La miscela idrogeno-ossigeno, come la più energeticamente capiente, è stata proposta per essere utilizzata nei motori da K. E. Tsiolkovsky nel 1903. L'idrogeno è già utilizzato come carburante: per auto (da una e mezza a Toyota Mirai), jet (da Heinkel a Tu-155), siluri (da GT 1200A a Shkval), razzi (da Saturno a Burana ). Nuovi aspetti vengono aperti dalla produzione di idrogeno metallico e dall'applicazione pratica del reattore Rossi. Nel prossimo futuro, lo sviluppo di tecnologie per ottenere idrogeno a basso costo dall'idrogeno solforato del Mar Nero e direttamente dalle fonti di degassamento della Terra. Nonostante l'opposizione della lobby petrolifera, stiamo inesorabilmente entrando nell'era dell'idrogeno!
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I pro ei contro del carburante a idrogeno
Il carburante a idrogeno ha una serie di caratteristiche:
- Il trasferimento di calore dell'idrogeno è del 250% superiore a quello di una miscela aria-carburante.
- Dopo la combustione della miscela di idrogeno, all'uscita viene generato solo vapore.
- La reazione di accensione è più veloce rispetto ad altri combustibili.
- Grazie alla stabilità alla detonazione è possibile aumentare il rapporto di compressione.
- Lo stoccaggio di tale combustibile avviene in forma liquida o compressa. In caso di guasto del serbatoio, l'idrogeno vaporizza.
- Il livello inferiore della proporzione di gas che reagisce con l'ossigeno è del 4%. Grazie a questa caratteristica è possibile regolare le modalità di funzionamento del motore dosando la consistenza.
- L'efficienza di un motore a idrogeno raggiunge il 90 percento. Per fare un confronto, un motore diesel ha un'efficienza del 50% e un motore a combustione interna convenzionale - 35%.
- L'idrogeno è un gas volatile, quindi entra negli spazi e nelle cavità più piccoli. Per questo motivo, pochi metalli sono in grado di resistere ai suoi effetti distruttivi.
- C'è meno rumore quando il motore è in funzione.
Il primo motore a idrogeno iniziò a funzionare in URSS nel 1941
Sarai sorpreso, ma il primo motore di un normale "camion" iniziò a lavorare all'idrogeno nella Leningrado assediata nel settembre 1941! Il giovane tenente tecnico junior Boris Shchelishch, incaricato di sollevare il pallone di sbarramento, ricevette l'ordine di montare gli argani in assenza di benzina ed elettricità. Poiché i palloncini erano pieni di idrogeno, ha avuto l'idea di usarlo come carburante.
Video promozionale:
Durante pericolosi esperimenti, due palloncini si bruciarono, un serbatoio di gas esplose e lo stesso Boris Isaakovich ricevette una scossa da granata. Dopodiché, per il funzionamento sicuro della miscela "esplosiva" aria-idrogeno, ha inventato uno speciale sigillo d'acqua, che escludeva l'accensione in caso di flash nel condotto di aspirazione del motore. Quando tutto ha finalmente funzionato, i leader militari sono arrivati, si sono assicurati che il sistema funzionasse correttamente e hanno ordinato di trasferire tutti gli argani aerostatici su un nuovo tipo di carburante in 10 giorni. In considerazione delle risorse e del tempo limitati, Shchelishch ha utilizzato abilmente estintori fuori servizio per realizzare una tenuta stagna. E il problema del sollevamento di palloncini di sbarramento è stato risolto con successo!
Boris Isaakovich è stato insignito dell'Ordine della "Stella Rossa" ed è stato inviato a Mosca, la sua esperienza è stata utilizzata nelle unità di difesa aerea della capitale - 300 motori sono stati trasferiti a "idrogeno sporco", è stato rilasciato il certificato dell'inventore n. 64209 per invenzione. Pertanto, è stata garantita la priorità dell'URSS nello sviluppo del settore energetico del futuro. Nel 1942, un'auto insolita fu mostrata in una mostra di attrezzature adattate alle condizioni del blocco. Allo stesso tempo, il suo motore ha funzionato 200 ore senza fermarsi in uno spazio chiuso. I gas di scarico - il vapore ordinario - non inquinavano l'aria.
Nel 1979, sotto la supervisione scientifica di E. V. Shatrov. il team creativo dei lavoratori NAMI, composto da V. M. Kuznetsov Ramenskiy A. Yu., Kozlova Yu. A. è stato sviluppato e testato un prototipo del minibus RAF, alimentato a idrogeno e benzina.
Test RAF 22031 (1979).
Veicoli subacquei al perossido di idrogeno
Nel 1938-1942, presso i cantieri navali di Kiel, sotto la guida dell'ingegnere Walter, fu costruita una barca sperimentale U-80 che lavorava sul perossido di idrogeno. Durante i test, la nave ha mostrato una piena velocità subacquea di 28,1 nodi. Il vapore di acqua e ossigeno ottenuto a seguito della decomposizione del perossido è stato utilizzato come fluido di lavoro nella turbina, dopo di che sono stati rimossi fuori bordo.
La figura mostra convenzionalmente il dispositivo di un sottomarino con un motore a perossido di idrogeno.
In totale, i tedeschi sono riusciti a costruire 11 barche dell'Università tecnica statale di Perm.
Dopo la sconfitta della Germania di Hitler in Inghilterra, Stati Uniti, Svezia e Unione Sovietica, si è lavorato per portare il piano di Walter all'attuazione pratica. Un sottomarino sovietico (progetto 617) con un motore Walter fu costruito presso l'ufficio di progettazione di Antipin.
Il famoso VA-111 UNDERWATER TORPEDA ROCKET "SHKVAL". Sì.
Nel frattempo, i successi dell'industria nucleare hanno permesso di risolvere meglio il problema dei potenti motori sottomarini. E queste idee sono state applicate con successo nei motori siluro. Walter HWK 573. (motore sottomarino del primo missile aria-superficie anti-nave guidato al mondo GT 1200A a colpire una nave sotto la linea di galleggiamento). Il siluro planante (UAB) GT 1200A aveva una velocità sott'acqua di 230 km / h, essendo il prototipo del siluro ad alta velocità "Shkval" dell'URSS. Il siluro DBT entrò in servizio nel dicembre 1957, operava con perossido di idrogeno e sviluppò una velocità di 45 nodi con un'autonomia di crociera fino a 18 km.
Il generatore di gas crea una bolla d'aria attorno al corpo dell'oggetto (bolla di vapore-gas) attraverso la testa di cavitazione e, a causa del calo della resistenza idrodinamica (resistenza all'acqua) e dell'uso di motori a reazione, si ottiene la velocità di movimento subacquea richiesta (100 m / s), che è molte volte superiore alla velocità del siluro convenzionale più veloce. Per il lavoro viene utilizzato un combustibile idroreattivo (i metalli alcalini, quando interagiscono con l'acqua, rilasciano idrogeno).
Il Tu-155 a idrogeno ha stabilito 14 record mondiali
Durante la seconda guerra mondiale, la compagnia "Heinkel" creò un'intera linea di aerei a reazione sotto il motore Walter Walter HWK-109-509 con una spinta di 2000 kgf, lavorando sul perossido di idrogeno.
La Russia ha avuto un discreto successo, ma, sfortunatamente, non è diventata un'esperienza seriale di creazione di velivoli "ecologici" già alla fine degli anni '80 del secolo scorso. Il mondo è stato presentato con il Tu-155 (modello sperimentale Tu-154), che funziona con idrogeno liquefatto e poi con gas naturale liquefatto. Il 15 aprile 1988, l'aereo fu portato per la prima volta in cielo. Ha stabilito 14 record mondiali e completato un centinaio di voli. Tuttavia, poi il progetto è andato "sullo scaffale".
Alla fine degli anni '90, per ordine di Gazprom, il Tu-156 fu costruito con motori a gas liquefatto e cherosene aeronautico tradizionale. Questo aereo ha subito la stessa sorte del Tu-155. Potete immaginare quanto sia difficile anche per Gazprom combattere la lobby petrolifera!
Auto a idrogeno
Le auto alimentate a idrogeno si dividono in diversi gruppi:
- Veicoli alimentati da idrogeno puro o miscele aria / carburante. La particolarità di tali motori è lo scarico pulito e un aumento dell'efficienza fino al 90%.
- Auto ibride. Hanno un motore economico in grado di funzionare con idrogeno puro o una miscela di benzina. Tali veicoli sono conformi allo standard Euro 4.
- Auto con motore elettrico integrato che alimenta la cella a idrogeno a bordo del veicolo.
La caratteristica principale dei veicoli a idrogeno è il modo in cui il carburante viene immesso nella camera di combustione e acceso.
I seguenti modelli di veicoli a idrogeno sono già in produzione in serie:
- Ford Focus FCV;
- Mazda RX-8 idrogeno;
- Mercedes-Benz Classe A;
- Honda FCX;
- Toyota Mirai;
- Autobus MAN Lion City Bus e Ford E-450;
- veicolo ibrido a due carburanti BMW Hydrogen 7.
Macchina a idrogeno di serie Toyota * Mirai *.
Questa vettura può accelerare fino a 179 km / he l'auto accelera fino a 100 km / h in 9,6 secondi e, soprattutto, è in grado di percorrere 482 km senza ulteriore rifornimento.
L'azienda BMW ha presentato la sua versione dell'auto a idrogeno. Il nuovo modello è stato testato da noti personaggi della cultura, uomini d'affari, politici e altre personalità popolari. I test hanno dimostrato che il passaggio a un nuovo carburante non influisce sul comfort, sulla sicurezza e sulla dinamica del veicolo. Se necessario, i tipi di carburante possono essere cambiati da uno all'altro. Velocità idrogeno7 - fino a 229 km / h.
Honda Clarity è un'auto dell'azienda Honda che stupisce per la sua riserva di carica. È lungo 589 km, che nessun altro veicolo a basse emissioni può vantare. Il rifornimento dura dai tre ai cinque minuti.
La Home Energy Station III è un'unità compatta che include celle a combustibile, una bombola di stoccaggio dell'idrogeno e un reformer di gas naturale che estrae H2 da un tubo del gas.
Il metano della rete domestica viene convertito da questo dispositivo in idrogeno. E lui - in elettricità per la casa. La potenza delle celle a combustibile nella Home Energy Station è di 5 kilowatt. Inoltre, le bombole di gas integrate servono come una sorta di accumulo di energia. L'impianto utilizza questo idrogeno ai picchi di carico sulla rete domestica. Genera 5 kW di elettricità e fino a 2 m3 di idrogeno all'ora.
Gli svantaggi dei veicoli a idrogeno includono:
- l'ingombro della centrale quando si utilizzano celle a combustibile, che riduce la manovrabilità del veicolo;
- mentre l'elevato costo degli stessi elementi idrogeno dovuto al loro costituente palladio o platino;
- imperfezione di progettazione e incertezza nel materiale per la fabbricazione di serbatoi di carburante che non consentono lo stoccaggio dell'idrogeno per lungo tempo;
- mancanza di rifornimento di idrogeno, la cui infrastruttura è molto poco sviluppata in tutto il mondo.
Con la produzione in serie, la maggior parte di queste carenze progettuali e tecnologiche saranno superate e con lo sviluppo della produzione di idrogeno come minerale e una rete di stazioni di rifornimento, il suo costo diminuirà in modo significativo.
Nel 2016 è apparso il primo treno alimentato a idrogeno, nato da un'idea della compagnia tedesca Alstom. Il nuovo Coranda iLint dovrebbe iniziare sulla rotta da Buxtehude a Cuxhaven, Bassa Sassonia.
In futuro, si prevede di sostituire 4000 treni diesel in Germania con tali treni, che si muovono su tratti di strada senza elettrificazione.
La bici a idrogeno originale è stata lanciata in Francia. (Pragma francese). Riempi solo 45 grammi di idrogeno e via! Il consumo di carburante è di circa 1 grammo per 3 chilometri.
L'idrogeno in astronautica
Come combustibile in coppia con ossigeno liquido (LC), l'idrogeno liquido (LH) fu proposto nel 1903 da K. E. Tsiolkovsky. È combustibile, con il più alto impulso specifico (per qualsiasi ossidante), che consente di lanciare nello spazio una massa di carico utile molto più grande con una massa di lancio uguale del razzo. Tuttavia, difficoltà oggettive ostacolavano l'utilizzo del combustibile a idrogeno.
Il primo è la complessità della sua liquefazione (la produzione di 1 kg di LH costa 20-100 volte di più di 1 kg di cherosene).
Il secondo - parametri fisici insoddisfacenti - punto di ebollizione estremamente basso (-243 ° C) e densità molto bassa (LH è 14 volte più leggero dell'acqua), che influisce negativamente sulla capacità di stoccaggio di questo componente.
Nel 1959, la NASA ha emesso un ordine importante per la progettazione dell'unità Centaurus ossigeno-idrogeno. È stato utilizzato come stadio superiore di veicoli di lancio come Atlas, Titan e il razzo pesante Saturn.
A causa della densità estremamente bassa dell'idrogeno, le prime fasi (più grandi) dei veicoli di lancio utilizzavano altri tipi di carburante (meno efficienti, ma più densi), come il cherosene, che ha permesso di ridurne le dimensioni a quelle accettabili. Un esempio di tale "tattica" è il razzo Saturn-5, nel primo stadio del quale sono stati utilizzati componenti ossigeno / cherosene, e nel secondo e terzo stadio - motori ossigeno-idrogeno J-2, con una spinta di 92104 tonnellate ciascuno.
A titolo di esempio, citerò il video del lancio dell'Apollo 11:
Al 4 ° minuto della registrazione, il 1 ° stadio viene separato e si crea l'illusione che i motori del secondo stadio non funzionino, questo ha dato origine a molte voci sul volo irrealistico sulla Luna. Infatti la combustione dell'idrogeno nell'atmosfera superiore è "incolore", la fiamma diventa evidente quando un oggetto o pezzi di vernice la colpisce.
Nel sistema "Space Shuttle", il 2 ° stadio ha funzionato anche con una coppia ossigeno / idrogeno.
Nell'era del rapido sviluppo dell'astronautica nel nostro paese, anche i motori a razzo a propellente liquido con combustibile a idrogeno erano ampiamente utilizzati.
Idrogeno metallico
Il 5 ottobre 2016, l'idrogeno metallico è stato ottenuto presso il laboratorio di fisica dell'Università di Harvard. Ciò ha richiesto una pressione di 495 gigapascal. Se il problema della stabilità e del raffreddamento della camera di combustione (6000 K) viene risolto, l'idrogeno metallico diventerà il carburante per missili più promettente.
Gli scienziati ritengono che l'idrogeno metallico fornirà un impulso di 1000-1700 secondi nei motori. (Nei moderni motori a razzo, finora è stato raggiunto un impulso di 460 secondi). Inoltre, saranno necessari piccoli serbatoi per immagazzinare l'idrogeno metallico, che renderà possibile realizzare razzi monostadio per lanciare un carico utile nello spazio, questo aprirà una nuova era di esplorazione spaziale!
Ottenere diamanti
L'idrogeno ha trovato un'altra notevole applicazione nella produzione di diamanti. L'evoluzione di un fluido idrogeno - metano con diminuzione della pressione si esprime nell'autoossidazione (combustione profonda) di idrogeno e metano nel sistema C-H-O con formazione di diamanti, acqua e CO. Una vivida conferma di questo processo è la consolidata produzione di diamanti di qualità gemma fino a 4 carati e rivestimenti in film dal sistema fluido C-H-O (i cui semiconduttori rappresentano il futuro della microelettronica). Vedi l'articolo Diamond Carbonado, il semiconduttore più prezioso del futuro.
Reattore termico Rossi
L'inventore italiano Andrea Rossi, con il supporto del fisico consulente scientifico Sergio Fokardi, ha condotto un esperimento:
Quanti grammi di nichel (Ni) sono stati aggiunti a un tubo sigillato, il 10% di litio alluminio idruro, il catalizzatore sono stati aggiunti e la capsula è stata riempita con idrogeno (H2). Dopo aver riscaldato ad una temperatura di circa 1100-1300 ° C, paradossalmente, il tubo è rimasto caldo per un mese intero, e l'energia termica rilasciata è stata parecchie volte superiore a quella spesa per il riscaldamento!
In un seminario presso la Peoples 'Friendship University of Russia (RUDN) nel dicembre 2014, è stato riferito sulla ripetizione riuscita di questo processo in Russia:
Per analogia, viene realizzato un tubo con carburante:
Conclusioni dell'esperimento: il rilascio di energia è 2,58 volte superiore all'energia elettrica consumata.
In Unione Sovietica, il lavoro sul CNS è stato svolto dal 1960 in alcuni uffici di progettazione e istituti di ricerca per ordine dello Stato, ma con la "ristrutturazione" i finanziamenti sono stati interrotti. Ad oggi, gli esperimenti vengono condotti con successo da ricercatori indipendenti - appassionati. Il finanziamento è effettuato a spese personali di collettivi di cittadini russi. Uno dei gruppi di appassionati, sotto la guida di NV Samsonenko, lavora nella costruzione del "Engineering Corps" dell'Università RUDN.
Hanno eseguito una serie di prove di taratura con resistenze elettriche e un reattore senza combustibile. In questo caso, come previsto, la potenza termica rilasciata è pari alla potenza elettrica erogata.
Il problema principale è la sinterizzazione della polvere e il surriscaldamento locale del reattore, a causa del quale la serpentina di riscaldamento si brucia e anche il reattore stesso può bruciare fino in fondo.
Ma A. G. Parkhomov, è riuscito a realizzare un reattore a lungo termine. Potenza riscaldatore 300 W, efficienza = 300%.
La reazione di fusione 28Ni + 1H (ione) = 29Cu + Q riscalda la Terra dall'interno
Il nucleo interno della Terra contiene nichel e idrogeno, ad una temperatura di 5000K e una pressione di 1,36 Mbar, quindi ci sono tutte le condizioni per la reazione di fusione all'interno della Terra, riprodotta sperimentalmente nel reattore Rossi! Come risultato di questa reazione si ottiene il rame, i cui composti si trovano nelle zone di espansione terrestre (dorsali medio oceaniche) dei "fumatori neri" in un flusso ricco di idrogeno.
Idrogeno scuro
Nel 2016, scienziati provenienti da Stati Uniti e Gran Bretagna, creando una pressione di 1,5 milioni di atmosfere e una temperatura di diverse migliaia di gradi durante la compressione istantanea, sono stati in grado di ottenere il terzo stato intermedio dell'idrogeno, in cui ha contemporaneamente le proprietà sia del gas che del metallo. Si chiama "idrogeno scuro" perché in questo stato non trasmette luce visibile, a differenza della radiazione infrarossa. "Dark hydrogen", al contrario di metallico, si inserisce perfettamente nel modello della struttura dei pianeti giganti. Spiega perché la loro atmosfera superiore è significativamente più calda di quanto dovrebbe essere, trasferendo energia dal nucleo, e poiché ha una conducibilità elettrica significativa, svolge lo stesso ruolo del nucleo esterno sulla Terra, formando il campo magnetico del pianeta!
Generazione di idrogeno dalle profondità del Mar Nero
Dio ha dotato la terra di Crimea non solo della natura più bella e varia, ma anche di riserve sufficienti di vari minerali, compresi gli idrocarburi. Ma la nostra penisola letteralmente "bagna" nel più grande deposito di gas naturali al mondo, che è il Mar Nero.
Gli strati profondi, al di sotto di 150 m, sono costituiti da composti contenenti idrogeno, la cui parte principale è l'idrogeno solforato. Secondo stime approssimative, il contenuto totale di idrogeno solforato nel Mar Nero può raggiungere i 4,6 miliardi di tonnellate, il che, a sua volta, funge da potenziale fonte di 270 milioni di tonnellate di idrogeno!
Sono stati brevettati diversi metodi di decomposizione dell'idrogeno solforato per produrre idrogeno e zolfo (H2S H2 + S - Q), incluso il contatto con gas contenente idrogeno solforato attraverso uno strato di materiale solido in grado di decomporlo con il rilascio di idrogeno e la formazione di composti contenenti zolfo sulla superficie del materiale, ad una pressione di 15 atmosfere e una temperatura di 400oС.
Il più promettente è lo sviluppo di speciali filtri a membrana idrofobici che separano l'idrogeno dagli altri gas in profondità. Dopotutto, le molecole più piccole filtrano facilmente attraverso i metalli e persino nelle masse granitiche, colonie di batteri che si nutrono di idrogeno vivo!
Facciamo un sogno … Immaginiamo che tra dieci anni su uno dei promontori della costa meridionale della Crimea, dove il fondale marino scende bruscamente fino a una profondità di oltre 200 metri, verrà costruita una piccola stazione. Maniche di tubi si estenderanno ad esso dal mare, alle estremità del quale ci saranno separatori di idrogeno solforato. Dopo la depurazione, l'idrogeno verrà fornito alla rete delle stazioni di rifornimento per autotrazione e alla centrale termica di cogenerazione. Una fattoria sarà situata vicino allo stabilimento, dove verranno coltivati microrganismi anaerobici in un'atmosfera di idrogeno, la cui mitosi si verifica un ordine di grandezza più velocemente rispetto alle loro controparti abituali. La loro biomassa verrà utilizzata per produrre mangimi e fertilizzanti per il bestiame.
Il mondo sta inesorabilmente entrando nell'era dell'idrogeno
Sergei Glazyev, Accademico dell'Accademia Russa delle Scienze, Consigliere del Presidente della Federazione Russa ha sottolineato: "Ciascuno dei cicli economici di Kondratyev è caratterizzato dal proprio vettore energetico: prima legna da ardere (carbonio organico), carbone (carbonio), poi petrolio e olio combustibile (idrocarburi pesanti), poi benzina e cherosene (idrocarburi medi), ora il gas (idrocarburi leggeri) e l'idrogeno puro dovrebbero diventare il principale vettore energetico del prossimo ciclo economico!"
Le applicazioni dell'idrogeno sono vaste, sfaccettate, energeticamente benefiche, rispettose dell'ambiente e molto promettenti. I nostri figli guideranno già auto di produzione alimentate a idrogeno, useranno microprocessori a diamante realizzati con tecnologia a idrogeno, l'idrogeno metallico rivoluzionerà l'astronautica e lo sviluppo dei reattori di Rossi - nell'ingegneria energetica!
Il riconoscimento della teoria della Terra inizialmente idruro (V. N. Larin) porterà alla scoperta di depositi fossili di H2, che ridurranno notevolmente i costi per ottenerlo. E nonostante la resistenza dei lobbisti petroliferi "soffocando" la Terra con emissioni nocive, stiamo inevitabilmente entrando nell'era dell'idrogeno!
Autore: Igor Dabakhov
