Campuran hidrogen-oksigen, sebagai yang paling bertenaga, dicadangkan untuk digunakan dalam mesin oleh K. E. Tsiolkovsky kembali pada tahun 1903. Hidrogen sudah digunakan sebagai bahan bakar: untuk kereta (dari satu setengah hingga Toyota Mirai), pesawat jet (dari Heinkel ke Tu-155), torpedo (dari GT 1200A ke Shkval), roket (dari Saturnus hingga Burana ). Aspek baru dibuka dengan penghasilan hidrogen logam dan penggunaan praktikal reaktor Rossi. Dalam waktu dekat, pengembangan teknologi untuk mendapatkan hidrogen murah dari hidrogen sulfida Laut Hitam dan langsung dari sumber pembuangan gas bumi. Walaupun terdapat penentangan di lobi minyak, kita memasuki era hidrogen!
Mengubah penggunaan kita - bersama-sama kita mengubah Dunia!
Kebaikan dan kekurangan bahan bakar hidrogen
Bahan bakar hidrogen mempunyai sejumlah ciri:
- Pemindahan haba hidrogen adalah 250% lebih tinggi daripada campuran bahan bakar-udara.
- Selepas pembakaran campuran hidrogen, hanya wap yang dihasilkan di saluran keluar.
- Reaksi pencucuhan lebih cepat daripada dengan bahan api lain.
- Berkat kestabilan letupan, dapat meningkatkan nisbah mampatan.
- Penyimpanan bahan api tersebut berlaku dalam bentuk cecair atau termampat. Sekiranya kerosakan tangki, hidrogen menguap.
- Tahap rendah kadar gas untuk bertindak balas dengan oksigen adalah 4%. Berkat ciri ini, adalah mungkin untuk menyesuaikan mod operasi enjin dengan menetapkan konsistensi.
- Kecekapan enjin hidrogen mencapai 90 peratus. Sebagai perbandingan, enjin diesel mempunyai kecekapan 50%, dan enjin pembakaran dalaman konvensional - 35%.
- Hidrogen adalah gas yang tidak menentu, sehingga masuk ke dalam jurang dan rongga terkecil. Atas sebab ini, sebilangan kecil logam dapat menahan kesan merosakkannya.
- Tidak banyak bunyi semasa enjin berjalan.
Enjin hidrogen pertama mula berfungsi di USSR pada tahun 1941
Anda akan terkejut, tetapi enjin pertama "lori" biasa mula menggerakkan hidrogen di Leningrad yang dikepung pada bulan September 1941! Leftenan juruteknik junior muda, Boris Shchelishch, yang bertugas mengangkat belon tempur, diperintahkan untuk memasang winch tanpa petrol dan elektrik. Oleh kerana belon diisi dengan hidrogen, dia mendapat idea untuk menggunakannya sebagai bahan bakar.
Video promosi:
Semasa eksperimen berbahaya, dua belon terbakar, tangki gas meletup, dan Boris Isaakovich sendiri mendapat kejutan shell. Selepas itu, untuk pengoperasian campuran udara-hidrogen "selamat" dengan selamat, dia mencipta meterai air khas, yang tidak termasuk pencucuhan semasa kilat di paip pengambilan enjin. Ketika semuanya selesai, para pemimpin tentera tiba, memastikan bahawa sistem berfungsi dengan baik, dan memerintahkan untuk memindahkan semua winch aerostatik ke jenis bahan bakar baru dalam 10 hari. Memandangkan sumber dan masa yang terhad, Shchelishch dengan bijak menggunakan alat pemadam api yang tidak berfungsi untuk membuat meterai air. Dan masalah mengangkat belon rentetan berjaya diselesaikan!
Boris Isaakovich dianugerahkan Perintah "Bintang Merah" dan dihantar ke Moscow, pengalamannya digunakan di unit pertahanan udara ibu kota - 300 mesin dipindahkan ke "hidrogen kotor", sijil penemu No. 64209 untuk penemuan dikeluarkan. Oleh itu, keutamaan USSR dalam pembangunan sektor tenaga di masa depan terjamin. Pada tahun 1942, sebuah kereta yang tidak biasa ditunjukkan pada pameran peralatan yang disesuaikan dengan keadaan sekatan. Pada masa yang sama, enjinnya berfungsi 200 jam tanpa berhenti di ruang tertutup. Gas ekzos - wap biasa - tidak mencemarkan udara.
Pada tahun 1979, di bawah pengawasan saintifik E. V. Shatrov. pasukan kreatif pekerja NAMI, yang terdiri daripada V. M. Kuznetsov Ramenskiy A. Yu., Kozlova Yu. A. prototaip minibus RAF, yang menggunakan hidrogen dan petrol, telah dikembangkan dan diuji.
Ujian RAF 22031 (1979).
Kenderaan bawah air hidrogen peroksida
Pada tahun 1938-1942, di galangan kapal Kiel, di bawah pimpinan jurutera Walter, sebuah kapal U-80 eksperimental dibina yang bekerja pada hidrogen peroksida. Pada ujian, kapal menunjukkan kelajuan bawah laut penuh 28.1 knot. Wap air dan oksigen yang diperoleh sebagai hasil penguraian peroksida digunakan sebagai cairan kerja dalam turbin, setelah itu mereka dikeluarkan di laut.
Angka tersebut secara konvensional menunjukkan peranti kapal selam dengan mesin hidrogen peroksida.
Secara keseluruhan, Jerman berjaya membina 11 kapal dari Universiti Teknikal Perm State.
Setelah kekalahan Hitler Jerman di England, AS, Sweden dan USSR, usaha dilakukan untuk membawa rancangan Walter untuk pelaksanaan praktikal. Sebuah kapal selam Soviet (projek 617) dengan mesin Walter dibina di biro reka bentuk Antipin.
ROCKET TORPEDA UNDERWATER VA-111 yang terkenal "SHKVAL".yes.
Sementara itu, kejayaan industri tenaga nuklear memungkinkan untuk menyelesaikan masalah enjin kapal selam yang lebih baik. Dan idea-idea ini berjaya diterapkan dalam mesin torpedo. Walter HWK 573. (enjin bawah laut peluru berpandu udara-ke-permukaan GT 1200A berpandu pertama di dunia yang menghantam kapal di bawah garis air). Torpedo luncur (UAB) GT 1200A mempunyai kelajuan bawah 230 km / jam, menjadi prototaip torpedo berkelajuan tinggi USSR "Shkval". Torpedo DBT mula beroperasi pada bulan Disember 1957, dioperasikan dengan hidrogen peroksida dan mengembangkan kelajuan 45 knot dengan jarak pelayaran hingga 18 km.
Penjana gas menghasilkan gelembung udara di sekitar badan objek (gelembung wap-gas) melalui kepala peronggaan dan, kerana penurunan rintangan hidrodinamik (rintangan air) dan penggunaan mesin jet, kelajuan pergerakan bawah air yang diperlukan (100 m / s) dicapai, yang beberapa kali lebih tinggi daripada kecepatan torpedo konvensional terpantas. Untuk kerja, bahan bakar hidroaktif digunakan (logam alkali, ketika berinteraksi dengan air, melepaskan hidrogen).
Tu-155 pada hidrogen telah menetapkan 14 rekod dunia
Semasa Perang Dunia Kedua, syarikat "Heinkel" membuat sebilangan besar pesawat jet di bawah mesin Walter Walter HWK-109-509 dengan daya tuju 2000 kgf, bekerja pada hidrogen peroksida.
Rusia telah cukup berjaya, tetapi, sayangnya, tidak menjadi pengalaman bersiri membuat pesawat "ekologi" yang sudah ada pada akhir 80-an abad yang lalu. Dunia disajikan dengan Tu-155 (model eksperimen Tu-154), yang menggunakan hidrogen cair, dan kemudian menggunakan gas asli cair. Pada 15 April 1988, pesawat pertama kali dibawa ke langit. Dia menetapkan 14 rekod dunia dan menyelesaikan sekitar seratus penerbangan. Namun, kemudian projek itu berjalan "di rak".
Pada akhir 1990-an, dengan perintah Gazprom, Tu-156 dibina dengan enjin gas cecair dan minyak tanah penerbangan tradisional. Pesawat ini mengalami nasib yang sama seperti Tu-155. Bolehkah anda bayangkan betapa sukarnya Gazprom melawan lobi minyak!
Kereta hidrogen
Kereta berkuasa hidrogen terbahagi kepada beberapa kumpulan:
- Kenderaan digerakkan oleh campuran hidrogen tulen atau udara / bahan bakar. Keistimewaan mesin tersebut adalah ekzos bersih dan peningkatan kecekapan hingga 90%.
- Kereta hybrid. Mereka mempunyai enjin ekonomi yang mampu berjalan dengan hidrogen tulen atau campuran petrol. Kenderaan sedemikian mematuhi standard Euro-4.
- Kereta dengan motor elektrik terpasang yang menghidupkan sel hidrogen di atas kenderaan.
Ciri utama kenderaan hidrogen adalah cara bahan bakar dimasukkan ke dalam ruang pembakaran dan dinyalakan.
Model kenderaan hidrogen berikut telah dihasilkan secara bersiri:
- Ford Focus FCV;
- Mazda RX-8 hidrogen;
- Mercedes-Benz A-Class;
- Honda FCX;
- Toyota Mirai;
- Bas MAN Lion City dan Ford E-450;
- kenderaan dua bahan api hibrid BMW Hydrogen 7.
Kereta hidrogen bersiri Toyota * Mirai *.
Kereta ini dapat memecut hingga 179 km / jam, dan kereta itu berakselerasi hingga 100 km / jam dalam waktu 9.6 saat dan yang paling penting, ia mampu memandu sejauh 482 km tanpa pengisian bahan bakar tambahan.
Keprihatinan BMW menyampaikan versi kereta Hydrogennya. Model baru telah diuji oleh tokoh budaya terkenal, ahli perniagaan, ahli politik dan tokoh popular lain. Ujian telah menunjukkan bahawa beralih ke bahan bakar baru tidak mempengaruhi keselesaan, keselamatan dan dinamika kenderaan. Sekiranya perlu, jenis bahan bakar boleh ditukar satu sama lain. Kelajuan hidrogen7 - hingga 229 km / j.
Honda Clarity adalah kereta dari perhatian Honda yang memukau dengan rizab kuasanya. Panjangnya 589 km, yang tidak dapat dibanggakan oleh kenderaan pelepasan rendah lainnya. Pengisian bahan bakar mengambil masa tiga hingga lima minit.
Home Energy Station III adalah unit kompak yang merangkumi sel bahan bakar, silinder simpanan hidrogen dan pembaharu gas asli yang mengeluarkan H2 dari paip gas.
Metana dari rangkaian isi rumah ditukar oleh peranti ini menjadi hidrogen. Dan dia - elektrik untuk rumah. Kekuatan sel bahan bakar di Stesen Tenaga Rumah adalah 5 kilowatt. Di samping itu, silinder gas terbina dalam berfungsi sebagai sejenis simpanan tenaga. Loji ini menggunakan hidrogen ini pada beban puncak pada kisi rumah. Menjana elektrik 5 kW dan hidrogen hingga 2 m3 sejam.
Kelemahan kenderaan hidrogen termasuk:
- kebesaran loji janakuasa ketika menggunakan sel bahan bakar, yang mengurangkan kelancaran kenderaan;
- sementara kos tinggi unsur hidrogen itu sendiri disebabkan oleh paladium atau platinum penyusunnya;
- reka bentuk ketidaksempurnaan dan ketidakpastian bahan untuk pembuatan tangki bahan api yang tidak membenarkan penyimpanan hidrogen dalam jangka masa yang lama
- kekurangan pengisian bahan bakar hidrogen, infrastrukturnya sangat buruk dibangunkan di seluruh dunia.
Dengan pengeluaran bersiri, sebahagian besar kekurangan reka bentuk dan teknologi ini akan dapat diatasi, dan dengan pengembangan pengeluaran hidrogen sebagai mineral, dan rangkaian stesen pengisian, kosnya akan menurun dengan ketara.
Pada tahun 2016, kereta api hidrogen pertama muncul, yang merupakan cetusan idea syarikat Jerman Alstom. Coranda iLint baru dijadualkan untuk memulakan perjalanan dari Buxtehude ke Cuxhaven, Lower Saxony.
Pada masa akan datang, ia dirancang untuk mengganti 4000 kereta api diesel di Jerman dengan kereta api seperti itu, bergerak di bahagian jalan tanpa elektrik.
Basikal hidrogen asal dilancarkan di Perancis. (Pragma Perancis). Anda mengisi hanya 45 gram hidrogen dan pergi! Penggunaan bahan api kira-kira 1 gram per 3 kilometer.
Hidrogen dalam astronautik
Sebagai bahan bakar dalam pasangan dengan oksigen cair (LC), hidrogen cair (LH) dicadangkan pada tahun 1903 oleh K. E. Tsiolkovsky. Ia mudah terbakar, dengan dorongan spesifik tertinggi (untuk pengoksidaan mana pun), yang membolehkan jisim muatan muatan yang jauh lebih besar dilancarkan ke angkasa dengan jisim peluncur roket yang sama. Namun, kesukaran objektif menghalangi penggunaan bahan bakar hidrogen.
Yang pertama adalah kerumitan pencairannya (pengeluaran 1 kg LH berharga 20-100 kali lebih banyak daripada 1 kg minyak tanah).
Yang kedua - parameter fizikal yang tidak memuaskan - takat didih yang sangat rendah (-243 ° C) dan ketumpatan yang sangat rendah (LH 14 kali lebih ringan daripada air), yang memberi kesan negatif terhadap kapasiti penyimpanan komponen ini.
Pada tahun 1959, NASA mengeluarkan perintah utama untuk reka bentuk unit oksigen-hidrogen Centaurus. Itu digunakan sebagai tahap atas kenderaan pelancaran seperti Atlas, Titan dan roket berat Saturnus.
Oleh kerana ketumpatan hidrogen yang sangat rendah, tahap pertama (terbesar) kenderaan pelancaran menggunakan jenis bahan bakar lain (yang kurang cekap, tetapi lebih padat), seperti minyak tanah, yang memungkinkannya dikurangkan ukurannya daripada yang boleh diterima. Contoh "taktik" seperti itu ialah roket Saturn-5, pada tahap pertama komponen oksigen / minyak tanah digunakan, dan pada tahap kedua dan ketiga - mesin oksigen-hidrogen J-2, dengan daya tuju masing-masing 92104 tan.
Sebagai contoh, saya akan memetik video pelancaran Apollo 11:
Pada minit ke-4 rakaman, tahap 1 dipisahkan dan ilusi dibuat bahawa enjin tahap kedua tidak berfungsi, ini menimbulkan banyak khabar angin mengenai penerbangan yang tidak realistik ke Bulan. Sebenarnya, pembakaran hidrogen di atmosfera atas "tidak berwarna", api menjadi ketara apabila objek atau kepingan cat memukulnya.
Dalam sistem "Space Shuttle", tahap ke-2 juga bekerja dengan pasangan oksigen / hidrogen.
Pada era perkembangan pesat astronautik di negara kita, enjin roket propelan cecair dengan bahan bakar hidrogen juga banyak digunakan.
Hidrogen logam
Pada 5 Oktober 2016, hidrogen logam diperoleh di makmal fizik Universiti Harvard. Ini memerlukan tekanan 495 gigapascals. Sekiranya masalah kestabilan dan penyejukan ruang pembakaran (6000 K) diselesaikan, maka hidrogen logam akan menjadi bahan bakar roket yang paling menjanjikan.
Para saintis percaya bahawa hidrogen logam akan memberikan denyutan 1000-1700 saat dalam mesin. (Dalam mesin roket moden, impuls selama 460 saat telah dicapai sejauh ini). Selain itu, tangki kecil akan diperlukan untuk menyimpan hidrogen logam, yang memungkinkan untuk membuat roket satu tahap untuk melancarkan muatan ke angkasa, ini akan membuka era baru penerokaan angkasa!
Mendapatkan berlian
Hidrogen telah menemui satu lagi aplikasi yang luar biasa dalam pengeluaran berlian. Evolusi cecair hidrogen - metana dengan penurunan tekanan dinyatakan dalam pengoksidaan diri (pembakaran dalam) hidrogen dan metana dalam sistem C-H-O dengan pembentukan berlian, air, dan CO. Pengesahan yang jelas mengenai proses ini adalah pengeluaran berlian berkualiti permata yang mapan dengan berat hingga 4 karat dan lapisan filem dari sistem cecair C-H-O (semikonduktor yang mewakili masa depan mikroelektronik). Lihat artikel Diamond Carbonado, semikonduktor paling berharga masa depan.
Reaktor haba Rossi
Pencipta Itali Andrea Rossi, dengan sokongan ahli fizik perunding saintifik Sergio Fokardi, melakukan eksperimen:
Berapa gram nikel (Ni) ditambahkan ke tiub tertutup, 10% litium aluminium hidrida, pemangkin ditambahkan dan kapsul diisi dengan hidrogen (H2). Setelah memanaskan pada suhu sekitar 1100-1300 ° C, secara paradoks, tiub tetap panas selama satu bulan, dan tenaga haba yang dibebaskan adalah beberapa kali lebih tinggi daripada yang dibelanjakan untuk pemanasan!
Pada sebuah seminar di Universiti Persahabatan Rakyat Rusia (RUDN) pada bulan Disember 2014, dilaporkan mengenai kejayaan pengulangan proses ini di Rusia:
Dengan analogi, tiub dengan bahan bakar dibuat:
Kesimpulan dari eksperimen: pembebasan tenaga adalah 2.58 kali lebih banyak daripada tenaga elektrik yang habis.
Di Uni Soviet, pekerjaan di CNS dilakukan sejak tahun 1960 di beberapa biro reka bentuk dan institusi penyelidikan berdasarkan perintah negara, tetapi dengan "penstrukturan" pembiayaan dihentikan. Sehingga kini, eksperimen berjaya dijalankan oleh penyelidik bebas - peminat. Pembiayaan dilakukan dengan perbelanjaan peribadi kolektif warga Rusia. Salah satu kumpulan peminat, di bawah kepimpinan NV Samsonenko, bekerja di bangunan "Corps Kejuruteraan" Universiti RUDN.
Mereka melakukan satu siri ujian kalibrasi dengan pemanas elektrik dan reaktor tanpa bahan bakar. Dalam kes ini, seperti yang diharapkan, kuasa haba yang dilepaskan sama dengan kuasa elektrik yang dibekalkan.
Masalah utama adalah penyerapan serbuk dan pemanasan reaktor tempatan, kerana gegelung pemanasan terbakar dan bahkan reaktor itu sendiri dapat membakar melalui dan melalui.
Tetapi A. G. Parkhomov, berjaya membuat reaktor jangka panjang. Daya pemanas 300 W, kecekapan = 300%.
Tindak balas peleburan 28Ni + 1H (ion) = 29Cu + Q memanaskan Bumi dari dalam
Inti dalam Bumi mengandungi nikel dan hidrogen, pada suhu 5000K dan tekanan 1,36 Mbar, jadi ada semua syarat untuk reaksi pelakuran di pedalaman Bumi, yang dihasilkan secara eksperimen dalam reaktor Rossi! Hasil daripada tindak balas ini, tembaga diperoleh, sebatiannya terdapat di zon "perokok hitam" pengembangan Bumi (rabung pertengahan lautan) di aliran yang kaya dengan hidrogen.
Hidrogen gelap
Pada tahun 2016, saintis dari Amerika Syarikat dan Britain, yang menghasilkan tekanan 1.5 juta atmosfera dan suhu beberapa ribu darjah semasa pemampatan seketika, dapat memperoleh hidrogen keadaan perantaraan ketiga, di mana ia secara serentak mempunyai sifat gas dan logam. Ia disebut "hidrogen gelap" kerana dalam keadaan ini tidak menyebarkan cahaya yang dapat dilihat, tidak seperti sinaran inframerah. "Hidrogen gelap", berbeza dengan logam, sangat sesuai dengan model struktur planet gergasi. Dia menjelaskan mengapa atmosfera atas mereka jauh lebih panas daripada yang seharusnya, memindahkan tenaga dari teras, dan kerana ia mempunyai kekonduksian elektrik yang signifikan, ia memainkan peranan yang sama dengan teras luar di Bumi, membentuk medan magnet planet ini!
Penjanaan hidrogen dari kedalaman Laut Hitam
Tuhan menganugerahkan tanah Krimea bukan hanya dengan alam yang paling indah dan beragam, tetapi juga dengan rizab yang mencukupi dari pelbagai mineral, termasuk hidrokarbon. Tetapi semenanjung kita secara harfiah "mandi" di simpanan air gas terbesar di dunia, yang merupakan Laut Hitam.
Lapisan dalam - di bawah 150m, terdiri daripada sebatian yang mengandungi hidrogen, bahagian utamanya adalah hidrogen sulfida. Menurut anggaran kasar, kandungan hidrogen sulfida di Laut Hitam dapat mencapai 4.6 bilion tan, yang pada gilirannya berfungsi sebagai sumber berpotensi sebanyak 270 juta tan hidrogen!
Beberapa kaedah penguraian hidrogen sulfida untuk menghasilkan hidrogen dan sulfur (H2S H2 + S - Q) telah dipatenkan, termasuk menghubungi gas yang mengandung hidrogen sulfida melalui lapisan bahan pepejal yang mampu menguraikannya dengan pembebasan hidrogen dan pembentukan sebatian yang mengandungi sulfur di permukaan bahan, pada tekanan 15 atmosfera dan suhu 400oС.
Yang paling menjanjikan adalah pengembangan penapis membran hidrofobik khas yang memisahkan hidrogen dari gas lain tepat pada kedalaman. Bagaimanapun, molekul terkecil dengan mudah meresap melalui logam dan bahkan di jisim granit bakteria bakteria yang memakan hidrogen hidup!
Mari bermimpi … Mari kita bayangkan bahawa dalam sepuluh tahun di salah satu tanjung pantai selatan Crimea, di mana dasar laut jatuh tajam ke kedalaman lebih dari 200 meter, sebuah stesen kecil akan dibina. Lengan paip akan meregangkannya dari laut, di hujungnya terdapat pemisah hidrogen sulfida. Selepas pemurnian, hidrogen akan dibekalkan ke rangkaian stesen pengisian pengangkutan motor dan ke loji kuasa termal kogenerasi. Sebuah ladang akan terletak berhampiran kilang, di mana mikroorganisma anaerob akan ditanam di atmosfer hidrogen, mitosisnya berlaku dengan kadar lebih cepat daripada rakan biasa. Biomassa mereka akan digunakan untuk menghasilkan makanan ternakan dan baja.
Dunia sedang memasuki era hidrogen
Sergei Glazyev, Ahli Akademi Akademi Sains Rusia, Penasihat Presiden Persekutuan Rusia menekankan: “Setiap kitaran ekonomi Kondratyev dicirikan oleh pembawa tenaga sendiri: pertama, kayu bakar (karbon organik), arang batu (karbon), kemudian minyak dan minyak bahan bakar (hidrokarbon berat), kemudian petrol dan minyak tanah (hidrokarbon sederhana), sekarang gas (hidrokarbon ringan), dan hidrogen tulen harus menjadi pembawa tenaga utama kitaran ekonomi seterusnya!"
Penggunaan hidrogen sangat luas, pelbagai aspek, bermanfaat secara bertenaga, mesra alam, dan sangat menjanjikan. Anak-anak kita sudah akan memandu kereta produksi yang digerakkan oleh hidrogen, menggunakan mikropemproses berlian yang dibuat menggunakan teknologi hidrogen, hidrogen logam akan merevolusikan astronotik, dan pengembangan reaktor Rossi - dalam bidang kejuruteraan tenaga!
Pengiktirafan teori Bumi hidrida yang awalnya (V. N. Larin) akan menyebabkan penemuan simpanan fosil H2, yang akan sangat mengurangkan kos mendapatkannya. Dan di sebalik penentangan pelobi minyak "mencekik" Bumi dengan pelepasan berbahaya, kita pasti memasuki era hidrogen!
Pengarang: Igor Dabakhov
