Водень як альтернативний вид палива

Водень як альтернативний вид палива Змiст 1 Водень на Землi 2 Що таке воднева технологiя? 3 Як i з чого в даний час отримують водень? 4 Отримання водню - майбутня технологiя 5 Багатоликий водень 7 Увага, водень! 8 Проблеми отримання енергiї Висновок В ступ Дослiдження Сонця, зiрок, мiжзоряного простору показують, що найпоширенiшим елементом Всесвiту є водень (в космосi у виглядi розжареної плазми вiн становить 70% маси Сонця i зiрок). За деякими розрахунками, кожну секунду в глибинах Сонця приблизно 564 млн. тонн водню в результатi термоядерного синтезу перетворюються в 560 млн. тонн гелiю, а 4 млн. тонн водню перетворюються на потужне випромiнювання, яке йде в космiчний простiр. Немає побоювань, що на Сонцi незабаром вичерпаються запаси водню. Воно iснує мiльярди рокiв, а запас водню в ньому достатнiй для того, щоб забезпечити ще стiльки ж рокiв горiння. Людина живе в воднево-гелiєвої всесвiту. Тому водень представляє для нас дуже великий iнтерес. Вплив i користь водню в нашi днi дуже велика. Практично всi вiдомi зараз види палива, за винятком, зрозумiло, водню, забруднюють навколишнє середовище. У мiстах нашої країни щорiчно проходить озеленення, але цього, як видно, недостатньо. У мiльйони нових моделей автомобiлiв, якi зараз випускаються, заливають таке паливо, яке випускає в атмосферу вуглекислий (СО2) i чадний (СВ) гази. Дихати таким повiтрям i постiйно перебувати в такiй атмосферi представляє дуже велику небезпеку для здоров'я. Вiд цього вiдбуваються рiзнi захворювання, багато з яких практично не пiддаються лiкуванню, а вже тим бiльше неможливо лiкувати їх, продовжуючи перебувати в можна сказати «зараженої» вихлопними газами атмосферi. Ми хочемо бути здоровими, i зрозумiло, хочемо, щоб поколiння, якi пiдуть за нами, теж не скаржилися i не страждали вiд постiйно забруднюють повiтря, а навпаки, пам'ятали i довiряли прислiв'ї: «Сонце, повiтря i вода - нашi кращi друзi". А поки я не можу сказати, що цi слова виправдовують себе. На воду нам вже взагалi доводиться закривати очi, оскiльки зараз, якщо навiть брати конкретно наше мiсто, вiдомi факти, що з кранiв тече забруднена вода, i пити її в жодному разi не можна. яким, зрозумiло, є водень, то наша планета стане на шлях, що веде до екологiчного раю. Але це все фантазiї i подання, якi, на превеликий наш жаль ще не скоро стануть реальнiстю. Незважаючи на те, що наш свiт наближається до екологiчної кризи, всi країни, навiть тi, якi бiльшою мiрою забруднюють своєї промисловiстю навколишнє середовище, (ФРН, Японiя, США, i як це не сумно - Росiя) не квапляться панiкувати i починати екстрену полiтику за її очищення. паливi, але i про його застосування. Ця тема дуже актуальна, оскiльки зараз жителiв не тiльки нашої країни, але i всього свiту, хвилює проблема екологiї та можливi шляхи вирiшення цiєї проблеми. 1 Водень на Землi Водень - один з найбiльш поширених елементiв i на Землi. У земнiй корi з кожних 100 атомiв 17 - атоми водню. Вiн становить приблизно 0,88% вiд маси земної кулi (включаючи атмосферу, лiтосферу i гiдросферу). Якщо згадати, що води на земнiй поверхнi бiльше 1,5 ∙ 1018 м3 i що масова частка водню у водi становить 11,19%, то стає ясно, що сировини для одержання водню на Землi - необмежена кiлькiсть. Водень входить до складу нафти (10,9 - 13,8%), деревини (6%), вугiлля (буре вугiлля - 5,5%), природного газу (25,13%). Водень входить до складу всiх тваринних i рослинних органiзмiв. Вiн мiститься i у вулканiчних газах. Основна маса водню потрапляє в атмосферу в результатi бiологiчних процесiв. При розкладаннi в анаеробних умовах мiльярдiв тонн рослинних залишкiв у повiтря видiляється значна кiлькiсть водню. Цей водень в атмосферi швидко розсiюється i дифундує у верхнi шари атмосфери. Маючи малу масу, молекули водню володiють високою швидкiстю дифузiйного руху (вона близька до другої космiчної швидкостi) i, потрапляючи у верхнi шари атмосфери, можуть полетiти в космiчний простiр. Концентрацiя водню у верхнiх шарах атмосфери складає 1 ∙ 10-4%. 2 Пiд водневої технологiєю мається на увазi сукупнiсть промислових методiв i засобiв для отримання, транспортування та зберiгання водню, а також засобiв i методiв його безпечного використання на основi невичерпних джерел сировини та енергiї. У чому ж привабливiсть водню i водневої технологiї? Перехiд на водневу технологiю та використання води в якостi єдиного джерела сировини для отримання водню не може змiнити не тiльки водного балансу планети, але i водного балансу окремих її регiонiв. Так, рiчна потреба енергетики такої високо iндустрiальної країни, як ФНР, може бути забезпечена за рахунок водню, отриманого з такої кiлькостi води, яка вiдповiдає 1,5% середнього стоку рiчки Рейн (2180 л води дають 1 тут у виглядi H2). Вiдзначимо попутно, що на наших очах стає реальною одна з генiальних здогадок великого фантаста Жуля Верна, який вустами героя рому «Таємничий острiв» (гл. XVII) заявляє: «Вода - це вугiлля майбутнiх столiть». Водень, що отримується з води, - один з найбiльш енергонасичених носiїв енергiї. Адже теплота згоряння 1 кг H2 становить (за нижчого межi) 120 МДж / кг, у той час як теплота згоряння бензину або кращого вуглеводневої авiацiйного палива - 46 - 50 МДж / кг, тобто в 2,5 рази менше 1 т водню вiдповiдає за своїм енергетичного еквiваленту 4,1 тут, до того ж водень - легковiдтворюєме паливо. Щоб накопичити викопне пальне на нашiй планетi, потрiбнi мiльйони рокiв, а щоб у циклi отримання та використання водню з води отримати воду, потрiбнi днi, тижнi, а iнодi години та хвилини. Але водень як паливо i хiмiчна сировина володiє i рядом iнших найцiннiших якостей. Унiверсальнiсть водню полягає в тому, що вiн може замiнити будь-який вид пального в самих рiзних областях енергетики, транспорту, промисловостi, у побутi. Вiн замiнює бензин а автомобiльних двигунах, гас в реактивних авiацiйних двигунах, ацетилен в процесах зварювання та рiзання металiв, природний газ для побутових та iнших цiлей, метан у паливних елементах, кокс у металургiйних процесах (пряме вiдновлення руд), вуглеводнi в рядi мiкробiологiчних процесiв. Водень легко транспортується по трубах i розподiляється по дрiбним споживачам, його можна отримувати i зберiгати в будь-яких кiлькостях. У той же час водень - сировина для ряду найважливiших хiмiчних синтезiв (амiаку, метанолу, гiдразину), для одержання синтетичних вуглеводнiв. 3 Як i з чого в даний час отримують водень? У розпорядженнi сучасних технологiв є сотнi технiчних методiв отримання водневого палива, вуглеводневих газiв, рiдких вуглеводнiв, води. Вибiр того чи iншого методу диктується економiчними мiркуваннями, наявнiстю вiдповiдних сировинних i енергетичних ресурсiв. У рiзних країнах можуть бути рiзнi ситуацiї. Наприклад, в країнах, де є дешева надлишкова електроенергiя, що виробляється на гiдроелектростанцiях, можна отримувати водень електролiзом води (Норвегiя); де багато твердого палива та дороги вуглеводнi, можна отримувати водень газифiкацiєю твердого палива (Китай); де дешева нафта, можна отримувати водень iз рiдких вуглеводнiв (Близький Схiд). Однак найбiльше водню отримують в даний час з вуглеводневих газiв конверсiєю метану i його гомологiв (США, Росiя). У процесi конверсiї метану водяною парою, дiоксидом вуглецю, киснем та оксиду вуглецю водяною парою протiкають наступнi каталiтичнi реакцiї. Розглянемо процес отримання водню конверсiєю природного газу (метану). Отримання водню здiйснюється в три стадiї. Перша стадiя - конверсiя метану в трубчастої печi: або CH4 + CO2 = 2CO + 2H2 - 248, 3 кДж / моль. Друга стадiя пов'язана з доконверсiею залишкового метану першiй стадiї киснем повiтря i введенням в газову сумiш азоту, якщо водень використовується для синтезу амiаку. (Якщо виходить чистий водень, другої стадiї принципово може i не бути). CH4 + 0,5 O2 = CO + 2H2 + 35,6 кДж / моль. CO + H2O = СO2 + H2 + 41,0 кДж / моль. Для всiх зазначених стадiй потрiбно водяна пара, а для першої стадiї - багато тепла, тому процес в енерго - технологiчному планi проводиться таким чином, щоб трубчастi печi зовнi обiгрiвалися спалюється в печах метаном, а залишкове тепло димових використовувалося для отримання водяної пари. 350 - 370 C° i пiд тиском 4,15 - 4,2 МПа змiшують з водяною парою в спiввiдношеннi обсягiв пар: газ = 3 , 0: 4,0. Тиск газу перед трубчастою пiччю, точне спiввiдношення пар: газ пiдтримуються автоматичними регуляторами. Утворюється парогазова сумiш при 350 - 370 C° надходить у пiдiгрiвник, де за рахунок димових газiв нагрiвається до 510 - 525 С. Потiм парогазову сумiш направляють на першу сходинку конверсiї метану - в трубчасту пiч, в якiй вона рiвномiрно розподiляється по вертикально розташованими реакцiйним труб (8). Температура конвертованого газу на виходi з реакцiйних труб досягає 790 - 820 С°. Залишковий змiст метану пiсля трубчастої печi 9 - 11% (об'емн.). Труби заповненi каталiзатором. Пiсля реакцiйних труб конвертована парогазова сумiш проходить пiдйомнi труби (9) i по колектору (10) потрапляє в шахтний конвертор метану другого ступеня (11). Тут на нiкелевому каталiзаторi вiдбувається киснева конверсiя залишкового метану. Температура конвертованого газу на виходi з реактора другого ступеня досягає 990 - 1000 C°, залишкове вмiст метану в конвертованiй газi становить 0,35 - 0,55% (об'емн.). Пiсля двоступеневої конверсiї метану, якщо водень призначається для синтезу амiаку, в конвертованiй газi крiм водню (57%) i азоту (22,4%) утримуються оксид вуглецю 13,4% i дiоксид вуглецю 7,7% (об'емн.). Оксид вуглецю далi перетворюється на водень та дiоксид вуглецю в системi парової конверсiї. Парова конверсiя оксиду вуглецю до водню проводиться в два ступенi. Перший ступiнь конверсiї здiйснюється при температурi 330 - 400 С° на залiзо-хромовому каталiзаторi, при цьому на виходi з конвертора першого ступеня вмiст оксиду вуглецю у конвертованiй газi падає до 3,3% (об'емн.), i з таким змiстом оксиду вуглецю газ, пройшовши через випарник , набуває в другу, низькотемпературну ступiнь конверсiї. Тут на низькотемпературному каталiзаторi конверсiї, що мiстить оксиднi сполуки мiдi, цинку, алюмiнiю, хрому, при температурi 190-210 С° вiдбувається доконверсiя залишкового оксиду вуглецю до його змiсту на виходi з конвертора 0,4 - 0,5%. Далi газ надходить на очищення вуглецю рiзного роду поглиначами. Так у промислових умовах отримують чистий водень i азот-водневу сумiш. 4 Отримання водню - майбутня технологiя Сучасна технологiя забезпечує щорiчне отримання в усьому свiтi десяткiв мiльйонiв тонн молекулярного водню. Понад 90% його виходить каталiтичної конверсiєю метану, рiдких вуглеводнiв, газифiкацiєю твердого палива. Абсолютно ясно, що у майбутньому при переходi на водневу технологiю такi джерела отримання водню, крiм твердого палива, будуть в основному виключенi. В якостi основного джерела сировини буде використовуватися вода. В якостi джерела енергiї для розкладання води - атомна енергiя в рiзних її видах (тепло, електроенергiя) та енергiя води, вiтру у виглядi електричної енергiї, енергiя сонячного випромiнювання. Загальна картина використання первинних джерел енергiї для одержання водню представлена на схемi 3. на використаннi електричної енергiї для електролiтичного розкладання води, енергiї Сонця в фотосинтетичних системах для розкладання води й атомного тепла в термохiмiчних системах для розкладання води. Електролiз води проводиться в промисловiй практицi давно i широко описаний в лiтературi. Зараз робляться значнi зусилля в науцi промисловостi, щоб використовувати невичерпну енергiю сонячного випромiнювання для розкладання води. Це i застосування фотолiзних осередкiв для розкладання води, сонячних осередкiв для отримання електроенергiї з подальшим її використанням при електролiзi води. Головне завдання, яке тут вирiшується, полягає в тому, щоб провести пiд безпосереднiм впливом сонячної енергiї ряд фотохiмiчних реакцiй з цiльовим призначенням розкладання води до водню кисню. Суть проблеми полягає в тому, щоб пiдiбрати такi бiологiчнi системи, якi будуть використовувати сонячну енергiю для розкладання води. геотермальних вод, i будь-якi iншi види тепла, наприклад перепад температур верхнiх i нижнiх шарiв тропiчних морiв. Розробляються та комбiнованi термохiмiчнi процеси, якi поряд з теплом використовують електричну енергiю – термоелектрохiмiчних процеси, сонячне випромiнювання, фото-i термохiмiчнi процеси. Термохiмiчнi процеси розкладання води привабливi ще й тим, що в результатi цiлого ряду хiмiчних перетворень, що протiкають у термохiмiчної циклi (системi), з циклу в навколишнiй простiр нiчого, крiм водню i кисню, не видiляється. Всi хiмiчнi процеси, що супроводжують розкладання води, знаходяться в закритому циркуляцiйному контурi. У цей контур пiдводяться тiльки вода i тепло (високопотенцiальнi), вiд контуру вiдводяться водень, кисень i тепло (низькопотенцiйнi). 5 Багатоликий водень ховається елемент, що породжує при своєму з'єднаннi з киснем звичайну воду. Але в XX ст. Водень придбав багатоликiсть. У природi були вiдкритi три рiзних водню, три його iзотопу, якi були названi вiдповiдно до складностi своїх ядер. Найлегший - проти. Водень у звичайнiй водi в основному складається з протiю. Але у водi є i бiльш важкий водень - дейтерiй. На кожнi 6700 атомiв протiю доводиться один атом дейтерiю. Існує i надважкий водень - тритiй. Тритiй радiоактивний. Вiн безперервно утворюється в стратосферi пiд дiєю космiчного випромiнювання. Є припущення, що це не межа для iснування нових, ще бiльш важких iзотопiв водню, якi повиннi бути радiоактивнi. Дейтерiй - вихiдний елемент для енергiї майбутнього. Вперше iснування важкого водню - дейтерiю було доведено в 1932 роцi. Незважаючи на вiдносно малий вмiст дейтерiю в звичайнiй водi, загальна кiлькiсть дейтерiю на Землi дуже велике. За пiдрахунками академiка І. В. Курчатова, 1 лiтр звичайної води по енергiї, що мiститься в ньому дейтерiю еквiвалентний приблизно 400 л нафти, тому дейтерiю кат палива майбутнього вистачить на сотнi мiльйонiв рокiв. (Згадайте ще раз героя Жуля Верна). Кiлькiсть тритiю на Землi зникає мало. Його менше 1 кг, але, незважаючи на це, його можна виявити в кожнiй краплi води. А його значення в майбутнiй енергетицi, можливо, ще бiльш велика, нiж дейтерiю. Вiн нестiйкий, перiод його напiврозпаду - 12, 262 року. Водень (проти), дейтерiй i тритiй утворюють двохатомних молекул. Молекули з однаковими атомами Н2, D2, Т2 iснують у двох ядерно-iзомерних формах, орто- i пара-форми. Ця iзомерiя є вихiдною причиною вiдмiнностi магнiтних, спектральних та термiчних властивостей обох модифiкацiй. перспективне пальне, нiж проти. Р. Вуд в 1922 р. встановив, що при пропусканнi тихих електричних розрядiв через водень, що знаходиться пiд тиском в декiлькох десятих часток мiлiметра ртутного стовпа, можна отримати атомарний водень. Скiльки отримують водню i для яких цiлей? Водень отримують у газоподiбному виглядi i, якщо для використання необхiдний рiдкий водень, його пiддають глибокому охолодженню i зрiдження. Виробництво молекулярного водню в 1985 роцi досягло приблизно 57 млн. тонн (без СРСР), а в 1990 роцi вже 95. Якщо згадати, що водень це газ, який в 14,5 рази легший за повiтря, то стане ясно, який це величезний об'єм. Де ж у цей час використовується така маса водню? По-перше, в азотнiй промисловостi, для отримання синтетичного амiаку. По-друге, для отримання метанолу з СВ i Н2, Значна кiлькiсть водню використовується в нафтохiмiчнiй промисловостi для очищення нафти вiд сiрчистих сполук, для гiдрування важких нафтових фракцiй i пiдвищення виходу легких фракцiй, у рядi нафтохiмiчних синтезiв, для гiдрування жирiв, в металургiї для вiдновлення руд чорних i кольорових металiв, рiдкий водень необхiдний в авiацiї i космонавтицi, у рядi виробництв. У майбутньому споживання водню буде рости бiльш високими темпами. Виникне промисловiсть синтетичного рiдкого i газоподiбного палива на базi твердих горючих копалин (гiдрування i гiдрогазифiкацiя твердих палив). Ми, тут не розкриваємо широке використання водню в промисловостi (воднева зварювання та рiзання металiв, мiкроелектронiка i т. д.), в сiльському господарствi. Особливо стоїть питання про використання iзотопiв водню в атомної i термоядерної енергетицi. Ось приклад, який буде характеризувати одного з майбутнiх споживачiв водню. Будинок на воднi. Як це мислиться? В даний час для забезпечення всiх мiських зручностей до мiському будинку повиннi бути пiдключенi комунiкацiї для побутового газу, джерела електроживлення, джерела побутового теплопостачання. Все це дуже дорого i складно. Чи не можна спростити цю схему? Сучасна технiка дає на це однозначну вiдповiдь - можна. Для цього до будинку повинна бути пiдведена лише одна траса - трубопровiд для водню. Використання водню для побутових цiлей значною мiрою технiчно пiдготовлено. Вiдомi й випробуванi рiзнi типи керамiчних пальникiв. Регулюючи подачу газу в пальник, в яку вмонтована каталiтична пластина, можна змiнювати в широких межах температуру нагрiвання при приготуваннi їжi. Водень легко i повнiстю згорає при низьких температурах на поверхнi каталiзаторiв. При цих температурах повнiстю виключається утворення оксидiв азоту. Єдиним продуктом згоряння на кухнi буде водяну пару. Низькотемпературне спалювання водню забезпечує його використання в низькотемпературних каталiтичних калорифер для побутового опалення. Форма обiгрiвача конструюється в залежностi вiд цiлей обiгрiву. Наприклад, стiни квартири можуть використовуватися як поверхня нагрiву. Освiтлення в будинку на воднi може забезпечуватися спецiальними свiтильниками, в яких на внутрiшню сторону трубки наноситься фосфор точно так само. Як в люмiнесцентних лампах. Коли водень у присутностi регульованого кiлькостi повiтря вступає в контакт з фосфором, останнiй люмiнесцентних, висвiтлюючи квартиру, але сама лампа не нагрiвається. Холодильники та кондицiонери в такому будинку можуть працювати за допомогою адсорбцiйних рефрижераторiв з використанням каталiтичної водневої пальника в якостi джерела енергiї. До такого будинку не треба пiдводити електроенергiю для iнших електропобутових приладiв (пилососiв, телевiзорiв, вентиляторiв i т. д.), так як електроенергiя може вироблятися в самому будинку на основi водневого паливного елементу. Дiм на воднi веде до селища на воднi i мiсту на воднi, де єдинi енергоносiєм стає водень, який використовується не тiльки в побутi, але i для транспортних цiлей (автомобiлi на водневому паливi), у промисловостi. Такий мiсто буде абсолютно чистим в екологiчному вiдношеннi, так як єдиним викидом в атмосферу буде чистий водяний пар. 6 Роль водню i водневої технологiї у кругообiгу речовин у природi В даний час пов'язаний вуглець у виглядi природного газу, нафти, твердого пального (деревини, торфу, кам'яного вугiлля) активної людської дiяльнiстю у промисловостi, на транспортi i в побутi переводиться в енергетичнi тупики - поклади карбонатних порiд. Загальна промислово видiлення СО2 в атмосферу з кожним роком зростає. Повернути цю величезну масу пов'язаного вуглецю, яке обчислюється десятками мiльярдiв тонн, в кругообiг речовин в природi - одна з найважливiших задач водневої технологiї. Саме воднева технологiя розробила ряд шляхiв для досягнення цiєї мети. В основi цiєї технологiї лежать процеси гiдрування СО2 до метану, метанолу, рiдких вуглеводнiв. Наприклад, Метанол необхiдний промисловостi в мiльйонах тонн. Вiн може також стати основним джерелом для отримання бензину. У довгостроковiй перспективi дiоксид вуглецю при наявностi потужних джерел дешевого водню може стати головним, а можливо i єдиним джерелом сировини промислового органiчного синтезу. При цьому, ймовiрно, знайдуть застосування як звичайнi хiмiчнi, каталiтичнi процеси, так i фотохiмiчнi та бiохiмiчнi методи. Тут неосяжний простiр для творчостi всiх ступенях науки. Основним компонентом нової системи органiчної технологiї на база СО2 є наявнiсть потужної водневої технологiї. Перетворити СО2 атмосфери, а якщо буде потрiбно i частина осадових карбонатiв земної кори в джерело вуглеводнiв - найбiльша завдання хiмiї XXI столiття. 7 Увага, водень! Говорячи про водень, його широке використаннi в побутi, промисловостi, на транспортi, не можна забувати i про його вибухо-i вогненебезпечнi властивостi. Недостатня пiдготовленiсть i нестроге виконання правил при використаннi водню може призвести до трагедiй, загибелi людей. При вивченнi в школi водню як хiмiчного елемента необхiдно висвiтлити i його велике майбутнє в нашого життя. На уроках хiмiї слiд готувати учнiв до поводження з ним при його отриманнi та використаннi. Потрiбно закликати їх до великої обережностi i уваги при роботi з воднем. Кожен учень повинен знати межi його займання i Вибухонебезпечна в повiтрi, в киснi, енергiю займання, правила зберiгання i технiки безпеки при поводженнi з воднем як газоподiбному, так i в рiдкому станi. 8 Проблеми отримання енергiї Зараз на людство насувається енергетична криза, i поки офiцiйна наука з скорботою повiдомляє, що немає альтернативи традицiйним джерелам енергiї - вугiлля, нафта, газ. запропонував розщеплювати не важкi атоми, а легенькi елементарнi частинки. 9 Водневi двигуни Так, утворюються ще оксиди азоту, кiлькiсть яких залежить вiд температури згоряння сумiшi в цилiндрi двигуна. І тут важливо, що у водневих двигунах температура згоряння палива на режимах мiський експлуатацiї iстотно нижче, нiж у вуглеводневих (бензинових, спиртових, метанових, пропан-бутановi i т. д.). "водневим двигуном" розумiти електричний, що отримує енергiю вiд реакцiї з'єднання водню i кисню в паливних елементах, то окислiв азоту не буде зовсiм. А вуглеводневе паливо "поставляє" при спалюваннi цiлий букет токсичних сполук, серед яких сажа - далеко не найшкiдливiша. Менi видається, що перший етап становлення водневої енергетики - це застосування водню як моторного палива. Поки паливнi елементи, при всiй їх перспективностi, задоволення дуже дороге. Не всi технологiї вiдпрацьованi, i процес цей йде досить повiльно, ще далеко не всi питання вирiшенi. Очiкують, що... ось-ось буде. Ще 25 рокiв тому можна було бачити "Рафiк" на паливних елементах. Втiм, iсторiї водню як палива теж не один десяток рокiв. "Водневе майбутнє" автотранспорту експерти пов'язують, перш за все, з паливними елементами. Їх привабливiсть визнають всi. "ящику з мембраною" (так спрощено можна представити паливний елемент) i дають водяна пара плюс електрику. Ford, General Motors, Toyota, Nissan i багато iнших компанiй навперебiй хизуються "топливоелементними" концепт кару i збираються от-от "завалити" всiх водневими модифiкацiями деяких з своїх звичайних моделей. проводять по всьому свiту. Мiж тим, є ще один шлях впровадження водню на автотранспортi - спалювання його в ДВС. Такий пiдхiд сповiдають BMW i Mazda. Японськi та нiмецькi iнженери бачать в цьому свої переваги. Збiльшення у вазi машини дає лише воднева паливна система, в той час, як в авто на паливних елементах прирiст (паливнi елементи, паливна система, електромотори, перетворювачi струму, потужнi акумулятори) - iстотно перевищує "економiю" вiд видалення ДВС i його механiчної трансмiсiї. Втрата в корисному просторi також менше у машини з водневим ДВЗ (хоча водневий бак i в тому, i iншому випадку з'їдає частину багажника). Цю втрату можна було б взагалi звести до нуля, якщо зробити автомобiль (з ДВЗ), який споживає лише водень. Але тут-то i виявляється головний козир японських i нiмецьких "розкольникiв". BMW i Mazda пропонують зберегти в автомобiлi можливiсть їздити на бензинi (за аналогiєю з поширеними нинi двухтопливними машинами "бензин / газ"). Такий пiдхiд, за задумом автобудiвникiв, полегшить поступовий перехiд автотранспорту тiльки на водневе харчування. баком водневим. Мiж тим, серiйний випуск та масовi продажi машин на паливних елементах довгий час будуть сильно стримуватися малим числом таких заправних станцiй. Так, i вартiсть паливних елементiв поки велика. Крiм того, переведення на водень звичайних ДВЗ (при вiдповiдних настройках) не тiльки робить їх чистими, але й пiдвищує термiчний ККД i покращує гнучкiсть роботи. Справа в тому, що водень має набагато бiльш широким, в порiвняннi з бензином, дiапазоном пропорцiй змiшування його з повiтрям, при яких ще можливий пiдпал сумiшi. І згорає водень повнiше, навiть поблизу стiнок цилiндра, де в бензинових двигунах зазвичай залишається незгорiлих робоча сумiш. Отже, вирiшено - "згодовуємо" водень двигуну внутрiшнього згоряння. Фiзичнi властивостi водню iстотно вiдрiзняються вiд таких у бензину. Над системами харчування нiмцям i японцям довелося поламати голову. Але результат того вартий. Показання BMW i Mazda водневi автомобiлi поєднують звичну для власникiв звичайних авто високу динамiку з нульовим вихлопом. "ультра iнновацiйнi" машини на паливних елементах. вiдпадає потреба в випередженнi запалювання. Як показав аналiз вихлопних газiв, оксиди сiрки та вуглецю в них взагалi вiдсутнi, а оксиди азоту стримується лише в незначних кiлькостях. кiлькiсть газоподiбного водню займає обсяг 8000 л, а щоб зберiгати його потрiбно мiцний резервуар масою 1500 кг. Це наштовхнуло конструкторiв на думку використати зрiджений водень; тодi тi ж 10 кг водню помiщаються в балонi масою 80 кг i ємнiстю 160 л. Але щоб мати водень в зрiдженому станi, потрiбно пiдтримувати в балонi температуру-2530 С°. Застосовувати сосуди Дьюара було б занадто дорого. Можливо, конструкрукторам вдасться використовувати якiсь варiанти широко застосовуються в даний час резервуарiв для зберiгання рiдкого палива, у яких добовi втрати на випаровування не перевищують 1,5%. Так, в експериментальному автомобiлi «Волга» змонтований криогенний водневий бак загальною масою 140 кг. Фахiвцi знайшли i iнше рiшення: бак можна виготовити з гiдридiв металiв сплавiв магнiю, марганцю, титану i залiза, якi володiють тим перевагою, що поглинають частину яка випаровується водню, а при нагрiваннi (хоча б вихлопними газами)знову видiляють його. Маса водневого бака з гiдридiв металiв перевищує 150 кг. Нове паливо вже випробувано на практицi. Успiшно пройшов випробування автомобiль «Жигулi» з комбiнованим двигуном на бензинi i воднi. П. Д. двигуна зависочiв на чверть, витрата бензину зменшився на третину, а вмiст шкiдливих речовин у вихлопних газах знизилося до мiнiмуму. Великi надiї покладаються i на електромобiлi, забезпеченi воднево-кислотними топ зливними системами. На думку багатьох фахiвцiв, водневий двигун навряд чи знайде застосування в легкових автомобiлях, з мiркувань безпеки, але вiн може стати в нагодi для громадського транспорту. Великий iнтерес до водневого палива виявляють i авiаконструктори. У США ще в 1957р. дослiдна група Нацiонального управлiння проводить випробовування двомоторного лiтака на водневому паливi. У 1973р. НАСА доручило фiрмi «Локхiд» пристосувати для водневого палива два серiйних бойових лiтака (С-141 i «Старфайтер»). Фiрма «Боїнг» розробила варiант найбiльшого лiтака «Джамбо-Джет» на водневому палевi. На минулiй в Москвi мiжнародної конференцiї з моторного палива заступник директора науково - виробничої фiрми «Фордiгаз» Сергiй Шипунов запевняв учасникiв конференцiї, що якщо встановити на автомобiлях їх паливнi системи для двигунiв внутрiшнього згоряння, то вмiст шкiдливих речовин у вихлопних газах зменшиться в сотнi разiв. У всьому свiтi вважається великим досягненням, якщо вдається зменшити на декiлька вiдсоткiв кiлькiсть цих отрут. Навiть якщо перевести автомобiлi з рiдкого на газове паливо, то шкiдливих речовин в димi стане в 3-10 разiв менше. А «Фордигаз» запевняє, що може знизити їх утримання ще на порядок для машин на газi i на два порядки - на бензинi. Це здається просто неймовiрним. Тим не менш «Фордигаз» переконався в цьому на досвiдi. Паливна система була встановлена не на автомобiлi, а на двигунi для мобiльного електростанцiї потужнiстю 4 кiловата. 14 людей проходили випробування в кiмнатi площею 20 квадратних метрiв. Вiкна в нiй були закритi, а вихлопна труба виходила прямо в примiщення. І ось ми залили в бак бензин, включили двигун. Двигун працював на повну потужнiсть цiлу годину, але присутнi не вiдчували особливих незручностей. Тiльки стало жарко, але повiтря було абсолютно чистим. А газоаналiзатор «Інфолiт», зроблений у Нiмеччинi, показав нульове вмiст шкiдливих речовин у вихлопних газах. Коли зняли паливну систему i двигун став робить в звичайному режимi, дим швидко наповнив кiмнату. Через 4 хвилини присутнi ледь не задихнулися. А диво пояснювалося просто. Паливна система забезпечувати iдеальне перемiшування повiтря з бензином, в результатi вiн горiв повнiстю - з вихлопної труби вилiтали тiльки пари води i вуглекислий газ. Спочатку рiдке паливо перетворюється потоком повiтря в аерозоль. Вiн зволожує спецiальну тканину, а з неї повiтря зриває вже не крапельки, а окремi молекули бензину. У результатi рiдке паливо перетворюється в газоподiбний, i в такому станi надходить у спецiальний змiшувач. Там до пального додають суворо, певну порцiю повiтря i добре їх перемiшують. Особливi пристрої пiдтримують оптимальне спiввiдношення молекул кисню i вуглеводiв протягом всiєї роботи двигуна - у результатi паливо згорає без залишкiв. Водiї знають, що звичайний двигун дає 7-8% окису вуглецю у вихлопних газах, в кращому випадку (якщо добре вiдрегулювати) до 2%. Але випробування першого двигуна з паливною системою показали, що вмiст окису вуглецю склала 8 сотих часток процента. Це пристрiй величиною трохи бiльше склянки. Повiтря i пальне проходять в ньому по зiгнутим каналах, якi хвацько закручують i перемiшують цю сумiш, роблячи її максимально однорiдною. І така хитра операцiя дає дивовижний ефект. Висновок У результатi написаної роботи я дуже багато дiзналася про такий важливий, незамiнного, i найцiкавiшому речовинi на нашiй планетi, як водень. Скiльки безцiнної iнформацiї вже змогли вiдкрити вченi, вивчаючи його, i зараз, залишається тiльки гадати, що ще можна вiдкрити i дiзнатися. У минулому роцi я писала роботу з екологiчної хiмiї, що стосується адсорбцiї в процесах очищення природних i стiчних вод. Я говорила про застосування нових технологiй в чищеннi водойм. У моїй теперiшнiй роботi я бiльше зачiпають не гiдросферу, а атмосферу. Якщо в нашiй, та й у всiх iнших країнах, у всьому свiтi, частенько виникають питання, що ж робити iз забрудненою атмосферою, то чому нам не звернутися до такого аспекту, i не зробити акцент на тому, щоб її просто не забруднювати. Зрозумiло, це не можливо. Неможливо припинити роботу хiмiчної та iнших видiв промисловостi та застосування сучасних технологiй у сiльському господарствi, агiтуючи та пояснюючи це тiльки лише тим, що ми боремося за чистоту повiтря. Але ми цього i не вимагаємо Але подивiться, чим ми дихаємо, подивiться, скiльки вихлопних газiв, рiзноманiтних шкiдливих речовин iснує в атмосферi тiльки лише завдяки тому, що в свiтi поширене таке явище як автомобiлi. І якщо є можливiсть запобiгти потраплянню цих найнебезпечнiших речовин в атмосферу, то чому ми цього до цих пiр не зробили, чому це не зробили не ми, а тi, хто цим має займатися? Куди дивиться наша охорона здоров'я? Написавши цю роботу, я дiзналася, що у нашого свiту ще є можливiсть хоч як то налагодити екологiчну обстановку, але чи захочуть це зробити решта, i чи буде їм цiкавi подальшi розробки вчених цiєї галузi, якi, оскiльки теж є людьми цiєї планети має пряму зацiкавленiсть в цьому питаннi. Водень? Що таке водень? Простий елемент? Елемент, який має тiльки лише ряд особливостей, який тiльки лише трохи вiдрiзняється вiд iнших? майбутнього.