Экологически чистым топливом является водород. Производство экологически чистых видов горючего для автомобильных топлив

Мы живём в 21 веке, человечество развивается, строит заводы, ведёт активный образ жизни. Однако для полноценного развития и существования нам нужна энергия! Сейчас такой энергией является нефть. Из неё делается топливо для всех отраслей. Мы используем ее буквально повсюду: от маленьких авто, до огромных заводов.

Однако нефть не является бесконечным ресурсом, с каждым годом мы движемся к полному её уничтожению. Учёные говорят, что мы находимся на той стадии, когда нам нужно искать эффективную замену бензину, ведь уже сейчас цена на него очень высокая, а с каждым годом нефти будет всё меньше, а цены всё выше, и в скором времени, когда нефть закончится (а с существуюшем образом жизни человечества это произойдёт через 60 лет), наше развитие и полноценное существование попросту закончится.

Всем понятно, что нужно искать альтернативные виды топлива. Но какая замена самая эффективная? Ответ прост: водород! Вот, что заменит привычный всем бензин.

Кто придумал водородный двигатель?

Как и многие высокие технологии, данная идея пришла к нам с запада. Первый водородный двигатель разработал и создал американский инженер и учёный Браун. Первая компания, которая использовала данный двигатель, была японская «Honda». Но этой автомобильной компании пришлось на многое пойти ради воплощения в жизнь «автомобиля будущего». Во время создания авто были задействованы на несколько лет все лучшие инженеры и умы компании! Им всем пришлось приостановить производство некоторых автомобилей. И что самое главное, они отказались от участия в Формуле 1, так как все работники, которые были задействованы в создании болидов, стали разрабатывать автомобиль на водороде.

Плюсы водорода как топлива

• Водород является самым распространенным элементом во вселенной, абсолютно всё в нашей жизни состоит из него, все окружающие нас предметы имеют хоть маленькую, но частицу водорода. Именно этот факт очень приятный для человечества, ведь в отличие от нефти, водород не закончится никогда, и нам не придётся экономить на топливе.
• Он является абсолютно экологически чистым! В отличие от бензинового, водородный двигатель не выделяет вредных газов, которые негативно влияли бы на экологию. Выхлопами, которые выделяет такой силовой агрегат, является обычная пара.
• Водород, который используется в двигателях, очень воспламеняем, и автомобиль будет хорошо заводиться и передвигаться, независимо от погоды. То есть нам больше не потребуется зимой прогревать автомобиль перед поездкой.
• На водороде даже маленькие двигатели будут очень мощными и чтобы создать самый быстрый автомобиль, больше не потребуется строить агрегат размером с танк.

Конечно есть и минусы в этом топливе:

• Дело в том, что вопреки тому, что это безграничный материал, и он имеется повсюду, его очень тяжело добывать. Хотя для человечества это не проблема. Научились добывать нефть среди океана, пробурив его дно, научимся и водород брать с земли.
• Вторым минусом является недовольство нефтяных магнатов. Зразу после начала прогрессивного развития данной технологии, большинство проектов были закрыты. По слухам, всё это связано с тем, что если заменить бензин водородом, то самые богатые люди планеты останутся без дохода, а они этого позволить не могут.

Способы добычи водорода в качестве использования в виде энергии

Водород не является чистым ископаемым вроде нефти и угля, нельзя так просто взять выкопать и использовать его. Для того, чтобы он стал энергией, его нужно раздобыть и испоьлзовать некоторую энергию для его переработки, после чего этот самый распространенный химический элемент станет топливом.

Практикуемым на данный день способом добычи водородного топлива является так называемый «паровой риформинг». Чтобы переработать обычный водород в топливо, используются углеводы, которые состоят из водорода и углерода. При химических реакциях, при определенной температуре выделяется огромное количество водорода, который и можно использовать в качестве топлива. Данное топливо не будет выделять вредных веществ в атмосферу во время эксплуатации, однако во время его добычи выделяется огромное количество углекислого газа, который плохо влияет на экологию. Поэтому данный метод хоть и является эффективным, он не должен браться в основу по добыче альтернативного топлива.

Есть двигатели, для которых подойдёт и чистый водород, они сами перерабатывают данный элемент в топливо, однако, как и при предыдущем способе, здесь также наблюдается огромное количество выбросов углекислого газа в атмосферу.

Очень эффективным способом добычи альтернативного топлива в виде водорода является электролиз. Электрический ток пускают в воду, вследствии чего она распадается на водород и кислород. Данный метод является дорогим и хлопотным, однако экологически чистым. Единственным отходом от получения и эксплуатации топлива является кислород, который лишь позитивно повлияет на атмосферу нашей планеты.

А самым перспективным и дешёвым способом получения водородного топлива является переработка аммиака. При необходимой химической реакции аммиак распадается на азот и водород, при чём водорода получается в трижды больше, ежели азота. Данный метод лучше тем, что он немного дешевле и менее затратный. Кроме того, аммиак легче и безопаснее транспортировать, а по прибытию к месту доставки, следует запустить химическую реакцию, выделить азот и топливо готово.

Искусственный шум

Двигатели на водородном топливе практически бесшумны, поэтому на автомобилях, которые эксплуатируются или будут входить в эксплуатацию, устанавливается так называемый «искусственный шум автомобиля», - для предотвращения аварий на дорогах.

Ну что же, друзья, мы с вами стоим на пороге грандиозного перехода от бензина, который уничтожает всю нашу экосистему, до водорода, который наоборот её восстанавливает!

Власти Москвы заинтересовались опытом Рима, где установили автоматы для приема пластиковых бутылок. Такую концепцию было бы уместно обсудить и применительно к российской столице, рассказала “РГ” глава комиссии Мосгордумы по экологической политике Зоя Зотова. Как уже писала "РГ", в Риме автоматы для пластика поставили на станциях "Чипро", "Пирамида" и "Сан-Джованни". За каждую бутылку устройство начисляет бонусные баллы через мобильное приложение. Сдашь 30 бутылок – едешь бесплатно. Аналогичный проект можно обсудить и в Мосгордуме, считает Зотова. Нужно провести обсуждение с представителями метро. Для начала было бы идеально провести эксперимент на двух-трех станциях.…

Как не превратиться в женщину, с которой невозможны длительные отношения, – вы узнаете из этой познавательной статьи психолога. Существуют женщины, которые не могут долго жить либо встречаться с мужчиной, по причине того, что своим страстным желанием привязать его к себе, они попросту отпугивают сильный пол. Создание здоровых и крепких отношений с такими женщинами становится проблематичным по ряду причин: ограничение свободы выбора мужчины, жесткое планирование развития отношений (например, завести ребенка к определенному возрасту и т.п.). Женщина, которая вредит себе Распознать такой тип женщины помогут следующие подсказки: 1. Она постоянно с кем-то…

Их чрезвычайно успешная петиция даже получила отклик – и обещание – от гиганта быстрого питания. Дети не довольны Happy Meals. Обеспокоенные количеством пластика в дешевых жестких игрушках, выданных McDonalds, и коротким промежутком времени, в которое обычно играют с ними дети, две маленькие девочки из Саутгемптона, Англия, запустили петицию, прося рестораны быстрого питания пересмотреть то, что они раздают. Кейтлин и Элла, 7 и 9 лет, написали на своей странице Change.org: «Нам нравится есть в Burger King и McDonald’s, но дети играют с пластиковыми игрушками, которые дают там, в течение нескольких минут,…

Выпущенные 27 июня и 16 июля из “китовой тюрьмы” в Приморье косатки, сошлись в одном районе вблизи Шантарских островов, сообщается на сайте Всероссийского НИИ океанографии. Вывод сделан на основании данных со спутниковых меток, установленных на животных. Морские млекопитающие находятся на расстоянии менее 30 километров друг от друга. На этом расстоянии животные могут установить акустический контакт. Теперь ученые ждут, произойдет ли их встреча в дикой природе. Младшая косатка из второй группы сейчас находится у берегов Сахалина, в заливе Байкал, удалившись от места выпуска на расстояние более ста километров. Между тем, как…

Завтракать чиа-пудингом предпочитают многие селебрити, а в Instagram и Pinterest он уже стал популярнейшим трендом! Почему все помешались на завтраке из семян чиа и как его приготовить, читай в нашем материале. Польза семян чиа Польза семян чиа в том, что они богаты многими микроэлементами и превосходят по их количеству привычные нам продукты. Именно поэтому семена чиа называют суперфудом, а добавлять их в различные блюда советуют супермодели, блогеры, актрисы и певицы. Семена чиа содержат много кальция, жирных кислот омега-3, а также магний, железо, калий, фосфор и цинк. Суперфуд поможет нормализовать работу…

Ежегодно 29 июля во всем мире отмечается Международный день тигра (International Tiger Day). Этот праздник был учрежден в 2010 году на Международном форуме «Тигриный саммит» в Санкт-Петербурге по проблемам сохранения популяции этого хищного животного. Инициаторами учреждения этой даты выступили 13 государств, участвовавшие в форуме, в которых тигры еще обитают. В ходе мероприятия также была разработана и принята программа восстановления тигриной популяции, рассчитанная на 2010-2022 годы, целью которой является увеличение количества тигров в 2 раза за обозначенный период. К сожалению, в дикой природе сохранилось всего не более 5 тысяч особей, и…

Речного транспорта становится все больше, а качество воды в Москве-реке за последние десять лет не ухудшилось. Такое заявление сделала главный гидролог, начальник отдела мониторинга воды ГПБУ “Мосэкомониторинг” Виктория Мазлова во время рейда на корабле “Экопатруль”. Это единственный корабль в городе, который следит за качеством речной воды, ведь на его борту стоит экспресс-лаборатория. Московское судно каждый будничный день уходит в рейс с пристани в Нагатинском затоне. Все 8 часов рейда специальный насос закачивает воду, которая затем проходит через ряд фильтров и попадает на анализаторы состава по десяти показателям. "На нижнем участке…

Короткая, но сложная планка-тренировка Главная Журнал Фитнес 24 0 Елена Лыжникова 29 июля 2019 У планки есть много сторонников и противников, но даже ярые противники не спорят с тем, что это очень эффективное упражнение для всего тела. Рассмотрим одно из главных преимуществ планки – возможность экономить свое время, ведь провести продуктивную тренировку можно всего за несколько минут. В этом материале ты найдешь пример такой тренировки, для ее проведения не потребуется много времени и места. При регулярном выполнении программы ты очень быстро укрепишь мышцы кора. Преимущества планки сложно перечислить в нескольких…

1. Не пытайся резко взять и перестать Организм еще припомнит эти издевательства, что выразится в головной боли, усталости и проблеме с концентрацией. 2. Снижай дозу кофеина постепенно Поставь себе цель — на одну чашку в день меньше. Через неделю убери еще одну. При неспешном подходе ты ничем не рискуешь. 3. Ешь больше белка Тогда не будешь чувствовать усталости. А вот углеводами злоупотреблять не стоит: они мешают хорошему сну. 4. Создай новый вечерний ритуал Если ты привыкла пить кофе не только утром и днем, но и вечером, ищи замену. Например, сходи прогуляйся (это взбодрит) или почитай хорошую книжку (отвлечет). В крайнем случае можно выпить чашку декафа. Со временем ты начнешь делать это автоматически, а организм…

По данным ВОЗ, от псориаза страдают около 2% людей в мире. При этом в развитых странах показатель достигает 4,6%. Многим заболевание кажется безобидным. При этом за него нередко присваивают самую тяжелую группу инвалидности - первую. Псориаз относят к неинфекционным заболеваниям кожи и называют одной из самых распространенных кожных патологий. Псориаз не смертелен, но может быть мучителен для пациента. Ведь все тело болит, зудит, жжет и т. д. Естественно, с болезнью пытаются бороться, используют разные варианты терапии, ищут пути облегчения состояния больного. и у многих возникает вопрос: можно ли вылечить псориаз?…

Содержание Польза фитнес-упражнения «Мостик» Советы поклонникам ЗОЖ по правильному выполнению упражнения Комплекс упражнений, помогающий выполнить «Мостик» Профессиональное выполнение «Мостика» Упражнение «мостик» знакомо всем с детства. Выполнять его было легко и интересно. Но с возрастом при отсутствии физических нагрузок и гибкости сделать его может далеко не каждый. Вместе с тем оно очень популярно среди поклонников ЗОЖ, поскольку этот элемент полезен для позвоночника, от состояния которого напрямую зависит здоровье человека. Польза фитнес-упражнения «Мостик» Правильное и регулярное выполнение такого упражнения позволяет: укрепить мышцы, способствующие выпрямлению позвоночника. Они расположены с двух сторон всего позвоночного…

До сих пор мы рассматривали так назы­ваемые первичные энергоносители, но есть ещё и вторичный энергоноситель - водород, при горении которого получается вода, что и обусловило широко распространённое пред­ставление о водороде как экологически чи­стом топливе. В действительности дело обстоит существенно сложнее. Сам по себе водо­род и в самом деле относительно чист в эко­логическом плане. Правда, следует учесть, что при использовании водорода в качестве го­рючего для автомобилей в цилиндрах двига­теля развивается очень высокая температура, при которой начинает окисляться азот воз­духа, и поэтому в выхлопе присутствует не­большое количество оксидов азота.

Основные же экологические проблемы возникают ещё при получении водорода - ведь водород в чистом виде на Земле отсут­ствует, его надо синтезировать из воды или углеводородов. Отсюда следует, что для реализации красивой и заманчивой идеи под названием «водородная энергетика» водород следует получить, т. е. затратить энергию. Причём получить его экономически оправ­данным способом, чтобы стоимость энергетического эквивалента этого энергоносителя была соизмерима со стоимостью традицион­ных энергоносителей и того энергоносителя, что использовали для производства водорода.

Первая и главная задача водородной энер­гетики декларируется как замена водородом нефти, природного газа и угля. Но на сегод­няшний день мир не знает технологии, удо­влетворяющей всем требованиям этой гло­бальной задачи. Все известные сегодня спо­собы получения водорода далеки от совершенства: во-первых, они энергозатратны, во-вторых, получение водорода из углеводо­родов сопровождается выделением огромно­го количества диоксида углерода и других токсичных веществ. И если сейчас вклад угле­кислого газа в увеличение концентрации пар­никовых газов в атмосфере ещё относительно невелик и вызывает только беспокойство, то переход на водородное топливо, которое бу­дут получать, например, из метана, приведёт к увеличению выбросов углекислого газа в десятки раз.

Получение водорода электролизом воды с использованием традиционных источников энергии, естественно, приходится отвергнуть, поскольку в результате будет затрачено не­сколько больше энергии, чем получено при сжигании водорода. Поэтому ведутся интен­сивные исследования по разработке мате­риалов, расщепляющих воду под действием солнечного света. Параллельно проводятся работы, направленные на создание полупроводниковых фотоэлементов для превращения солнечной энергии в электричество, исполь­зуемое далее для электролиза воды. Перспек­тивы этих исследований пока неясны, но в случае их успеха речь пойдёт о создании новой отрасли промышленности со всеми вы­текающими отсюда последствиями. Экологические проблемы в водородной энергетике возникнут и при разработке ма­териалов для трубопроводного транспорта водорода - он взрывоопасен, обладает высо­кой диффузионной подвижностью (легко просачивается через обычные конструкцион­ные материалы), значит, потребуются мате­риалы и технологии нового поколения, кото­рые вряд ли будут экологически чистыми.

Пока далека от решения и задача хранения водорода. Департамент энергетики США сфор­мулировал требования к материалу, аккумулирующему водород: он должен содержать не менее 5,5% водорода по массе при комнатной температуре, процесс сорбции-десорбции во­дорода должен быть обратимым при темпера­туре не выше 120 °С, система должна быть безопасной и сохранять рабочее состояние не менее чем в течение 5000 разряд-зарядных циклов. Сегодня нет ни одного материала, даже приблизительно отвечающего этим тре­бованиям. Сорбенты, поглощение которыми водорода основано на физической адсорбции, не способны, в силу природы явления, при­близиться к этим требованиям, так как для них относительно высокое содержание адсорбата достижимо только при низкой температуре (77 К). Наоборот, для гидридов металлов и интерметаллидов при высоком содержании водорода требуются высокие же температуры для его выделения и связывания. Это не толь­ко усложняет технические решения при реа­лизации задачи, но и резко повышает опас­ность использования системы в целом.

Опять-таки можно надеяться, что со вре­менем задача хранения и аккумулирования водорода будет решена, но рассчитывать на полную экологическую безопасность разра­ботанных промышленных технологий не приходится.

Научно-технические проблемы водород­ной энергетики, по-видимому, будут преодо­лены, хотя на это потребуется, по разным прогнозам, от 10 до 50 лет, но экологические трудности в любом случае останутся. Поэто­му об экологической чистоте водородной энергетики говорить не приходится - водо­родная энергетика не является экологически чистой.

«Электромобили - экологически чи­стый транспорт».

Ещё один чрезвычайно живучий миф свя­зан с электромобилями: переход автомобиль­ного транспорта на электрическую тягу якобы обеспечит чистоту атмосферы. Для начала попробуем разобраться, что произойдёт, если сегодня значительную часть автомобильных двигателей внутреннего сгорания заменить электромоторами. Как известно, электромо­торы не дают никаких выбросов в атмосферу и к тому же имеют высокий КПД - выше 90%. К сожалению, в настоящее время единствен­ный источник энергии для автомобильных электромоторов - аккумуляторы. Их надо постоянно заряжать и, следовательно, ис­пользовать энергию, вырабатываемую дей­ствующими электростанциями. Но примерно 80% электричества вырабатывают тепловые электростанции (табл. 1), использующие в качестве топлива нефть, газ или уголь - эко­логически грязные виды топлива. Значит, выбросы двигателей будут заменены пример­но тем же объёмом выбросов электростанций, т. е. произойдет перенос экологических проблем из одного района в другой.

Многие годы исследователи бьются над поиском альтернативы бензину как основному типа топлива для автотранспорта. Экологические и ресурсные причины нет смысла перечислять - о токсичности выхлопных газов не говорит только ленивый. Решение проблемы ученые находят в самых, порой, необычных видах топлива. Recycle выбрал наиболее интересные идеи, бросающие вызов топливной гегемонии бензина.

Биодизель на растительных маслах

Биодизель - разновидность биотоплива на основе растительных масел, которая применяется как в чистом виде, так и в качестве различных смесей с дизельным топливом. Идея применения растительного масла в качестве топлива принадлежит еще Рудольфу Дизелю, который в 1895 году создал первый дизельный двигатель для работы на растительном масле.

Как правило, для получения биодизеля используют рапсовое, подсолнечное и соевое масла. Разумеется, сами по себе растительные масла в качестве топлива в бензобак не заливаются. В растительном масле содержатся жиры — эфиры жирных кислот с глицерином. В процессе получения «биосоляры» эфиры глицерина разрушают и заменяют глицерин (он выделяется как побочный продукт) на более простые спирты — метанол и, реже, этанол. Это и становится компонентом биодизеля.

Во многих европейских странах, а также в США, Японии и Бразилии, биодизель уже стал неплохой альтернативой обычному бензину. Так, в Германии рапсовый метиловый эфир продается уже более чем на 800 заправочных станциях. В июле 2010 года в странах Евросоюза работали 245 заводов по производству биодизеля суммарной мощностью 22 млн тонн. Аналитики компании Oil World прогнозируют, что к 2020 г. доля биодизеля в структуре потребляемого моторного топлива в Бразилии, Европе, Китае и Индии составит 20%.

Биодизель — экологичное топливо для транспорта: в сравнении с обычным дизельным топливом он почти не содержит серы и при этом подвергается практически полному биологическому распаду. В почве или в воде микроорганизмы за 28 дней перерабатывают 99% биодизеля — это минимизирует степень загрязнения рек и озёр.

Сжатый воздух

Модели пневмоавтомобилей — машин, ездящих на сжатом воздухе — выпущены уже несколькими компаниями. Инженеры Peugeot в свое время произвели фурор в автомобильной индустрии, заявив о создании гибрида, у которого в помощь к двигателю внутреннего сгорания добавляется энергия сжатого воздуха. Французские инженеры рассчитывали, что такая разработка поможет малолитражкам сократить расход топлива до 3 л на 100 км. Специалисты Peugeot утверждают, что в городе пневмогибрид может до 80% времени передвигаться на сжатом воздухе, не создав ни миллиграмма вредных выбросов.

Принцип работы «воздухомобиля» довольно прост: в движение машину приводит не сгорающая в цилиндрах мотора бензиновая смесь, а мощный поток воздуха из баллона (давление в баллоне — около 300 атмосфер). Пневматический мотор конвертирует энергию сжатого воздуха во вращение полуосей.

К сожалению, машины целиком на сжатом воздухе или air-гибриды создаются, в основном, мизерными партиями — для работы в специфических условиях и на ограниченном пространстве (например, на производственных площадках, требующих максимального уровня пожарной безопасности). Хотя существуют некоторые модели и для «стандартных» покупателей.

Экологически чистый микрогрузовичок Gator от компании Engineair - первый в Австралии автомобиль на сжатом воздухе, поступивший в реальную коммерческую эксплуатацию. Его уже можно видеть на улицах Мельбурна. Грузоподъёмность - 500 кг, объём баллонов с воздухом - 105 литров. Пробег грузовичка на одной заправке - 16 км.

Продукты жизнедеятельности

До чего дошел прогресс — некоторым автомобилям для работы двигателя нужен не бензин, а попадающие в канализацию отходы жизнедеятельности человека. Такое чудо автопрома создали в Великобритании. На улицы Бристоля выкатили автомобиль, который использует в качестве топлива метан, выделенный из человеческих экскрементов. Прототипической моделью стал Volkswagen Beetle, а производитель машины VW Bio-Bug на инновационном топливе - компания GENeco. Установленный на кабриолете «Фольксваген» перерабатывающий фекалии двигатель позволил проехать 15 тысяч километров.

Изобретение GENeco поспешили назвать прорывом во внедрении энергосберегающих технологий и экологически чистого топлива. Обывателю идея кажется сюрреалистической, поэтому стоит разъяснить: в автомобиль загружается, конечно, уже переработанное топливо — в виде готового к использованию метана, полученного заблаговременно из отходов жизнедеятельности.

При этом двигатель VW Bio-Bug использует два вида топлива одновременно: машина стартует от бензина, но, как только двигатель прогревается, а автомобиль набирает определенную скорость, включается подача переработанного на заводах GENeco человеческого желудочного газа. Потребители могут даже не заметить разницы. Впрочем, остается главная маркетинговая проблема — человеческое негативное восприятие того сырья, из которого получают биогаз.

Солнечные батареи

Производство автомобилей, питающихся солнечной энергией — пожалуй, самое развитое направление автопрома, ориентированного на использование эко-топлива. Машины на солнечных батареях создаются по всему миру и в самых разных вариациях. Еще в 1982 году изобретатель Ханс Толструп на солнцемобиле «Quiet Achiever» («Тихий рекордсмен») пересёк Австралию с запада на восток (правда, со скоростью всего лишь 20 км в час).

В сентябре 2014 года автомобилю Stella на удалось проехать маршрут от Лос-Анджелеса до Сан-Франциско, а это 560 км. Солнцемобиль, разработанный группой из голландского Университета Эйндховена, оснащён панелями, собирающими солнечную энергию, и 60-килограммовым блоком батарей ёмкостью шесть киловатт-часов. Stella имеет среднюю скорость 70 км в час. При отсутствии солнечного света запаса батарей хватает на 600 км. В октябре 2014 года студенты из Эйндховена на своей чудо-машине приняли участие в World Solar Challenge — 3000-километровой ралли по Австралии для машин на солнечных батареях.

Самым скоростным электрокаром на солнечных батареях на данный момент является Sunswift, созданный командой студентов из австралийского Университета Нового Южного Уэльса. На испытаниях в августе 2014 года этот солнцемобиль на одном заряде аккумулятора преодолел 500 километров с потрясающей для такого транспорта средней скоростью 100 км в час.

Биодизель на кулинарных отходах

В 2011 году Министерство сельского хозяйства США вместе с Национальной лабораторией возобновляемых видов энергии проводило исследование альтернативных типов топлива. Одним из удивительных результатов стал вывод о перспективности использования биодизельного топлива на основе сырья животного происхождения. Биодизель из остатков жиров — технология еще не слишком развитая, но уже используемая в азиатских странах.

Каждый год в Японии после приготовления национального блюда, тэмпура, остается приблизительно 400 тысяч тонн использованного кулинарного жира. Раньше он перерабатывался в корм для животных, удобрения и мыло, однако в начале 1990-х годов экономные японцы нашли ему еще одно применение, наладив на его основе производство растительного дизельного топлива.

По сравнению с бензином такой нестандартный вид автозаправки выделяет в атмосферу меньшее количество окиси серы — главной причины кислотных дождей — и на две трети сокращает количество других ядовитых выбросов выхлопных газов. Чтобы сделать новое топливо более популярным, его производители придумали любопытную схему. Каждому, кто пришлет на завод по выработке РДТ десять партий пластмассовых бутылок с использованным кулинарном жиром, выделяется 3,3 квадратных метра леса в одной из японских префектур.

До России технология в таком объеме еще не дошла, а зря: ежегодное количество отходов российской пищевой промышленности составляет 14 млн тонн, что по своему энергетическому потенциалу эквивалентно 7 млн тонн нефти. В России пущенные на биодизель отходы закрыли бы потребность транспорта на 10 процентов.

Жидкий водород

Жидкий водород уже давно считается одним из главных видов топлива, способных бросить вызов бензину и дизелю. Транспортные средства на водородном топливе не являются редкостью, но в силу многих факторов так и не завоевали широкую популярность. Хотя в последнее время благодаря новой волне озабоченности «зелеными» технологиями идея водородного двигателя приобрела новых сторонников.

Сразу несколько крупных производителей сейчас имеют в своем модельном ряду машины с водородным двигателем. Один из самых известных примеров - BMW Hydrogen 7, автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, который может работать и на бензине, и на жидком водороде. BMW Hydrogen 7 имеет бензиновый бак на 74 литра и резервуар для хранения 8 кг жидкого водорода.

Таким образом, автомобиль может использовать оба вида топлива во время одной поездки: переключение с одного типа горючего на другое происходит автоматически, при этом предпочтение отдается водороду. Таким же типом двигателя оснащен, например, гибридный водородно-бензиновый автомобиль Aston Martin Rapide S. В нем двигатель может работать на обоих видах топлива, а переключение между ними осуществляет интеллектуальная система оптимизации расхода и выбросов вредных веществ в атмосферу.

Водородное топливо собираются осваивать и другие авто-гиганты - Mazda, Nissan и Toyota. Считается, что жидкий водород экологически безопасен, так как при горении в среде чистого кислорода не выделяет никаких загрязняющих веществ.

Зеленые водоросли

Водорослевое топливо — экзотичный способ получения энергии для автомобиля. Рассматривать водоросли в качестве биотоплива стали, прежде всего, в США и Японии.

Япония не обладает большим запасом плодородных земель для выращивания рапса или сорго (которые используются в других странах для получения биотоплива из растительных масел). Зато Страна Восходящего Солнца добывает огромное количество зеленых водорослей. Раньше их употребляли в пищу, а сейчас на их основе стали делать заправку для современных автомобилей. Не так давно в японском городе Фудзисава на улицах появился пассажирский автобус DeuSEL от компании Isuzu, который передвигается на топливе, часть которого получена на основе водорослей. Одним из главных элементов стала эвглена зеленая.

Сейчас «водорослевые» добавки составляют всего несколько процентов от общей массы топлива в транспортных баках, но в будущем азиатская компания-производитель обещает разработать двигатель, который позволит использовать биосоставляющую на все 100 процентов.

В США тоже плотно занялись вопросом биотоплива на базе водорослей. Сеть заправок Propel в Северной Калифорнии начала продажи биодизеля Soladiesel всем желающим. Топливо получают из водорослей путем их сбраживания и последующего выделения углеводородов. Изобретатели биотоплива обещают двадцатипроцентное уменьшение выбросов углекислоты и заметное снижение токсичности по другим показателям.

По данным МАГАТЭ в настоящее время энергетический потенциал углеводородного сырья оценивается величиной 55 10 12 МВт -ч при нынешнем ежегодном расходовании 3 10 ю МВт - ч. Оценки показывают, что с учетом роста расхода угля может хватить на 200-500 лет, а газа и нефти - всего на 20-50 лет. Им нужна срочная замена, которую следует готовить уже в настоящее время. Одним из наиболее перспективных видов энергоносителей, способных с успехом заменить углеводородное сырье и обеспечить людей дешевой энергией на многие века в неограниченном количестве, является водородное топливо.

«Перспективным топливом для двигателей внутреннего сгорания является водород... Перспективен электролиз воды для получения водорода, но при наличии дешевой электроэнергии...» (Г.А. Терентьев, В. М. Тюков,Ф.В. Смаль. Моторные топлива из альтернативных сырьевых ресурсов. 1989 г., с. 223).

Но себестоимость получения водорода при электролизе воды с использованием энергии АЭС (КПД 27%) - 1427-1732 долл./т. Для сравнения, средние текущие издержки добычи нефти оцениваются в 44 долл./т. Отсюда в настоящее время водород при всех своих достоинствах является слишком дорогой заменой традиционным топливам и доступен только для ракетных топлив. Его стоимость в 1500/44 = 34 раза дороже традиционных топлив. При использовании энергии низкотемпературного ядерного синтеза стоимость водорода становится порядка 4,33 долл./т, т. е. его стоимость станет в 10 раз дешевле бензина. Таким образом, проблема замены углеводородных топлив водородом находит свое решение в использовании изобретений низкотемпературного ядерного синтеза: «Приуспешном решении проблемы управляемых термоядерных реакций человечество было бы обеспечено практически неисчерпаемыми источниками энергии, превосходящими все остальные источники. В самом деле, в 1 литре воды содержится около 1/30 г дейтерия и его теплотворная способность в качестве термоядерного горючего эквивалентна примерно 300 л бензина.

В океанах Земли содержится около 5 ? 10 й т дейтерия. При современном уровне энергетических потребностей запасов дейтерия на Земле могло бы хватить на 20 млрд лет». (П.Е. Колпаков. Основы ядерной физики. - М., 1989, с. 328).

Реакции низкотемпературного ядерного синтеза осуществимы и позволяют превращать одно атомное ядро в другое, и при этом выделяется большое количество энергии. Так, например, если превратить атомное ядро азота-14 в атомное ядро кислорода-16, выделяется энергия порядка 23,79 МэВ. Преобразование 1 кг азота-14 в кислород сопровождается выделением 3,9-10 10 ккал энергии. Этой энергии достаточно для разложения 6 тыс. т воды на кислород и водород.

«Поскольку стоимость одного грамма дейтерия примерно в ЮОразменъ- ше стоимости грамма урана-235, а его природные запасы практически неисчерпаемы, чего нельзя сказать о запасах делящихся веществ, широкое развитие работ по изысканию путей для осуществления управляемых реакций ядерного синтеза экономически оправдано». (А. К. Вальтер, И. И. Залюбов- ский. Ядерная физика. - Харьков, 1991, с. 365).

Таким образом, если совместить получение ядерной энергии с помощью низкотемпературного ядерного синтеза с производством водорода путем электролиза воды, то при равных условиях себестоимость водорода окажется в 400-700 раз меньше, чем при использовании энергии АЭС (1 кг дейтерия способен выделить в 4-7 раз больше энергии, чем 1 кг урана-235). Откуда стоимость электролитического водорода становится 1732/400 = = 4,33 долл./т.

Так, изобретение Евсюкова Г. А. решает проблему обеспечения моторным топливом и указывает путь, как при помощи низкотемпературного ядерного синтеза, имеющего неограниченные запасы ядерного горючего, калорийность которого в миллионы раз превышает калорийность бензина, обеспечить будущим поколениям людей автомобильный транспорт дешевым экологически чистым горючим на многие века.

Более целесообразно для производства ядерной энергии в качестве реагента использовать нереализованные радиоактивные отходы ядерных реакторов, подлежащие утилизации, допустим, стронций-90, цезий-137 и др. В этом случае одновременно с производством водорода будет осуществляться производительная утилизация ядерных отходов, что отразится на еще большем снижении стоимости производимого водорода.

Другой важной задачей, решаемой данным изобретением, является снижение экологического загрязнения окружающей среды и активная утилизация ядерных отходов.

Предлагаемый способ включает следующие операции:

• 1) в ядерный реактор, предназначенный для низкотемпературного ядерного синтеза, загружают реагент (стронций-90);
• 2) подготавливают к работе ядерный реактор;
• 3) подготавливают к работе электролизёры;
• 4) включают в работу ядерный реактор и электролизёры.

В процессе работы ядерного реактора происходит облучение реагента нейтронами, производимыми основным генератором нейтронов, при этом осуществляется следующая цепочка ядерных реакций:

На этом процесс радиационного захвата нейтронов не заканчивается, он может продолжаться многократно. Реагент при этом не расходуется и не теряет способность к радиационному захвату нейтронов. Цикл работы реактора завершается после того, как ядром реагента (стронция-90) будет захвачено 40 медленных нейтронов, в результате чего оно превратится в стабильное ядро ксенона-130 в виде газообразного компонента, который будет откачан из активной зоны реактора. При этом будет выделена энергия порядка 314,3 МэВ. Таким образом, 1 кг реагента, состоящего только из ядер стронция-90, выделит энергию 20,9-10 26 МэВ, что эквивалентно сжиганию 7,18 тыс. т бензина. Это в 4 раза больше той энергии, которую может выделить 1 кг урана-235.

Энергия выделяется за счет расхода нейтронов в процессе их радиационного захвата и изменения внутриядерных связей между нуклонами и преобразованием нуклонов. В приведенном примере израсходованы 2 нейтрона. Нейтроны производятся основным генератором нейтронов за счет облучения тяжелой воды гамма-квантами или другим способом. Таким образом, израсходовано 2 дейтерона. Захваченный нейтрон выделяет энергию порядка 18,68/2 = 9,34 МэВ. Чтобы разделить дейтерон на протон и нейтрон затрачивается энергия 2,2 МэВ, следовательно, каждый прореагировавший дейтерон отдает полезную ядерную энергию связи, равную 9,34-2,2 = 7,14 МэВ (1 МэВ соответствует 2,83 10" 17 ккал).

Таким образом, израсходование 1 кг дейтерия может выделить 8,2 10 10 ккал энергии, что в 4,1 раза больше чем 1 кг урана-235. Выделенная энергия ядерного синтеза улавливается теплоносителем и поступает в контур теплообмена, где превращается в электроэнергию с КПД 27%.

Наиболее перспективным способом получения водорода для энергетических целей являются различные методы разложения воды с использованием ядерной энергии низкотемпературного ядерного синтеза. Это особенно актуально, поскольку традиционные ископаемые горючие материалы не воспроизводятся, их запасы, цена, эксплуатационные и экологические показатели не могут конкурировать с электролизным водородом, полученным предлагаемым способом.

Установка для производства экологически чистого химического горючего, содержащая блок электролиза воды и получения водорода и кислорода, подключенный к источнику электрической энергии. Отличающаяся тем, что снабжена блоком преобразования энергии и блоком низкотемпературного ядерного синтеза с ядерным реактором, выполненным с возможностью осуществления реакций низкотемпературного ядерного синтеза и с возможностью использования в качестве энерговыделяющих элементов ядерных отходов, в том числе стронция-90. Установка включает основной генератор нейтронов, выполненный с возможностью производства нейтронов путем облучения тяжелой воды гамма-лучами, умножитель нейтронов и пусковой генератор нейтронов. Блок электролиза воды связан с блоком преобразования энергии и производства электрической энергии, источником которой он служит.

Установка предназначена, во-первых, для производства водорода и кислорода путем электролиза воды с использованием наиболее дешевой электроэнергии, производимой с помощью низкотемпературного ядерного синтеза. Такая установка обеспечена собственным независимым источником энергии и не требует расхода энергии извне. Во-вторых, задачей, которую решает установка, является улучшение экологической обстановки путем полезного расходования ядерных отходов, подлежащих утилизации и захоронению, и производство дешевых экологически чистых горючих материалов, потребность в которых с течением времени возрастает быстрыми темпами.

В ее состав входят (рис. 8.1):

• 1) блок низкотемпературного ядерного синтеза;
• 2) блок преобразования энергии и производства электроэнергии;
• 3) блок электролиза воды и получения водорода и кислорода.

Рис. 8.1.

Блок низкотемпературного ядерного синтеза помещен в толстостенную бетонную конструкцию, служащую защитой обслуживающего персонала и окружающей среды от радиоактивных излучений, возникающих в активной зоне ядерного реактора. Он представляет собой ядерный реактор, предназначенный для выполнения реакций низкотемпературного ядерного синтеза, работает на тепловых нейтронах с графитовым замедлителем. Ядерным горючим (реагентом) служат отходы ядерных реакторов деления тяжелых атомных ядер, например, стронций-90. Состоит из следующих функциональных элементов (рис. 8.2):

• - реагента 1, пластины которого равномерно распределены по рабочему объему активной зоны реактора;
• - теплоносителя, циркулирующего по тонкостенным трубкам 6, трубки теплоносителя расположены в непосредственной близости от пластин реагента, по трубкам движется дистиллированная вода или жидкий металл, охлаждающие пластины реагента и отводящие тепловую энергию от реагента в теплообменник 7 (рис. 8.3);
• - основного генератора нейтронов 3, представляющего собой систему тонких трубок, расположенных в промежутках между пластинами реагента, по трубкам циркулирует тяжелая вода. В результате облучения гамма-лучами, исходящими от реагента, тяжелая вода излучает нейтроны, которые захватываются ядрами реагента, и происходит экзотермическая реакция синтеза;

Рис. 8.2.

• 1 - пластины исходного реагента (строн- ция-90); 2 - пластины замедлителя нейтронов (из графита); 3 - основной генератор нейтронов на тяжелой воде; 4 - умножитель нейтронов на тяжелых делящихся ядрах; 5 - пусковой генератор нейтронов; б - трубки, по которым циркулирует теплоноситель
• - умножителя нейтронов 4, представляющего собой тяжелые атомные ядра, способные при захвате нейтронов делиться с излучением большего числа нейтронов, чем было захвачено. Делящиеся элементы умножителя располагаются между трубками основного генератора нейтронов и пластинами реагента и обеспечивают поддержание заданного уровня отдаваемой мощности реагентом или увеличение ее до необходимого значения;
• - замедлителя нейтронов 2, представляющего собой графитовый заполнитель всего свободного пространства активной зоны реактора. Служит для уменьшения скорости быстрых нейтронов и увеличения сечения захвата нейтронов ядрами реагента;
• - пускового генератора нейтронов 5, представляющего собой радиоактивный изотоп с большим периодом полураспада. Он устанавливается в специальные гнезда, расположенные в активной зоне в момент включения и инициирует начальный поток нейтронов, достаточный для возбуждения реакции синтеза и включения в работу основного генератора нейтронов.

Функционально работа реактора заключается в том, что пластины исходного реагента облучаются потоком медленных нейтронов, излучаемых основным генератором нейтронов. Нейтроны излучаются тяжелой водой при облучении ее потоком гамма-лучей, исходящих от исходного реагента в процессе осуществления реакций радиационного захвата нейтронов и преобразования нейтронов в протоны. Образованные генератором нейтроны прежде чем прореагировать проходят через умножитель и замедлитель, где увеличивается поток нейтронов до требуемой плотности и замедляется скорость нейтронов до требуемой энергии, соответствующей максимальному сечению радиационного захвата нейтронов в ядерном реакторе ядром исходного реагента.

Под действием радиационного захвата нейтронов в ядерном реакторе происходит низкотемпературный ядерный синтез нуклонов в ядрах реагента, состоящий в том, что избыточная часть накопившихся нейтронов превращается в протоны и объединяется с остальными захваченными нейтронами, образуя ядра дейтерия или гелия, которые затем сливаются с исходным ядром реагента. Происходит выделение энергии за счет увеличения энергии связи между нуклонами. В процессе реакции синтеза расходуются только нейтроны, служащие строительным материалом для увеличения состава ядра, но новые поколения нейтронов, как это происходит при делении тяжелых ядер, не рождаются. Поставлять нейтроны вынуждены с помощью специального (основного) генератора нейтронов. Одним из используемых в настоящее время типов генераторов нейтронов является генератор, состоящий из системы узких трубок, пронизывающих активную зону реактора, заполненных тяжелой водой.

энергии, производимой современ-

Рис. 8.3.

В исходном состоянии тяжелая вода выведена из активной зоны и хранится в специальном резервуаре. В рабочем состоянии тяжелая вода прокачивается по трубкам, облучается потоком гамма-лучей, возникающих в процессе реакции синтеза, и производит новые поколения нейтронов для продолжения реакции синтеза. Нейтроны поступают в реагент, возбуждают реакции синтеза и принимают в них активное участие. Управление мощностью выделяемой энергии производят изменением количества тяжелой воды, находящейся в активной зоне. Чтобы уменьшить мощность, следует вытеснить из трубок часть тяжелой воды. В этом случае произойдет сокращение потока нейтронов и уменьшение актов синтеза ядер в единицу времени. Для увеличения мощности достаточно увеличить количество тяжелой воды в активной зоне. Для уменьшения непроизводительных расходов нейтронов активная зона ограничена отражателями нейтронов, в качестве которых используются графитовые пластины и графитовая обмазка. Энергия, производимая такой установкой низкотемпературного ядерного синтеза, дешевле ными АЭС, в 400-700 раз.

представляет собой типовой контур преобразования ядерной энергии в электрическую с КПД порядка 27%. (рис. 8.3). Он включает в свой состав: 1 - генератор, теплообменник 7, циркуляционные насосы 8, турбогенератор 9, конденсатор 10, питательный насос 11, обслуживающие и вспомогательные системы.

Блок электролиза воды и получения водорода и кислорода содержит ряд электролизёров наиболее перспективных известных конструкций и вновь разрабатываемых типов и конструкций, а также емкости и средства для хранения, сжатия, сжижения газов и гидрирования металлов.

Наиболее простым и широко используемым в промышленности известным способом получения водорода является электролиз воды в щелочной среде (25-30% КОН). Этот процесс энергоемок: для получения 1 м 3 водорода и 0,5 м 3 кислорода требуется затратить около 6 кВт-ч электроэнергии. Поэтому для снижения стоимости производимого водорода следует использовать дешевую электроэнергию, производимую за счет низкотемпературного ядерного синтеза.

Еще до пропускания тока щелочь как сильный электролит диссоциирует на ионы КОН? К + + ОН". Вода как слабый электролит частично диссоциирует на ионы Н 2 0 U Н + + ОН". Таким образом, в растворе содержатся ионы К + ; Н + ; ОН" (рис. 8.4).

Рис. 8.4.

При пропускании тока к катоду подходят ионы К + и Н + , к аноду - ионы ОН". На катоде будут разряжаться ионы водорода (ионы К + труднее разряжаются).

На аноде отдача электронов происходит у ионов ОН". В результате электролиза на катоде выделяется водород, а в растворе возле катода ионы ОН" с ионами К + образуют КОН.

На аноде выделяется кислород, а в растворе возле анода ионы Н + с ионами ОН" образуют Н 2 0. При перемешивании электролита щелочь растворяется в воде, диссоциирует и процесс возобновляется. В таком случае продуктами электролиза будут только водород и кислород, т. е. будет происходить разложение воды электрическим током.

Необходимость замены традиционных видов моторного топлива на более перспективные подтверждается следующими известными положениями.

Традиционными видами топлива, интенсивно используемыми в настоящее время, подаренными природой человечеству, являются ископаемые природные органические вещества: нефть, уголь, природный газ. Несмотря на высокие эксплуатационные качества, большую энергоемкость и относительно низкую стоимость имеется ряд аспектов, требующих неотложного решения. Основными из них являются:

• 1. Ограниченные запасы природных горючих материалов, количество которых неуклонно сокращается. Опубликованные оценки подтверждают, что ресурсы минерального топлива ограничены, и при сохранении существующих темпов развития энергетики они будут исчерпаны на протяжении ближайших десятилетий (нефть, горючие газы) или столетий (уголь).
• 2. Экологическое загрязнение окружающей среды от использования традиционных топлив слишком велико и наносит вред живым организмам и растениям. Действующий с марта 1992 г. закон об охране окружающей среды не стабилизировал экологическую ситуацию в стране. Более того, она продолжает ухудшаться. Некоторые города оказались в критическом, другие в катастрофическом положении. Самым экологически неблагополучным городом страны последних лет признан Норильск, где основным источником загрязнения окружающей среды является металлургический комбинат. Атмосфера города, а также почвы и окрестные водоемы перенасыщены вредными соединениями, в которые входят никель, медь, селен, кобальт, свинец и другие металлы. Воздушное загрязнение здесь усиливается также за счет высокой концентрации диоксида серы и окислов азота. В числе самых грязных городов не только России, но и всего мира вот уже долгое время остается и Москва. Основная часть вредных веществ в ее атмосферу поступает за счет автомобильных выхлопов, в составе которых - формальдегид, бензопирен и угарный газ. Свою долю в отравлении московской атмосферы вносят и промышленные предприятия, и в первую очередь нефтеперерабатывающий завод в Капотне. В списке 35 самых загрязненных населенных пунктов нашей страны находятся также Санкт-Петербург, Волгоград, Нижний Новгород, Чапаевск, Новокуйбышевск, Томск, Нижний Тагил, Липецк, Магнитогорск и ряд других городов. Содержание вредных примесей в воздухе здесь превышает предельно допустимые нормы в десятки раз, что, естественно, укорачивает жизнь и сильно подрывает здоровье его жителей. И на конференции ООН по окружающей среде, состоявшейся в Рио-де-Жанейро, Россия была названа в группе самых неблагополучных в экологическом отношении стран на планете.
• 3. Выбор альтернативного экологически чистого горючего. Для замены традиционного вида топлива следует подобрать из всех существующих такое альтернативное топливо, которое удовлетворяло бы в большей мере ряду требований:
  • - по своим запасам должно многократно превышать запасы традиционных видов топлива;
  • - месторождения запасов топлива должны быть легко доступны для их массового использования и приближены к месту использования;
  • - стоимость топлива не должна заметно превышать стоимость традиционных видов топлива;
  • - экологические показатели должны существенно превосходить аналогичные показатели традиционных видов топлива (автомобиль или электромобиль не должны загрязнять окружающую среду);
  • - иметь высокие технические и эксплуатационные свойства, не уступающие аналогичным для традиционных топлив.

Среди известных альтернативных топлив наиболее подходящим видом топлива является водород, полученный электролизом воды, используя наиболее дешевую энергию низкотемпературного ядерного синтеза.

«Водород является экологически чистым энергоносителем и может производиться за счет возобновляемых источников энергии. Типичными примерами применения новых водородных технологий являются автотранспорт с низким или нулевым выбросом вредных веществ в атмосферу и жилые дома с автономным энергообеспечением» (Журнал «Энергия», 1996, 5, с. 19. «Во- Дород-96»).

«Перспективен электролиз воды для получения водорода, но при наличии дешевой электроэнергии. Этим способом производят некоторое количество водорода в Норвегии и АРЕ, ведутся работы во Франции по получению водорода различными методами с использованием дешевой электроэнергии АЭС в ночное время» (Г. А. Терентьев, В. М. Тюков, Ф. В. Смаль. Моторные топлива из альтернативных сырьевых ресурсов. 1989, с. 223).

«Интерес к водороду как моторному топливу обусловлен его высокими энергетическими показателями, отсутствием вредных веществ в продуктах сгорания и, главное - практически неограниченной сырьевой базой. Водород характеризуется наиболее высокими энергомассовыми показателями среди химических топлив» (там же, с. 176).

Заявленный способ позволяет снизить стоимость электролизного водорода в 400-700 раз, что сделает водород дополнительно к его известным достоинствам еще и наиболее экономически выгодным из всех имеющихся видов современных топлив.