Наши партнеры ArtmMisto
Ракета мчить космічний корабель в простори Всесвіту. Неймовірну міць двигунів верхньої її ступені живить зріджене паливо: водень і кисень. Водень (Hydrogenium) не поступається за теплотворення природного газу, для роботи на ньому з мінімальною переробкою підходять всі існуючі бензинові ДВС і газові котли опалення. H2 - єдиний відомий науці абсолютно чистий вид палива. У процесі горіння утворюється з'єднання з киснем - прозора, як сльоза, дистильована водиця. Запаси водню у Всесвіті невичерпні, цей чудовий газ разом з гелієм є основним будівельним матеріалом світобудови.
Навіть організм людини на 63% складається з молекул водню. Він оточує нас з усіх боків: Простягни руки - і вони сповнені гідрогеніумом. Найбільше H2 міститься в океанах, морях і річках. Одна біда: у вільному стані на Землі знаходиться лише незначна його частина, видобуток в чистому вигляді неможлива. Невеликий відсоток H2 містить біогаз, сепарацией його не займаються, вважаючи за краще спалювати разом з метаном. Однак існує ряд технологій, що дозволяють отримувати чистий водень з різних хімічних сполук. Найбільш перспективним є метод електролізу, сировиною служить вода.
Принципова схема отримання водню методом електролізу
Останнім часом інтернет заполонила комерційна реклама недешевих реакторів (генераторів) водню, а сайти для домашніх умільців охоче клонують статті про те, як зробити водневий генератор для опалення своїми руками.
Про виділення горючого газу при взаємодії кислот і металів відомо було ще середньовічним алхімікам. Але тільки в 1783 році Лавуазьє і Меньyo змогли перетворити емпіричні знання в прилад по отриманню «пального повітря» з води. З тих пір не припиняються наукові дослідження і спроби побудувати ефективний водневий генератор для опалення або автомобіля, який зробив би водневу енергетику рентабельною.
На сьогоднішній день немає ніяких проблем в переході енергетики і транспорту на водневе паливо, виробники готові зробити це хоч завтра. У 2008 році авіабудівна компанія Airbus підтвердила свою готовність перейти з авіагасу на H2, провівши випробувальний політ на моделі A320. Перший серійний воднемобіль HondaFCX вже колесить по дорогах Японії. Проте, в загальній масі світової енергетики це крапля в морі. Для масового розвитку водневої енергетики не вистачає головного - дешевого чистого H2. «Халявний» Hydrogenium отримують лише в якості побічного продукту деяких хімічних виробництв, саме на такому паливі працює на підприємстві «Саянскхімпласт» з 2005 року перша і поки єдина в Росії «воднева» котельня. Активно працює в Росії з 2006 року «Інститут водневої економіки», видав вже понад 60 томів наукових досліджень. Чи не обмежуються науковими працями більш підприємливі зарубіжні компанії, в науково-технічні розробки по генерації чистого водню вкладають мільярди доларів.
Можливо, в майбутньому ми все будемо їздити на воднемобіль
На жаль, віз і нині там. Більшу частину світового виробництва H2, головним чином для потреб ракетної техніки, виробляють сьогодні не за допомогою генерації з води, а паровий конверсією газу і газифікацією вугілля. Ні про яку екологічності або економії ресурсів в даному випадку і мови не йде, просто бензином ракета не заправити.
Але вчені не здаються: в кінці кінців придумав же Едісон після довгих років досліджень ефективну і при цьому недорогу електричну «лампочку Ілліча». І протягом століття цей винахід, нехай і в значно вдосконаленому вигляді, влаштовувало людство.
За допомогою електролізу (див. Шкільну програму з фізики та хімії) вода розкладається на водень і кисень.
Площа поверхні електродів повинна бути велика, тому їх збирають в пакети (осередки). До речі, електролізер не можна перегрівати понад 65 ºС, інакше пластини доведеться довго очищати або взагалі замінити
Сепарувати гази не потрібно, горючу суміш направляють в теплогенератор, в якому відбувається зворотна реакція: водень і кисень возз'єднуються, знову утворюючи воду.
Найпростіший саморобний генератор водню - герметична ємність з зануреними в рідину електродами, джерело живлення 12 Вольт.
Заряд є, вода «булькає», Hydrogenium пішов
На кришці ємності мають штуцер для відведення до споживача суміші водню з киснем (газ Брауна, «гримуча суміш»).
Крім штуцера, на кришці бажано мати Розповітрювач
Ось така ємність є основою генератора водню для автомобіля з карбюраторним двигуном. ДВС працює на суміші з бензином, потрібен ще додатковий накопичувач і акумулятор. Корпус міцний, від водопровідного фільтра, нехитра установка, створена «народними академіками», називається «АкваКар», пропонувалася на Україні за 1600 гривень в дореволюційних цінах
Генератор водню для будинку, теж в корпусі водяного фільтра. Тут застосовані більш продуктивні циліндричні електроди, є датчик тиску. На стінках судини видно бульбашки - жаданий Н2 і кисень
Але ж справа не просто в тому, щоб виділити з води «гремучки», це зробити неважко. Газ потрібно отримати із сировини в максимальній кількості, в стислі терміни, при цьому витратити мінімум енергії. Для підвищення ефективності використовують не звичайні електроди з міді або нержавіючої сталі, а вироби складної форми з дорогих сплавів. Сила електричного струму повинна змінюватися в ході реакції, відповідно, потрібен електронний блок.
Варіант виконання електронного блоку чудо-генератора
Вода витрачається, її рівень слід підтримувати постійно і якщо робити це не вручну, знадобиться система автоматичного підживлення. Нарешті, щоб електроліз проходив з достатньою інтенсивністю, вода повинна містити достатню кількість розчинених солей, в м'якій воді реакція буде слабкою, а в дистильованої зовсім відсутні. Значить, наливати воду з крана не можна: її доведеться готувати (найпростіший варіант - столова ложка гідроксиду натрію на 10 л води), а це додаткові резервуари, трубопроводи і т.д.
На малюнку показана схема генератора водню для автомобіля, але різниця з пристроєм для опалення лише в тому, що споживачем газу не є форсунки двигуна, а пальник котла
Але і це не все. Теплогенератор (котел) споживає паливо нерівномірно, до того ж вимагає певного його тиску і вологості. Щоб система реактор палива + генератор тепла працювали взаємопов'язане і чітко, hydrogenium повинен надходити спочатку в осушувач, потім компресор, який буде закачувати його в сховище, де за допомогою додаткової автоматики повинно підтримуватися необхідний тиск.
Все в природі взаємопов'язано. Якщо кудись щось прибуло, значить, десь вибуло. Ця народна мудрість спрощено, але в цілому чітко визначає закон збереження енергії. Водень, згораючи, виділяє теплову енергію. Але, щоб отримати газ методом електролізу, доведеться затратити деяку кількість електроенергії. Яка, в свою чергу, здебільшого виходить за рахунок генерації тепла при спалюванні інших видів палива. І якщо брати чисту теплову енергію, необхідну для отримання електрики і ту енергію, яку дасть при згорянні водень, навіть на найбільш просунутих установках виходять дворазові втрати. Половину грошей ми буквально викидаємо. І це тільки експлуатаційні витрати, але ж слід врахувати і вартість вельми недешевої обладнання.
Проект вітро-водневого дирижабля AeromodellerII. Картинку бельгійські інженери намалювали красиву, залишається підкріпити її конкретними економічно виправданими технологіями
За даними дослідницької лабораторії INEEL, на промислових генераторах водню США собівартість одного кілограма водню склала:
- Електроліз від промислової електромережі - 6,5 usd.
- Електроліз від вітрогенераторів - 9 usd.
- Фотоелектроліз від солярних пристроїв - 20 usd.
- Виробництво з біомаси - 5,5 usd.
- Конверсія природного газу та вугілля - 2,5 usd.
- Високотемпературний електроліз на атомних електростанціях - 2,3 usd. Це найменш дорогий спосіб і найбільш далекий від домашніх умов.
Причому, навіть найкращий генератор водню в домашніх умовах буде помітно поступатися промисловому в ефективності. З такими цінами немає ніяких підстав говорити про скільки-небудь серйозної конкуренції водневого палива в порівнянні не тільки з дешевим природним газом, але і з дорогим електроопаленням, дизельним паливом і навіть тепловими насосами.
Чи є реальні шляхи серйозного зниження собівартості чистого Hydrogenium? Звичайно. Це, в першу чергу, отримання дешевого електрики з відновлюваних джерел. По-друге, застосування більш досконалих хімічних каталізаторів процесу. Вони, до речі, давно відомі і застосовуються в автомобільних паливних водневих осередках. Але знову все впирається в занадто велику їх вартість.
Реально корисне застосування альтернативної енергетики: серійне газозварювальне пристрій з вбудованим водневим реактором. В даному випадку вартість газу не має вирішального значення, для зварника має значення те, що замість незручних в транспортуванні балона і сварочніка він має один відносно невеликий і легкий ящик
Наука йде вперед, техніка вдосконалюється. Коли-небудь нафта закінчиться і людству доведеться перейти на інші джерела енергії. Поки ж можна з упевненістю сказати - воднева енергетика збиткова (за винятком тих випадків, коли горючий газ є побічним продуктів технологічних процесів), а програми розвитку водневого транспорту можливі тільки завдяки державним та корпоративними програмами підтримки альтернативної енергетики.
Муніципалітети великих німецьких міст компенсують транспортним компаніям все збитки, щоб ці прекрасні гідрогеніумние автобуси перевозили пасажирів, які не отруюючи довкілля
А що у нас, в середовищі вітчизняних «кулібіних»? Інтернет-форуми сповнені суперечок про можливість побудови генератора водню своїми руками. Адепти гідрогеніумом тикають в очі скептикам фотками самогонних апаратів, перероблених в установки з виробництва чистого палива. Скептики: покажіть конкретний приклад постійно пристрою під час роботи. У відповідь - тиша. Хтось щось зібрав, підключив до кухонній плиті, посмажив на водні яєчню, з'їв. Тепер ось стоїть в сараї, а до плити знову підключений газ, це простіше, дешевше, безпечніше. Правда, розумні люди все ж витягають з «диванної» гідрогеніумной енергетики користь: захоплюючі пости забезпечують власників акаунтів лайками, великим числом переглядів і передплатників, що приносить непогані гроші.
Якщо хтось із читачів хоче повторити досвід гаражних майстрів, то, будь ласка, ось досить докладний опис конструкції «самопального» водневого реактора. Нічого складного.
У цьому ролику нам красиво показують, як дрібносерійне вітчизняне пристрій обслуговує два десятка радіаторів, але не називають ні його теплову потужність, ні собівартість кілокалорії тепла.
Сьогодні складно сказати, яка з перспективних енергетичних технологій «вистрілить» в майбутньому, коли запаси вуглеводнів вичерпаються. Чи буде це термоядерний синтез, солярні або гравітаційні системи, воднева енергетика? Поки що йде еволюційний розвиток перспективних напрямків і революційних проривів найближчим часом в цій галузі не передбачається, про що б не писав «жовтий» інтернет. За оцінкою фахівців, поява електролізних реакторів водню, які могли б скласти реальну конкуренцію традиційним видам палива, очікується не раніше, ніж через років 20-30. Багато експертів взагалі скептично оцінюють перспективи водневої енергетики, залишаючи цього виду палива лише вузьку нішу в ракетобудуванні. Але всі, хто займається цією справою професійно, сходяться на тому, що дійсно ефективні водневі реактори будуть продуктом високих технологій, а не «пристосували», зібраними зі старих каструль і інших непотрібних залозок на коліні.
Чи є реальні шляхи серйозного зниження собівартості чистого Hydrogenium?Чи буде це термоядерний синтез, солярні або гравітаційні системи, воднева енергетика?
