Het waterstof-zuurstofmengsel, als het energetisch meest ruime, werd voorgesteld om in motoren te worden gebruikt door K. E. Tsiolkovsky in 1903. Waterstof wordt al gebruikt als brandstof: voor auto's (van anderhalf tot Toyota Mirai), straalvliegtuigen (van Heinkel tot Tu-155), torpedo's (van GT 1200A tot Shkval), raketten (van Saturnus tot Burana ). Nieuwe aspecten worden geopend door de productie van metallische waterstof en de praktische toepassing van de Rossi-reactor. In de nabije toekomst, de ontwikkeling van technologieën voor het verkrijgen van goedkope waterstof uit waterstofsulfide in de Zwarte Zee en rechtstreeks uit de bronnen van de ontgassing van de aarde. Ondanks het verzet van de olielobby betreden we onverbiddelijk het waterstoftijdperk!
Onze consumptie veranderen - samen veranderen we de wereld!
De voor- en nadelen van waterstof als brandstof
Waterstofbrandstof heeft een aantal kenmerken:
- De warmteoverdracht van waterstof is 250% hoger dan die van een brandstof-luchtmengsel.
- Na verbranding van het waterstofmengsel wordt alleen stoom gegenereerd aan de uitlaat.
- De ontstekingsreactie is sneller dan bij andere brandstoffen.
- Dankzij de detonatiestabiliteit is het mogelijk om de compressieverhouding te verhogen.
- De opslag van dergelijke brandstof vindt plaats in vloeibare of gecomprimeerde vorm. Bij een tankstoring verdampt waterstof.
- Het lagere niveau van het gasaandeel dat met zuurstof moet reageren, is 4%. Dankzij deze functie is het mogelijk om de bedrijfsmodi van de motor aan te passen door de consistentie te doseren.
- De efficiëntie van een waterstofmotor bereikt 90 procent. Ter vergelijking: een dieselmotor heeft een efficiëntie van 50% en een conventionele verbrandingsmotor - 35%.
- Waterstof is een vluchtig gas, dus het komt in de kleinste openingen en holtes terecht. Om deze reden zijn maar weinig metalen bestand tegen de vernietigende effecten ervan.
- Er is minder geluid als de motor draait.
De eerste waterstofmotor begon in 1941 te werken in de USSR
U zult verrast zijn, maar de eerste motor van een gewone "vrachtwagen" begon in september 1941 in het belegerde Leningrad te werken op waterstof! De jonge technicus-luitenant Boris Shchelishch, die de leiding had over de opkomst van de versperringballon, kreeg de opdracht om, bij afwezigheid van benzine en elektriciteit, het werk van de lieren vast te stellen. Omdat de ballonnen gevuld waren met waterstof, kwam hij op het idee om deze als brandstof te gebruiken.
Promotie video:
Tijdens gevaarlijke experimenten brandden twee ballonnen uit, explodeerde een gastank en Boris Isaakovich kreeg zelf een granaatschok. Daarna vond hij voor de veilige werking van het lucht-waterstof "explosieve" mengsel een speciaal waterslot uit, dat ontsteking in geval van een flits in de inlaatpijp van de motor uitsluit. Toen alles eindelijk werkte, arriveerden de militaire leiders, zorgden ervoor dat het systeem naar behoren werkte en gaven ze het bevel om alle aerostatische lieren binnen 10 dagen op een nieuw type brandstof over te brengen. Gezien de beperkte middelen en tijd, gebruikte Shchelishch slim ontmantelde brandblussers om een waterslot te maken. En het probleem van het opheffen van spervuurballonnen was met succes opgelost!
Boris Isaakovich ontving de Orde van de "Rode Ster" en werd naar Moskou gestuurd, zijn ervaring werd gebruikt in de luchtverdedigingseenheden van de hoofdstad - 300 motoren werden overgebracht naar "vuile waterstof", het uitvinderscertificaat nr. 64209 voor uitvinding werd uitgegeven. Zo werd de prioriteit van de USSR bij de ontwikkeling van de energiesector van de toekomst verzekerd. In 1942 werd een ongebruikelijke auto getoond op een tentoonstelling met uitrusting aangepast aan de omstandigheden van de blokkade. Tegelijkertijd werkte zijn motor 200 uur zonder te stoppen in een afgesloten ruimte. De uitlaatgassen - gewone stoom - vervuilden de lucht niet.
In 1979, onder wetenschappelijk toezicht van E. V. Shatrov. het creatieve team van NAMI-werknemers, bestaande uit V. M. Kuznetsov Ramenskiy A. Yu., Kozlova Yu. A. een prototype van de RAF-minibus, die op waterstof en benzine rijdt, werd ontwikkeld en getest.
Tests RAF 22031 (1979).
Waterstofperoxide onderwatervoertuigen
In 1938-1942 werd op de scheepswerven van Kiel, onder leiding van ingenieur Walter, een experimentele U-80-boot gebouwd die werkte op waterstofperoxide. Tijdens tests toonde het schip een volledige onderwatersnelheid van 28,1 knopen. De door de ontleding van peroxide verkregen damp van water en zuurstof werd als werkvloeistof in de turbine gebruikt, waarna ze overboord werden verwijderd.
De figuur toont conventioneel het apparaat van een onderzeeër met een waterstofperoxidemotor.
In totaal slaagden de Duitsers erin om 11 boten te bouwen van de Perm State Technical University.
Na de nederlaag van Hitler's Duitsland in Engeland, de VS, Zweden en de USSR, werd er gewerkt aan de praktische uitvoering van Walter's plan. Bij ontwerpbureau Antipin werd een Sovjetonderzeeër (project 617) met een Walter-motor gebouwd.
De beroemde VA-111 ONDERWATER TORPEDA ROCKET "SHKVAL"
Ondertussen maakten de successen van de kernenergie-industrie het mogelijk om het probleem van krachtige onderzeese motoren beter op te lossen. En deze ideeën werden met succes toegepast in torpedomotoren. Walter HWK 573. (onderwatermotor van 's werelds eerste geleide antischip lucht-grondraket GT 1200A die een schip onder de waterlijn raakte). De glijdende torpedo (UAB) GT 1200A had een onderwatersnelheid van 230 km / u en was het prototype van de USSR hogesnelheidstorpedo "Shkval". De DBT-torpedo kwam in december 1957 in dienst, werkte op waterstofperoxide en ontwikkelde een snelheid van 45 knopen met een actieradius tot 18 km.
De gasgenerator door de cavitatiekop creëert een luchtbel rond het lichaam van het object (damp-gasbel) en door de afname van de hydrodynamische weerstand (waterweerstand) en het gebruik van straalmotoren wordt de vereiste onderwatersnelheid (100 m / s) bereikt, die vele malen hoger is dan de snelheid van de snelste conventionele torpedo. Voor het werk wordt een waterstofreactieve brandstof gebruikt (alkalimetalen geven waterstof vrij bij interactie met water).
De Tu-155 op waterstof heeft 14 wereldrecords gevestigd
Tijdens de Tweede Wereldoorlog creëerde het bedrijf "Heinkel" een hele reeks straalvliegtuigen onder de Walter Walter HWK-109-509-motor met een stuwkracht van 2000 kgf., Werkend aan waterstofperoxide.
Rusland had behoorlijk succes, maar werd helaas niet al in de late jaren 80 van de vorige eeuw een seriële ervaring met het maken van "ecologische" vliegtuigen. De wereld werd gepresenteerd met de Tu-155 (experimenteel model Tu-154), die draait op vloeibaar waterstof en vervolgens op vloeibaar aardgas. Op 15 april 1988 werd het vliegtuig voor het eerst naar de lucht gebracht. Hij vestigde 14 wereldrecords en voltooide ongeveer honderd vluchten. Maar toen ging het project “op de plank”.
Eind jaren negentig werd in opdracht van Gazprom de Tu-156 gebouwd met motoren op vloeibaar gas en traditionele vliegtuigkerosine. Dit vliegtuig onderging hetzelfde lot als de Tu-155. Kunt u zich voorstellen hoe moeilijk het zelfs voor Gazprom is om de olielobby te bestrijden!
Waterstofauto's
Auto's op waterstof zijn onderverdeeld in verschillende groepen:
- Voertuigen aangedreven door zuivere waterstof of lucht / brandstofmengsels. De eigenaardigheid van dergelijke motoren is een schone uitlaat en een verhoging van de efficiëntie tot 90%.
- Hybride auto's. Ze hebben een zuinige motor die op zuivere waterstof of een benzinemengsel kan draaien. Dergelijke voertuigen voldoen aan de Euro-4-norm.
- Auto's met een ingebouwde elektromotor die de waterstofcel aan boord van het voertuig aandrijft.
Het belangrijkste kenmerk van waterstofvoertuigen is de manier waarop brandstof in de verbrandingskamer wordt gevoerd en wordt ontstoken.
De volgende modellen waterstofvoertuigen worden al in serie geproduceerd:
- Ford Focus FCV;
- Mazda RX-8 waterstof;
- Mercedes-Benz A-Klasse;
- Honda FCX;
- Toyota Mirai;
- MAN Lion City Bus en Ford E-450 bussen;
- hybride tweebrandstofvoertuig BMW Hydrogen 7.
Seriële waterstofauto Toyota * Mirai *.
Deze auto kan accelereren tot 179 km / u, en de auto accelereert naar 100 km / u in 9,6 seconden en, belangrijker nog, hij kan 482 km rijden zonder bij te tanken.
Het BMW-concern presenteerde zijn versie van de Hydrogen-auto. Het nieuwe model is getest door bekende culturele figuren, zakenmensen, politici en andere populaire persoonlijkheden. Tests hebben aangetoond dat het overschakelen op een nieuwe brandstof geen invloed heeft op het comfort, de veiligheid en de dynamiek van het voertuig. Indien nodig kunnen de soorten brandstof van de ene naar de andere worden omgeschakeld. Waterstof7-snelheid - tot 229 km / u.
Honda Clarity is een auto van het Honda-concern die verbaast met zijn gangreserve. Hij is 589 km lang, wat geen enkel ander emissiearm voertuig kan bogen. Bijtanken duurt drie tot vijf minuten.
Het Home Energy Station III is een compacte unit met onder meer brandstofcellen, een waterstofopslagcilinder en een aardgasreformer die H2 uit een gasleiding haalt.
Methaan uit het huishoudelijk netwerk wordt door dit apparaat omgezet in waterstof. En hij - in elektriciteit voor het huis. Het vermogen van de brandstofcellen in het Home Energy Station is 5 kilowatt. Daarnaast dienen de ingebouwde gasflessen als een soort energieopslag. De plant gebruikt deze waterstof bij piekbelastingen op het thuisnet. Wekt 5 kW elektriciteit en tot 2 m3 waterstof per uur op.
De nadelen van waterstofvoertuigen zijn onder meer:
- de omvang van de krachtcentrale bij het gebruik van brandstofcellen, waardoor de wendbaarheid van het voertuig wordt verminderd;
- terwijl de hoge kosten van de waterstofelementen zelf vanwege hun samenstellende palladium of platina;
- ontwerpimperfectie en onzekerheid in het materiaal voor de fabricage van brandstoftanks die lange tijd geen waterstofopslag toestaan
- gebrek aan waterstof bijtanken, waarvan de infrastructuur over de hele wereld zeer slecht ontwikkeld is.
Met serieproductie zullen de meeste van deze ontwerp- en technologische tekortkomingen worden overwonnen, en met de ontwikkeling van waterstofproductie als mineraal en een netwerk van tankstations zullen de kosten aanzienlijk dalen.
In 2016 verscheen de eerste trein op waterstof, het geesteskind van het Duitse bedrijf Alstom. De nieuwe Coranda iLint start op de route van Buxtehude naar Cuxhaven, Nedersaksen.
In de toekomst is het de bedoeling om in Duitsland 4000 dieseltreinen te vervangen door dergelijke treinen, die over wegen zonder elektrificatie rijden.
De originele waterstoffiets is uitgebracht in Frankrijk. (Franse Pragma). Je vult slechts 45 gram waterstof in en klaar! Het brandstofverbruik is ongeveer 1 gram per 3 kilometer.
Waterstof in ruimtevaart
Als brandstof in een paar met vloeibare zuurstof (LC), werd vloeibare waterstof (LH) in 1903 voorgesteld door K. E. Tsiolkovsky. Het is brandbaar, met de hoogste specifieke impuls (voor elke oxidator), waardoor een veel grotere massa aan nuttige lading de ruimte in kan worden gelanceerd met een gelijke lanceermassa van de raket. Objectieve moeilijkheden stonden het gebruik van waterstof als brandstof echter in de weg.
De eerste is de complexiteit van het vloeibaar maken ervan (productie van 1 kg LH kost 20-100 keer meer dan 1 kg kerosine).
De tweede - onbevredigende fysische parameters - extreem laag kookpunt (-243 ° C) en zeer lage dichtheid (LH is 14 keer lichter dan water), die de opslagcapaciteit van deze component negatief beïnvloeden.
In 1959 gaf NASA een grote order uit voor het ontwerp van de Centaurus zuurstof-waterstofeenheid. Het werd gebruikt als de bovenste trappen van lanceervoertuigen als Atlas, Titan en de zware raket Saturnus.
Vanwege de extreem lage dichtheid van waterstof, gebruikten de eerste (grootste) trappen van draagraketten andere (minder efficiënte, maar dichtere) soorten brandstof, zoals kerosine, waardoor ze konden worden verkleind tot acceptabele. Een voorbeeld van zo'n "tactiek" is de Saturn-5-raket, in de eerste fase waarin zuurstof / kerosinecomponenten werden gebruikt, en in de tweede en derde fase - zuurstof-waterstofmotoren J-2, met een stuwkracht van elk 92104 ton.
Als voorbeeld noem ik de video van de lancering van Apollo 11:
Op de 4e minuut van de opname scheidt de 1e trap zich en wordt de illusie gewekt dat de motoren van de 2e trap niet werken, dit heeft aanleiding gegeven tot veel geruchten over de onrealistische vlucht naar de maan. In feite is de verbranding van waterstof in de bovenste atmosfeer "kleurloos", de vlam wordt merkbaar wanneer een voorwerp of stukjes verf erop vallen.
In het "Space Shuttle" -systeem werkte de 2e trap ook met een zuurstof / waterstofpaar.
In het tijdperk van de snelle ontwikkeling van de ruimtevaart in ons land, werden ook raketmotoren met vloeibare stuwstof op waterstof op grote schaal gebruikt.
Metallische waterstof
Op 5 oktober 2016 werd metallische waterstof verkregen in het natuurkundig laboratorium van de Harvard University. Dit vereiste een druk van 495 gigapascal. Als het probleem van stabiliteit en koeling van de verbrandingskamer (6000 K) is opgelost, wordt metallische waterstof de meest veelbelovende raketbrandstof.
Wetenschappers denken dat metallische waterstof een puls van 1000-1700 seconden in motoren zal geven. (In moderne raketmotoren is tot nu toe een impuls van 460 seconden bereikt). Bovendien zullen er kleine tanks nodig zijn om metallische waterstof op te slaan, waardoor het mogelijk wordt om eentrapsraketten te maken om een lading de ruimte in te lanceren, wat een nieuw tijdperk van ruimteverkenning zal openen!
Diamanten krijgen
Waterstof heeft een andere opmerkelijke toepassing gevonden bij de productie van diamanten. De ontwikkeling van een waterstof - methaanvloeistof met een afname van de druk komt tot uiting in de zelfoxidatie (diepe verbranding) van waterstof en methaan in het C-H-O-systeem met de vorming van diamanten, water en CO. Een levendige bevestiging van dit proces is de gevestigde productie van diamanten van edelsteenkwaliteit met een gewicht tot 4 karaat en filmcoatings van het C-H-O-vloeistofsysteem (waarvan halfgeleiders de toekomst van de micro-elektronica vertegenwoordigen). Zie het artikel Diamond Carbonado, de meest waardevolle halfgeleider van de toekomst.
Thermische reactor Rossi
De Italiaanse uitvinder Andrea Rossi heeft, met de steun van wetenschappelijk adviseur natuurkundige Sergio Fokardi, een experiment uitgevoerd:
Hoeveel gram nikkel (Ni) werd toegevoegd aan een afgesloten buis, 10% lithiumaluminiumhydride, katalysator werd toegevoegd en de capsule werd gevuld met waterstof (H2). Na verhitting tot een temperatuur van ongeveer 1100-1300 ° C, bleef de buis paradoxaal genoeg een hele maand warm, en de vrijgekomen warmte-energie was vele malen hoger dan die voor verwarmen!
Tijdens een seminar aan de Peoples 'Friendship University of Russia (RUDN) in december 2014 werd gerapporteerd over de succesvolle herhaling van dit proces in Rusland:
Naar analogie wordt een buis met brandstof gemaakt:
Conclusies uit het experiment: er komt 2,58 keer meer energie vrij dan de verbruikte elektrische energie.
In de Sovjet-Unie werd sinds 1960 in sommige ontwerpbureaus en onderzoeksinstituten in opdracht van de staat gewerkt aan CNS, maar met de "herstructurering" stopte de financiering. Tot op heden worden experimenten met succes uitgevoerd door onafhankelijke onderzoekers - enthousiastelingen. De financiering gebeurt op persoonlijke kosten van collectieven van Russische burgers. Een van de groepen enthousiastelingen werkt onder leiding van NV Samsonenko in het gebouw van het "Engineering Corps" van de RUDN University.
Ze voerden een reeks ijktesten uit met elektrische kachels en een reactor zonder brandstof. In dit geval is zoals verwacht het vrijkomende warmtevermogen gelijk aan het geleverde elektrische vermogen.
Het grootste probleem is het sinteren van het poeder en plaatselijke oververhitting van de reactor, waardoor de verwarmingsspiraal doorbrandt en zelfs de reactor zelf door en door kan branden.
Maar A. G. Parkhomov, slaagde erin een langetermijnreactor te maken. Verwarmingsvermogen 300 W, rendement = 300%.
De fusiereactie 28Ni + 1H (ion) = 29Cu + Q verwarmt de aarde van binnenuit
De binnenkern van de aarde bevat nikkel en waterstof, bij een temperatuur van 5000K en een druk van 1,36 Mbar, daarom zijn er alle voorwaarden voor de fusiereactie in het binnenste van de aarde, experimenteel gereproduceerd in de Rossi-reactor! Als resultaat van deze reactie wordt koper verkregen, waarvan de verbindingen worden aangetroffen in de "zwarte rokers" -zones van de expansie van de aarde (mid-oceanische ruggen) in een stroom die rijk is aan waterstof.
Donkere waterstof
In 2016 konden wetenschappers uit de Verenigde Staten en Groot-Brittannië, nadat ze tijdens onmiddellijke compressie een druk van 1,5 miljoen atmosfeer en een temperatuur van enkele duizenden graden hadden gecreëerd, de derde tussenliggende toestand van waterstof verkrijgen, waarin het tegelijkertijd de eigenschappen van zowel gas als metaal heeft. Het wordt "donkere waterstof" genoemd omdat het in deze toestand geen zichtbaar licht doorlaat, in tegenstelling tot infraroodstraling. "Donkere waterstof", in tegenstelling tot metaal, past perfect in het model van de structuur van reuzenplaneten. Hij legt uit waarom hun bovenste atmosfeer beduidend warmer is dan het zou moeten zijn, energie overdraagt vanuit de kern, en omdat het een aanzienlijke elektrische geleidbaarheid heeft, speelt het dezelfde rol als de buitenste kern op aarde en vormt het het magnetische veld van de planeet!
Opwekking van waterstof uit de diepten van de Zwarte Zee
God schonk het land van de Krim niet alleen de mooiste en meest gevarieerde natuur, maar ook met voldoende reserves aan verschillende mineralen, waaronder koolwaterstoffen. Maar ons schiereiland "baadt" letterlijk in 's werelds grootste wateropslagplaats van natuurlijke gassen, de Zwarte Zee.
De diepe lagen - minder dan 150 m, bestaan uit waterstofhoudende verbindingen, waarvan het grootste deel waterstofsulfide is. Volgens ruwe schattingen kan het totale gehalte aan waterstofsulfide in de Zwarte Zee 4,6 miljard ton bedragen, wat op zijn beurt dient als een potentiële bron van 270 miljoen ton waterstof!
Verschillende methoden voor de ontleding van waterstofsulfide om waterstof en zwavel (H2S H2 + S - Q) te produceren zijn gepatenteerd, waaronder het in contact brengen van waterstofsulfidehoudend gas door een laag vast materiaal dat het kan ontleden door het vrijkomen van waterstof en de vorming van zwavelhoudende verbindingen op het oppervlak van het materiaal, bij een druk van 15 atmosfeer en een temperatuur van 400oС.
De meest veelbelovende is de ontwikkeling van speciale hydrofobe membraanfilters die waterstof op diepte van andere gassen scheiden. De kleinste moleculen sijpelen immers gemakkelijk door metalen en zelfs in granietmassa's leven kolonies bacteriën die zich voeden met waterstof!
Laten we dromen … Laten we ons voorstellen dat over tien jaar op een van de kapen van de zuidkust van de Krim, waar de zeebodem scherp zakt tot een diepte van meer dan 200 meter, een klein station zal worden gebouwd. Leidingbuizen zullen zich vanaf de zee ernaartoe uitstrekken, aan de uiteinden daarvan zullen waterstofsulfide-afscheiders zijn. Na zuivering wordt waterstof geleverd aan het netwerk van tankstations voor motortransport en aan de warmtekrachtcentrale. Nabij de plant komt een boerderij waar anaërobe micro-organismen worden gekweekt in een waterstofatmosfeer, waarvan de mitose een orde van grootte sneller verloopt dan bij hun gebruikelijke tegenhangers. Hun biomassa zal worden gebruikt voor de productie van veevoer en kunstmest.
De wereld betreedt onverbiddelijk het waterstoftijdperk
Sergei Glazyev, Academicus van de Russische Academie van Wetenschappen, adviseur van de president van de Russische Federatie benadrukte: “ Elk van de economische cycli van Kondratyev wordt gekenmerkt door zijn eigen energiedrager: ten eerste brandhout (organische koolstof), steenkool (koolstof), dan olie en stookolie (zware koolwaterstoffen), dan benzine en kerosine (middelgrote koolwaterstoffen), nu gas (lichte koolwaterstoffen) en zuivere waterstof zouden de belangrijkste energiedrager van de volgende economische cyclus moeten worden!"
De toepassingen van waterstof zijn enorm, veelzijdig, energetisch gunstig, milieuvriendelijk en veelbelovend. Onze kinderen zullen al in productieauto's rijden die worden aangedreven door waterstof, diamanten microprocessors gebruiken die zijn gemaakt met behulp van waterstoftechnologie, metallische waterstof zal een revolutie teweegbrengen in de ruimtevaart en de ontwikkeling van Rossi's reactoren - in energietechniek!
De erkenning van de theorie van de aanvankelijk hydride aarde (V. N. Larin) zal leiden tot de ontdekking van fossiele afzettingen van H2, wat de kosten om het te verkrijgen aanzienlijk zal verlagen. En ondanks het verzet van de olielobbyisten die de aarde "verstikken" met schadelijke emissies, betreden we onvermijdelijk het waterstoftijdperk!
Auteur: Igor Dabakhov
