что первой заявила на лос-анджелесском автосалоне о мелкосерийном выпуске автомобиля с двигателем на водородных элементах Honda FCX Clarity, который появится на японском и американском рынках уже летом 2008 г. Правда, пока речь опять-таки идет лишь об ограниченной партии, которая будет отдана в лизинг. Honda позаботилась о потребителе дважды, спроектировав еще и домашнюю водородную теплоэлектростанцию, которая позволит не только решить актуальную проблему заправки автомобиля водородным топливом, но заодно и обеспечить жилище теплом и электроэнергией.

Экспериментальный образец домашней электростанции, генерирующей тепло, электроэнергию и водород из природного газа, находится в эксплуатации в Торрансе, Калифорния, с 2003 г. В сотрудничестве с технологическим партнером Plug Power к 2007 г. Honda усовершенствовала и удешевила домашнюю электростанцию Home Energy Station IV. Тем временем Ford Motors установила топливный элемент не только на своих экологически чистых внедорожниках Edge, но на новом беспилотном реактивном самолете HALE фирмы Boeing, способном непрерывно находиться в стратосфере до семи суток и зависать там в одной точке над конкретным объектом. Интересно, что в этом летательном аппарате используется многоступенчатый четырехцилиндровый ДВС с турбонаддувом, - такой же, как в гибридах Ford Fusion and Escape, только не в бензиновой, а в водородной версии с применением топливного элемента.

На пути широкой коммерциализации технологии топливных элементов стоит ряд препятствий, самые важные из которых - отсутствие инфраструктуры водородных заправочных станций, пока еще высокая цена по сравнению с традиционным топливом, а также необходимость технической доработки с точки зрения безопасности, герметичности, компактности, работы при низких температурах и проч. Но это закономерно для любой инновации. Водородные разработки и их внедрение щедро субсидируются правительствами США, Японии, Австралии и европейских стран под знаменем борьбы с парниковым эффектом. Существуют и международные программы финансовой поддержки для альтернативных источников энергии.
Водород - как перспективное моторное топливо

C 2001 года в промышленно развитых странах анонсированы и приняты крупные государственные программы НИОКР в области водородной энергетики. Они рассчитаны на период до 2020 г. и нацелены на уменьшение зависимости развитых стран от импорта энергоресурсов, решение комплекса экологических проблем, развитие новых технологий по использованию возобновляемых энергоресурсов. В перспективе это приведет к существенным изменениям топливно-энергетического баланса и формированию нового крупного международного рынка водородных технологий и энергоносителей, что будет иметь значительные социально-экономические и политические последствия для всего мира.

Основным направлением внедрения водородной энергетики является автотранспорт, в связи с обострением проблемы устойчивого обеспечения моторным топливом. Причин обострения проблемы несколько. Первая из них – истощение запасов нефти. По прогнозам комиссии ЮНЕСКО уже в первой четверти наступившего столетия в значительной мере будут исчерпаны разведанные запасы нефти. По данным Энергетической комиссии США за последние 20 лет в мире не было открыто ни одно новое крупное месторождения нефти. При этом, необходимо помнить, что в странах ОПЕК, из-за стремления увеличения квот на добычу нефти, примерно на треть завышены объемы ранее разведанных месторождений нефти.

В настоящее время каждую секунду во всем мире добывается и потребляется (химической промышленностью, автомобилями и т.д.) примерно 127 т нефти. По расчетам ОПЕК, при существующим уровни добычи нефть в Великобритании закончится в ближайшие 3-4 года, в Норвегии – во втором десятилетии, в США – в первом десятилетии. Истощение российской нефти прогнозируется на 20-е гг. Нефтяных запасов Ирана, Саудовской Аравии, Венесуэлы хватит только до 50 гг. нашего столетия.

Второй причиной обострения проблемы является увеличение количества автотранспортных средств. В настоящее время эксплуатируется около 700 млн . автомобилей, которые потребляют более 60% всей добываемой нефти. Учитывая, что сейчас в мире за каждые две секунды с конвейера сходит новый автомобиль, к 2015 году количество автомобилей в мире вплотную приблизится к отметке в один миллиард единиц. И всем этим машинам потребуется бензин или дизельное топливо. По прогнозам специалистов, для удовлетворения всех нужд потребление нефти должно возрасти до 190 т в секунду. В то же время мировая нефтяная промышленность уже сегодня не в состоянии увеличить объем добычи нефти для компенсации стремительного прироста автомобильного транспорта, что приводит к увеличению ее дефицита. График с уровнем автомобилизации представлен на рис. 1

График с уровнем автомобилизации

В настоящее время в мире не хватает около 4 млн. баррелей нефти в день, что привело к беспрецедентному росту цен на нефть. Уже сейчас баррель нефти стоит более 60 долл. США. К 2025 г. дефицит нефти прогнозируется до 20 млн. баррелей в день, что очевидно приведет к непредсказуемому росту цен. К середине 30-х годов традиционные нефтяные топлива станут безумно дорогими, а к 2050 году полностью исчезнут. График роста дефицита нефти в мире представлен на рис. 2.

Аналогичные тенденции характерны и для нашей страны. Так, в России продолжается рост цен на нефтяные виды моторного топлива. В 2002 году цены на бензин выросли на 32%, на дизельное топливо – на 15%, в 2003 году, соответственно, на 36% и 16%. В результате к началу 2005 года уровень цен на бензин в России в плотную приблизился ценам в США и других развитых стран. Очевидно, что и в дальнейшем тенденция роста цен на нефтепродукты будет сохраняться.

Рост дефицита нефти по миру в целом

Рис. 2. Рост дефицита нефти по миру в целом

Необходимо отметить, что транспортный сектор Европы, Японии и США на 90% зависит от нефти. Поэтому в связи с увеличением энергопотребления и истощением разведанных запасов нефти, в первую очередь, у развитых стран мира остается только один выход – срочно диверсифицировать свои топливно-энергетические балансы в сторону максимально возможного замещения в транспортном секторе нефтепродуктов другими видами энергоносителей.

Наиболее реальные альтернативные варианты - сжиженный природный газ (СПГ) или жидкий водород (ЖВ). Они экологичнее, а СПГ еще и дешевле. Сейчас качественный бензин в России стоит минимум 21 тыс. руб. за тонну, а СПГ – 8,5 тыс. руб. И этот разрыв будет расти. Учитывая, что запасы природного газа иссякнут на Земле к середине 70-х годов нашего столетия, водород смело можно рассматривается в качестве одного из наиболее перспективных вариантов моторного топлива XXI века.

Его ресурсы - огромны, а так как в процессе сгорания водорода образуется водяной пар, то можно сказать, что он является самым экологически чистым видом моторного топлива. Единственное токсичное вещество - окислы азота, содержащиеся в выхлопе водородного двигателя в совершенно незначительных количествах по сравнению с бензиновыми моторами и уж тем более - с дизелями, легко обезвреживаются в каталитических нейтрализаторах.
Прекрасно понимая перспективность в будущем водородного топлива, правительства США, Европейского Союза, Японии и других стран уже сейчас тратят миллиарды долларов на научные исследования и опытно-конструкторские работы, стремясь как можно скорее разработать промышленные технологии и внедрить их на рынке.
Вернуться к началу Перейти вниз
http://detective-ug.ru
Admin
Admin
avatar

Мужчина

СообщениеТема: Re: Разворот на водород   Чт 4 Ноя 2010 - 2:36

Водородное топливо для автотранспорта: газ сжатый или газ сжиженный?

Одним из серьезных вопросов в применении водорода в качестве моторного топлива является выбор способа его хранения на борту автотранспортного средства. Водород — самый легкий среди химических элементов, поэтому в заданном объеме его помещается значительно меньше, чем других видов топлива.

Так, при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении водород занимает примерно в 3 тыс. раз больший объем, чем бензин с равным количеством энергии. Поэтому для того, чтобы заправить машину достаточным количеством топлива, необходимо либо нагнетать водород под высоким давлением, либо использовать его в виде криогенной жидкости, либо же оборудовать автомобили сложнейшими топливными системами.

Обеспечение автозаправочных станций сжатым водородом и заполнение баллонов, находящихся в автомобиле, технически больших проблем не представляет. Современные материалы гарантируют высокую надёжность таких сосудов. Однако увеличивается вес автомобиля и уменьшается полезное пространство, т.к. баллон с одним кг сжатого при 70 МПа водорода занимает в 7,5 раз больше места, чем энергетически эквивалентное количество бензина.

В сжиженном виде водород занимает значительно меньше места, хотя для этого его необходимо охладить всего до двух десятков градусов выше абсолютного нуля. Однако, развитие криогенных технологий и успехи, достигнутые в сфере использования сверхнизких температур, уже сегодня позволяют без особого ущерба полезному пространству автомобиля хранить на его борту запас жидкого водорода, достаточный для пробега 500 км и более.

Достоинством данной системы хранения является наименьшая масса и высокая объемная концентрация водорода; жидкий водород эквивалентен газообразному, сжатому до 170 МПа. Поэтому если к системе хранения водорода предъявляются ограничения по массе и по объему, что характерно для транспортных средств, то преимущество имеет криогенная система хранения.

Жидкий водород, производство которого растет в мире ежегодно на 5%, является важным элементом инфраструктуры снабжения потребителей водородом. В США производственные мощности позволяют в год получать до 120 тысяч тонн жидкого водорода, из которых 15% расходуется на РКТ, остальное используется в химической промышленности (37%), металлургии (21%), электронике (16%), стекольной промышленности (4%).
Одним из способов связанного хранения водорода являются гидриды. Однако лучшие из известных сегодня гидридов - железотитановые и никель-магниевые - уступают по объемным и весовым параметрам криогенному способу хранения водорода.

Проводятся разработки в области систем хранения водорода с использованием углеродных нанотрубок, но все имеющиеся на сегодняшний день конструкции обладают рядом серьезных недостатков, которые не позволяют широко использовать на транспортных средствах.

Ввиду вышесказанного, очевидно, что в настоящее время криогенная система хранения водорода на борту транспортного средства, благодаря своим массовым и объемным характеристикам, а также уровню безопасности, более предпочтительна по сравнению с гидридной и системой хранения водорода в сжатом виде.

менно по этому пути идут практически все автомобилестроительные фирмы. Так, при проектировании силовой установки для модели «Ford U» инженеры компании «Ford» за основу взяли 2,3-литровую рядную "четверку", хорошо известную по «Ford Ranger» и «Mondeo». Семи килограммов водорода, хранящихся в двух криогенных емкостях, расположенных под задними сиденьями автомобиля, хватает на 500 км пробега. Багажное отделение не пострадало, а 118 л.с. мощности, которую развивает двигатель, достаточно «Ford U» на все случаи жизни.
В начале 2004 года два крупнейших автопроизводителя — «General Motors Corp» и «BMW Group» — объявили о намерении приступить к совместной разработке оборудования, предназначенного для заправки автомобилей жидким водородом. О масштабах задачи говорит такая цифра: в одной только в Германии планируется построить до 10 тыс. криогенных водородных заправочных станций.

Руководитель подразделения компании BMW по научной и транспортной политике, г-н Кристофа Хусса сообщил следующее: "В долгосрочной перспективе мы рассчитываем на создание в Германии сети АЗС в количестве 10 000 штук, которые будут предлагать водородное топливо. Но, уже начиная с сегодняшнего дня, мы должны работать над единым стандартом, чтобы впоследствии потребители не столкнулись с наличием отличных друг от друга систем. Нам необходима стандартизация заправочного оборудования. Сжиженный водород является самым удобным видом топлива в плане транспортировки, при отсутствии водородных трубопроводов. Работая в одной команде, мы ускорим процесс создания инфраструктуры для сжиженного водорода".

Заправочное оборудование для сжиженного водорода появится после предварительных спецификаций, разрабатываемых в рамках Европейского объединенного водородного проекта (European Integrated Hydrogen Project (EIHP). В настоящий момент спецификации EIHP находятся в стадии обсуждения и являются основой стандарта Европейской экономической комиссии ООН для работающих на водороде автомобилей. Г-н Хусс утверждает: "Концерн BMW и корпорация GM хотят создать такую заправочную систему, которая должна стать мировым стандартом, причем ключевым компонентом здесь является заправочное переходное устройство". Подписание соглашения по разработке между корпорацией «General Motors» — крупнейшим в мире производителем автомобилей — и концерном «BMW Group» — единственной в мире компанией, специализирующейся исключительно на производстве автомобилей класса "премиум" — является значительным шагом в деле создания и стандартизации технологий применения водородного топлива. На рис.3. представлен автомобиль компании «BMW Group» с ДВС на жидком водороде.

BMW Group с ДВС на жидком водороде

Рис. 3
Перспективные преобразователи энергии для жидкого водорода

В середине 1990-х многие автомобильные компании обратили свой взор на электромобили с топливными элементами (ТЭ). Притягательность топливных элементов имеет серьезное основание. Действительно, никаких движущихся частей, никаких взрывов. Водород не сгорает, как это происходит в тепловом двигателе, а разлагается внутри топливных элементов (или ячеек, как их иногда именуют) на разноименно заряженные ионы и электроны. Именно электроны и превращаются в полезный электрический ток, питающий цепь бортовой силовой установки, а что касается ионов водорода, то их связывает кислород, который в составе обычного воздуха подается внутрь топливного элемента, образуя "выхлоп" - водяной пар.

Однако, позже выяснелось, что топливные элементы обладают рядом серьезных недостатков. И прежде всего, высокой стоимость и коротким сроком службы. Так, американский минивэн «HydroGen3», работающий на топливных элементах стоит около $1 млн. и для большинства автолюбителей автомобили на топливных элементах очевидно так и останутся несбыточной мечтой. Более того, несмотря на заявленное разработчиками топливных элементов высокий теоретический к.п.д. (около 70%), эффективность даже лучших японских топливных элементов в настоящее время составляет менее 30%. Кроме того, применение топливных элементов на транспортных средствах дает существенный прирост массогабаритных характеристик автомобиля.

Для массового применения топливных элементов в автотранспорте их стоимость должна быть снижена до 200 долл./кВт (при современной стоимости от 5 до 10 тыс. долл./кВт). Вопросы дальнейшего развития ТЭ во многом связаны со снижением их стоимости, что определяется в основном уменьшением расхода платиновых металлов (используемых в качестве катализатора) и снижением стоимости, используемых в качестве мембраны фторированных и перфторированных пленок. Поскольку решение большинства из описанных выше проблем требует революционных научных открытий, многие американские исследователи подвергают сомнению целесообразность взятого правительством США курса на создание дорогостоящих демонстрационных проектов автомобилей с топливными элементами. По их мнению, технологии в создании топливных элементов достигли своих пределов, и они не видят возможности для дальнейшей их усовершенствования. Поэтому, сегодня технология топливных элементов развивается в основном только из-за перспектив по обеспечению нулевого уровня токсичности.

Более перспективным является другой путь внедрения жидкого водорода на автотранспорте - сжигание его в двигателе внутреннего сгорания (ДВС). Такой подход исповедуют ряд ведущих автостроительных компаний, таких как, например, «BMW», «Ford» и «Mazda». Вместо применения спорных и дорогостоящих топливных элементов, инженеры этих компаний пытаются наладить работу на водороде старого доброго двигателя внутреннего сгорания.
На «BMW» создан опытный седан «745H», V-образная “восьмерка” которого попросту сжигает водородное горючее – как бутан-пропан или природный газ в двигателях газобаллонных автомобилей. Жидкий водород запасается в криогенном баке; газ специальными электронноуправляемыми форсунками подается в цилиндры. При сильном обеднении водород-воздушной смеси (в 2 с лишним раза против стехимометрического состава) в камерах сгорания почти не образуются вредоносные оксиды азота (канцерогены); другие загрязнители при сжигании водорода в воздушной среде не формируются вовсе.

Так что из выхлопных труб «745H» в атмосферу поступает один только водяной пар; мечта “зеленых” близка к реальному воплощению.

В этой же компании создан самый быстрый на сегодняшний день автомобиль, работающий на водородном топливе, рис. 4. Модель, получившая обозначение «H2R», развивает скорость свыше 300 км/ч.

Модель, получившая обозначение «H2R», развивает скорость свыше 300 км/ч

Рис. 3

И хотя на текущий момент полноценной замены традиционному ДВС нет, очевидно, уже скоро появится новое направление в двигателестроении на водородном топливе, которое имеет все шансы стать конкурентным. Речь идет о двигателях Стирлинга. Этот двигатель до конца XX века широко не применялся на автотранспорте из-за более сложной по сравнению с двигателем внутреннего сгорания конструкции, большей материалоемкости и стоимости.
Однако, в посл

днее время в ведущих мировых обзорах по энергопреобразующей технике, двигатель Стирлинга рассматривается как двигатель, обладающий наибольшими возможностями для дальнейшей разработки в применения водорода как моторного топлива. Низкий уровень шума, большой ресурс, сравнимые размеры и масса, хорошие характеристики крутящегося момента - все эти параметры дают возможность машинам Стирлинга в ближайшее время вытеснить двигатели внутреннего сгорания и топливные элементы в области водородной энергетики. Красноречивым примером подтверждения этого, может являться практика создания рядом зарубежных фирм, таких как «НАСА», «Кокумс», «Мицубиси дзюкоге», анаэробных энергетических установок для космических летательных аппаратов и подводных лодок, в которых первоначально применяемые электрохимические генераторы на топливных элементах практически полностью были заменены на стирлинг-генераторы. Ниже на рис. 5 представлена принципиальная схема двигателя Стирлинга.

Принципиальная схема двигателя Стирлинга

Рис. 5

Двигатель Стирлинга является уникальной тепловой машиной, поскольку его теоретическая эффективность равна максимальной эффективности тепловых машин - эффективности цикла Карно. Он работает за счет теплового расширения газа, за которым следует сжатие газа после его охлаждения. Двигатель Стирлинга содержит некоторый постоянный объем рабочего газа, который перемещается между «холодной» частью (обычно находящейся при температуре окружающей среды) и «горячей» частью, которая обычно нагревается за счет сжигания любого вида топлива или других источников теплоты. Нагрев производится снаружи, поэтому двигатель Стирлинга относят к двигателям внешнего сгорания. Поскольку процесс горения осуществляется вне рабочих цилиндров и протекает равновесно, рабочий цикл реализуется в замкнутом внутреннем контуре при относительно малых скоростях повышения давления в цилиндрах двигателя, плавном характере теплогидравлических процессов рабочего тела внутреннего контура, при отсутствии газораспределительного механизма клапанов.
Необходимо отметить, что рядом зарубежных фирм начато производство двигателей, технические характеристики которых уже сейчас превосходят ДВС и топливные элементы. Достигнутые в настоящее время к.п.д. в серийных и опытных образцах двигателях Стирлинга даже при умеренных температурах нагрева (600…700 0С) представляются весьма внушительными цифрами – до 40%. В лучших зарубежных образцах двигателей Стирлинга удельная масса составляет 1,2 – 3 кг/кВт, а эффективный к.п.д. до 45%.

В настоящее время в Российской Федерации компанией, ведущей разработки по созданию машин, работающих циклу Стирлинга, является ООО «Инновационно-исследовательский центр «Стирлинг-технологии», в которой созданы опытно-промышленные образцы отечественных двигателей.
Этапы внедрения водородной энергетики на транспорте

В отличие от развитых зарубежных стран, в России до сих пор не существует концепции производства и использования альтернативных моторных топлив, что в значительной степени усложняет решение задач развития отечественного автомобиле- и моторостроения, а также экологизации автотранспорта.

Безусловно, проблема замены традиционного моторного топлива жидким водородом выходит далеко за рамки задач, решаемых в автомобильной индустрии. По сути, речь идет о новом технологическом укладе мировой экономики.

По оценкам Джозефа Ромма, бывшего помощника Министра Энергетики США, скорее всего, автомобили, работающие на водороде, достигнут показателей (стоимость машины, стоимость одной заправки, уровень безопасности, количество вредных выбросов и т.д.), не ранее 2030 года. Изготовление водородного топлива для автомобилей ныне в четыре раза дороже, чем производство автомобильного бензина в количестве, достаточном для производства аналогичного количества энергии. Кроме того, остается проблемой создание «водородной инфрастуктуры» - сети заправочных станций и сервисных центров, необходимых для обслуживания автомобилей, работающих на водородном топливе. По оценкам Аргоннской Национальной Лаборатории (Argonne National Laboratory), в масштабах США для этого требуется затратить более $600 млрд.

В отчетах Американского Физического Общества и Национальной академии наук США говорится, что для реализации программы перевода транспорта на водород необходимо осуществить технологический прорыв. По их словам, на сегодняшний день мировая энергетическая инфраструктура слишком хорошо развита, и для того, чтобы сделать водород конкурентоспособным по сравнению с традиционными видами топлива, необходимы большие капиталовложения. Самые многообещающие водородные технологии требуют от 10 до 100 кратного усовершенствования их стоимости, чтобы они были конкурентоспособными в сравнении с углеводородными видами топлив. Современные методы производства водорода в четыре раза более дороги, чем производство бензина.

Ввиду этого, по мнению автора, ориентировочные сроки внедрения водородной энергетики на транспорте могут быть следующие:

- США, Западная Европа, Япония - 2030 год
- Россия, СНГ, страны–экспортеры нефти и природного газа - 2040-2050 годы.

Перевод транспорта на водород не может происходить директивно и быстро. Для такого революционного шага в условиях страны требуется кардинальная подготовка – от создания производства водорода до изменений в налоговой политике и экономического стимулирования применения альтернативного топлива.

Сейчас во всех развитых странах мира приняты национальные программы такого перехода - но не непосредственно, а через энергетику, основанную на таком относительно более чистом топливе, как природный газ (метан).

Такого же мнения придерживается и Председатель Комитета по энергетике, транспорту и связи ГД В.А. Язев, который сделал следующее заявление на заседании Круглого стола, посвящённого обсуждению проекта закона «Об использовании альтернативных видов моторного топлива». «Использование природного газа в качестве моторного топлива – это переходный этап к водородной энергетике. Совершенно очевидно, что через 50–70 лет весь мир перейдет на водород, а инфраструктура водородной энергетики очень схожа с газовой…».

По мнению автора, одним из важнейших направлений развития внедрения альтернативных моторных топлив для решения социальных проблем населения, энергетики и транспорта является внедрение технологий сжиженного природного газа (СПГ), которые могут рассматриваться как промежуточный этап перехода к водородным технологиям и водородной экономике. Использование сжиженного природного газа подготовит переход к замене его водородом. Ведь для создания инфраструктуры производства, хранения и заправки СПГ, а затем и жидкого водорода, можно будет использовать подобное криогенное оборудование.

Учитывая вышесказанное, можно предположить, внедрение альтернативных моторных топлив в Российской Федерации будет имеет следующие этапы:

1 этап (2007-2040 годы): Создание инфраструктуры производства и переход на применение сжиженного природного газа (СПГ)
2 этап (2035-2050 годы): Создание инфраструктуры производства, хранения и переход на применение сжиженного водорода.
Другими словами, в ближайшее время в стране необходимо создать криогенную инфраструктуру и поэтапно переходить автотранспорт на СПГ, а в перспективе - на жидкий водород.
Концепция создания криогенной инфраструктура по переводу транспорта на сжиженный природный газ и жидкий водород

Одной из главных проблем перевода транспорта на СПГ и жидкий водород является отсутствие инфраструктуры автомобильных заправочных станций (АЗС), где в бак автомобиля можно было бы залить криогенное моторное топливо. Без достаточного количества АЗС, внедрение новой техники становится невозможным.

Учитывая, что на первоначальном этапе более перспективным моторным топливом является сжиженный природный газ, технологические решения по созданию криогенных заправочных станций СПГ должны быть таковы, чтобы эти станции можно было при необходимости быстро и без лишний капитальных затрат модернизировать в криогенные заправочные станции жидкого водорода. По мнению автора, такие заправочные станции могут быть созданы только на основе установок с применением поршневых криогенных машин Стирлинга (КГМ). КГМ Стирлинга относятся к ожижителям, действие которых основано только на внешнем охлаждении. Процесс ожижения газа идет при атмосферном давлении, без его предварительного сжатия. Это позволяет делать установки по сжижению и хранению жидкого природного газа и водорода на основе КГМ Стирлинга компактными и простыми в обслуживании.

Использование криогенных машин Стирлинга позволяет разработать принципиально новую Концепцию создания инфраструктуры заправочных станций криогенных моторных топлив для автомобильного транспорта РФ. Предлагаемая инфраструктура для городских условий основана на разумном сочетании небольшого количества крупных муниципальных заправочных комплексов и многочисленных малогабаритных заправочных станций, расположенными непосредственно в гаражах автохозяйств, которые в своей совокупности формируют широкую сеть обеспечения криогенными топливами потребителей. При этом, основная нагрузка по обеспечению автотранспорта криогенным топливом должна ложиться именно на гаражные заправочные станции, а городские заправочные комплексы будут предназначаться только для дозаправки промышленного и общественного транспорта при ее эксплуатации в черте города и при междугородних перевозках. Специфика подхода к созданию такой инфраструктуры определяется особенностями криогенных топлив: их высокой испаряемости, значительными потерями при транспортировки и заправки баков автотранспортных средств.

В настоящее время создан необходимый научно-технический и патентный задел, включающий в себя методологические основы расчета и технико-экономического обоснования криогенных гаражных заправочных станций, а также принципиальные схемы и технические решения, защищенные патентами РФ, что обеспечивает создание криогенной инфраструктуры СПГ и жидкого водорода в кратчайшие сроки.

Гаражные заправочные станции СПГ и жидкого водорода будут создаваться на базе унифицированных технологических блоков. Основные элементами, обеспечивающими работоспособность и безопасность станций, являются: криогенные машины Стирлинга, серийно выпускаемые отечественной промышленностью и выполненные с электродвигателями во взрывобезопасном исполнении; сертифицированные газораспределительные шкафы; низкотемпературные емкости для хранения криогенных топлив; малогабаритная электроприводная взрывозащищенная дистанционно управляемая арматура; стандартные контейнерные конструкции.

При переводе автотранспорта на сжиженный природный газ и жидкий водород особое внимание должно быть уделено сокращению потерь жидкого продукта на всех этапах обращения с ним. В настоящее время при разработке ожижительных установок идет борьба за каждый процент повышения коэффициента ожижения. Вместе с тем при работе с криогенными жидкостями потери достигают десятков процентов. Показано, что полезное использование жидкого кислорода и азота в ракетно-космической технике не превышает 50%! Применение гаражных заправочных станций на основе КГМ Стирлинга позволяет полностью решить проблемы потерь криогенных топлив, что позволит значительно снизить их стоимость.

В начале 2006 года планируется введение в опытно-промышленную эксплуатацию КриоАЗС на основе КГМ Стирлинга для заправки автотранспорта сжиженным природным газом на 41 автокомбинате г. Москвы. Данная КриоАЗС будет прототипом будущих гаражных заправочных станций жидкого водорода.
Новые отечественные технологии в производстве водорода

До 1990 года в нашей стране для реализации программ создания ракетно-космических комплексов Н-1 и «Энергия-Буран»и авиационного комплекса ТУ-155 были проведены серьезные научео-исследовательские и опытно-конструкторские работы по внедрению жидкого водорода. В результате этих работ было создано современное оборудование для криогенных систем топливообеспечения: эффективные ожижители водорода с энергозатратами около ' 22 кВт • ч/кг H 2, автомобильные цистерны объемом до 45 м 3 с суточными потерями от 1.2 до 0.8%, железнодорожные цистерны объемом до 100 м 3 с суточными потерями около 0.5%, хранилища жидкого водорода объемом от 5 до 1400 м 3 с суточными потерями 2.2-0.13% объема хранимого водорода, криогенные трубопроводы диаметром до 400 мм и длиной до 1 км, дистанционно управляемая арматура, высокоэффективные теплообменные аппараты, машинное оборудование (компрессоры, вакуумные насосы, эжекторная аппаратура и др.), контрольно-измерительные приборы и средства обеспечения безопасности. Эта техника может быть использована для централизованного производства и доставки к гаражным КриоАЗС жидкого водорода. Однако, данные системы получения водорода основываются на процессе электролиза воды, основным недостатком которого является энергоемкость процесса получения водорода разложением воды. Как правило, на это нужно затратить большее количество энергии, чем то которое может быть получено при сжигании произведенного водорода.

На сегодняшний день самым дешевым способом производства водорода является расщепление природного газа на Н и СО при помощи пара и катализаторов. Однако при этом непроизводительные потери энергии составляют около 15%. В результате, по словам куратора проводимой Министерством энергетики США исследовательской программы в области водородного топлива Пита Девлина (Pete Devlin), производство водорода, по количеству энергии эквивалентного литру бензина, обходится в $5.

Очевидно, что для широкого потребления водорода в качестве топлива необходимо разрабатывать новые способы его получения, основанного на использовании дешевых источников энергии. Автором разработана и предлагается новая технология получения водорода, основывающаяся на его получении из местных биоресурсов. Отличительной чертой этой технологии является то, что на производства водорода не затрачивается электроэнергия извне, эта энергия генерируется в процессе выполнения самой технологии. Сырьем для получения водорода являются торф, древесина, отходы сельского хозяйства.

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть эту ссылку]
Создана самая крошечная топливная ячейка в мире
Инженерами-химиками США был создан самый компактный в мире элемент питания на основе топливной ячейки, размером 3 мм. Будущие модификации крошечного водородного модуля питания могут заменить батареи в портативных устройствах.

Топливные ячейки способны запасать большее количество энергии, чем существующие батареи, занимая такое же пространство. Даже самые передовые батареи имеют на порядок меньшее значение удельной энергии, чем у накопителя водородного топлива. Однако пока проще создавать именно батареи малого размера, а не помпы и контролирующую электронику для топливных ячеек. А малоразмерные помпы часто потребляют больше энергии, чем производят.
Создана самая крошечная топливная ячейка в мире

"Установка помпы, датчика давления и электроники для контроля системы в таком малом объеме не практична", — говорит Саид Могхаддам (Saeed Moghaddam) из Университета Иллинойса. "К тому же, если они все-таки смогут вырабатывать энергию, их потребление вероятно будет превышать объем генерируемой энергии". Поэтому Могхадамм вместе со своими университетскими коллегами включился в работу над созданием такой конструкции крошечных топливных элементов, которая бы позволяла генерировать энергию, не потребляя ее на собственные нужды.
Создана самая крошечная топливная ячейка в мире

Новое устройство имеет всего 4 элемента. Тонкая мембрана отделяет водный резервуар сверху от камеры с металл-гидридом, расположенной под ним. Еще ниже расположены электроды. Небольшие отверстия в мембране позволяют молекулам воды проникать в соседнюю камеру в виде пара. Затем пары воды вступают в реакцию с металл-гидридом, в результате которой образуется водород. Он заполняет эту камеру и оказывает давление на мембрану снизу, и отверстия в мембране перекрываются. Водород постепенно расходуется в результате протекания реакций на электродах для получения электрического тока. Затем давление водорода падает, и вода снова начинает поступать в камеру для совершения дальнейших реакций.

Это устройство размером всего 3 х 3 мм и толщиной в 1 мм невесомо, а контроль над поступлением воды осуществляется автоматически. При этом ячейка сохраняет работоспособность при тряске, что дает возможность использовать ее в карманных устройствах. Первый образец генерировал напряжение 0,7 В и ток величиной 0,1 мА в течение 30 часов, но Могхаддам говорит, что последние версии выдают уже 1 мА при том же напряжении. Но этого не хватит для питания мобильных телефонов, которые используют батареи на несколько вольт, а вот в простых электронных системах и микророботах их уже вполне можно использовать.

"Всего 9 мм3 — это безусловно очень немного", — говорит Стив Арскотт (Steve Arscott) из Университета Лилля, эксперт в топливных микроячейках. "Однако мощность этих ячеек слишком мала, чтобы они могли быть действительно полезны", — добавляет Арскотт. Его собственные топливные микроячейки используют метанол, а не воду качестве источника водорода, как делают многие микроячейки. При этом ее объем в 3 раза больше размеров ячейки Могхаддама, а ее удельная мощность превышает более чем в 10 раз и составляет 0,13 мВт/мм2.

Но эксперты указывают, что эти два устройства нельзя между собой сравнивать. Большинство топливных ячеек получают питание извне, в то время как новое устройство расходует топливо, помещенное внутри него. При этом большой запас топлива в ячейке требует много пространства, что приводит к падению удельной мощности. Однако в зависимости от размеров удельная мощность нового топливного элемента все же сравнительно высока — 100 ватт на литр.
Вернуться к началу Перейти вниз
http://detective-ug.ru
Спонсируемый контент




СообщениеТема: Re: Разворот на водород   

Вернуться к началу Перейти вниз
 
Разворот на водород
Предыдущая тема Следующая тема Вернуться к началу 
Страница 1 из 1

Права доступа к этому форуму:Вы можете отвечать на сообщения
H2O Водородное топливо :: 2010 и 2011 годы архив только для просмотра! :: Архив статей и всякого разного травмирующего психику-
Начать новую тему   Ответить на темуПерейти:  
Создать форум | © phpBB | Бесплатный форум поддержки | Контакты | Сообщить о нарушении | Blog2x2
Детектив-ЮГ | АЛЬТЕРНАТИВНАЯ ЭНЕРГИЯ ЧЕЛОВЕЧЕСТВУ