Мир на пороге водородной эры!

Полезное ископаемое водород
Официальное одобрение теории изначально гидридной Земли неизбежно приведёт к признанию водорода полезным ископаемым и открытию его месторождений

Изменяя своё потребление — мы вместе изменяем Мир!

Водородо-кислородную смесь, как самую энергетически емкую, предлагал использовать в двигателях К.Э. Циолковский еще в 1903 году. Водород уже применяют как топливо: для автомобилей (от полуторки до Тойоты «Мирай»), реактивных самолётов (от «Хейнкель» до Ту-155), торпед (от GT 1200A до «Шквала»), ракет (от «Сатурна» до «Бурана»).Новые аспекты открывает получение металлического водорода. В недалеком будущем развитие технологий получения дешевого водорода из сероводорода Чёрного моря и непосредственно из источников дегазации Земли. Не смотря на противодействие нефтяного лобби, мы неумолимо вступаем в водородную эру! 

«Плюсы» и «минусы» водородного топлива

Водородное топливо имеет ряд особенностей:

  • Теплоотдача водорода на 250% выше, чем у топливно-воздушной смеси. 
  • После сжигания топливной смеси на выходе образуется только пар. 
  • Реакция воспламенения происходит быстрее, чем с другими видами топлива. 
  • Благодаря детонационной устойчивости, удается поднять степень сжатия. 
  • Хранение такого топлива происходит в жидкой или сжатой форме. В случае пробоя бака водород испаряется. 
  • Нижний уровень пропорции газа для вхождения в реакцию с кислородом составляет 4%. Благодаря этой особенности, удается настроить режимы работы двигателя путем дозирования консистенции. 
  • КПД водородного двигателя достигает 90 процентов. Для сравнения, дизельный мотор имеет коэффициент полезного действия на уровне 50%, а обычный ДВС — 35%. 
  • Водород — летучий газ, поэтому он попадает в мельчайшие зазоры и полости. По этой причине немногие металлы способны перенести его разрушительное влияние.
  • Возникает меньший уровень шума при работе двигателя. 

Первый двигатель на водороде заработал в СССР в 1941 году!

Будете удивлены, но первый двигатель обычной «полуторки» заработал на водороде в блокадном Ленинграде в сентябре 1941 года! Молодому младшему техник-лейтенанту Борису Щелищу, руководившему подъемом аэростата заграждения, было приказано в отсутствии бензина и электричества наладить работу лебёдок. Поскольку аэростаты заполнялись водородом, ему пришла мысль использовать его как топливо.

Мир на пороге водородной эры!

Одним из способов получения водорода тогда, было пропускание водяного пара через раскаленное железо:

3Fe + 4H2O => Fe3O4 + 4H2
Во время опасных опытов сгорели два аэростата, взорвался газгольдер, сам Борис Исаакович получил контузию. После этого для безопасной эксплуатации воздушно-водородной «гремучей» смеси он придумал специальный водяной затвор, исключавший воспламенение при вспышке во всасывающей трубе двигателя. Когда все наконец получилось, приехали военачальники, убедились, что система работает нормально, и приказали за 10 дней перевести все аэростатные лебедки на новый вид горючего. В виду ограниченности ресурсов и времени, Щелищ остроумно применил для изготовления гидрозатвора списанные огнетушители. И задача подъёма аэростатов заграждения была успешно решена! 

Мир на пороге водородной эры!

Бориса Исааковича наградили орденом «Красной звезды» и командировали в Москву, его опыт использовали в частях ПВО столицы — 300 двигателей перевели на «грязный водород», было оформлено авторское свидетельство №64209 на изобретение. Таким образом был обеспечен приоритет СССР в развитии энергетики будущего. В 1942 году необычный автомобиль демонстрировался на выставке техники, приспособленной к условиям блокады. При этом его двигатель проработал 200 часов без остановки в закрытом помещении. Отработанные газы — обыкновенный пар — не загрязняли воздух. 

В 1979 году под научным руководством Шатрова Е.В. творческим коллективом работников НАМИ в составе Кузнецова В.М. Раменского А.Ю., Козлова Ю.А. был разработан и испытан опытный образец микроавтобуса РАФ, работающий на водороде и бензине.

Испытания РАФ 22031 (1979 г.)
Испытания РАФ 22031 (1979 г.)

Подводные аппараты на перекиси водорода

В 1938—1942 годах на Кильских верфях под руководством инженера Вальтера построили опытную лодку У-80 работавшую на перекиси водорода. На испытаниях корабль показал скорость полного подводного хода 28,1 узла. Полученные в результате разложения перекиси пары воды и кислорода использовали в качестве рабочего тела в турбине, после чего удаляли их за борт. 

На рисунке условно показано устройство подводной лодки с двигателем на перекиси водорода.
Устройство подводной лодки с двигателем на перекиси водорода

Всего немцы успели построить 11 лодок с ПГТУ. 

После разгрома гитлеровской Германии в Англии, США, Швеции и СССР проводились работы с целью довести замысел Вальтера до практической реализации. Была построена советская подлодка (проект 617) с двигателем Вальтера в конструкторском бюро Антипина. 

«Это была первая подводная лодка СССР, перешагнувшая 18-узловую величину подводной скорости: в течение 6 часов её подводная скорость составляла более 20 узлов! Корпус обеспечивал увеличение глубины погружения вдвое, то есть до глубины 200 метров. Но главным достоинством новой подводной лодки была её энергетическая установка, явившаяся удивительным по тем временам новшеством. И не случайно было посещение этой лодки академиками И. В. Курчатовым и А. П. Александровым — готовясь к созданию атомных подводных лодок, они не могли не познакомиться с первой в СССР подводной лодкой, имевшей турбинную установку. Впоследствии, многие конструктивные решения были заимствованы при разработке атомных энергетических установок…» — писал Александр Тыклин. 

На это ушло еще несколько лет. Тем временем успехи атомной энергетики позволили более удачно решить проблему мощных подводных двигателей. Но разработки успешно применили в торпедных двигателях. Walter HWK 573. (работающий под водой двигатель первой в мире управляемой противокорабельной ракеты «воздух-поверхность» GT 1200A для поражения корабля ниже ватерлинии). Планирующая торпеда (УАБ) GT 1200A имела подводную скорость 230 км/ч, являясь прототипом высокоскоростной торпеды СССР «Шквал». Торпеда ДБТ принята на вооружение в декабре 1957 года, работала на перекиси водорода и развивала скорость 45 узлов при дальности хода до 18 км.

Знаменитая ПОДВОДНАЯ РАКЕТО-ТОРПЕДА ВА-111 «ШКВАЛ».
Знаменитая подводная ракето-торпеда ВА-111 «ШКВАЛ»

Газогенератором через кавитационную головку создается воздушный пузырь вокруг корпуса объекта (парогазовый пузырь) и, вследствие падения гидродинамического сопротивления (сопротивления воды) и применения реактивных двигателей, достигается требуемая подводная скорость движения (100 м/с), превышающая в разы скорость самой быстрой обычной торпеды. Для работы используется гидрореагирующее топливо (щелочные металлы при взаимодействии с водой выделяют водород).

Водородные подлодки

Военно-морской флот России провел морские испытания и принял на вооружение подводную лодку Б-90 «Саров» (пока единственный корабль проекта 20120) с экспериментальным двигателем на водороде. Минобороны РФ планирует установить аналогичные двигатели на подводные лодки проекта 677 «Лада» и её экспортный вариант «Амур-1500».

Работы над воздухонезависимой энергетической установкой (ВНЭУ) начались в прошлом году. Подобными двигателями уже оснащены немецкие подводные лодки типа U-212 и их экспортный вариант U-214. Смысл установки в том, что электрический двигатель лодки получает ток не от аккумулятора, а от топливных элементов на базе водорода, — пояснил представитель ВМФ, участвующий в работах.

Все поколения неатомных подлодок, включая проект «Варшавянка», использовали аккумуляторы, заряжающиеся от дизельного двигателя. По истечении зарядки требовалось всплыть и запустить двигатель, что делало лодку уязвимой. «Саров» на водородном топливе получает практически неограниченный ресурс подводного хода, сопоставимый с атомными субмаринами. Следующие лодки проекта 677 получили имена Б-586 «Кронштадт» и Б-587 «Севастополь».

Промышленная группа Naval Group разработала воздухонезависимый топливный элемент 2-го поколения FC2G AIP (Air-Independent Propulsion Fuel Cell 2nd Generation). AIP FC2G является дополнительным модулем к основной силовой установке подводной лодки и способен увеличить автономность субмарины в 3-4 раза.

Ту-155 на водороде установил 14 мировых рекордов!

Во время ВОВ Фирма «Хейнкель» создала под двигатель Вальтера Walter HWK-109-509 с тягой 2000 кгс., работавший на перекиси водорода, целую линейку реактивных самолетов. 

Ту-155 - самолет на водородном двигателе.
Ту-155 — самолет на водородном двигателе

«Вполне успешный, но, к сожалению, не ставший серийным опыт создания «экологических» самолетов у России был уже в конце 80-х годов прошлого столетия. Миру был представлен Ту-155 (экспериментальная модель Ту-154), работающий на сжиженном водороде, а затем и на сжиженном природном газе. 15 апреля 1988 года самолет был впервые поднят в небо. Самолет установил 14 мировых рекордов и выполнил порядка ста рейсов. Однако затем проект ушел «на полку». 

В конце 1990-х по заказу «Газпрома» был построен Ту-156 с двигателями на сжиженном газе и традиционном авиационном керосине. Этот самолет постигла та же участь, что и Ту-155». Представляете, насколько тяжело бороться с нефтяным лобби даже Газпрому! 

Водородомобили

Автомобили с двигателями, работающими на водороде, делятся на несколько групп:

  • Машины с гибридным двигателем обладают экономичным мотором, способным работать на чистом водороде или бензиновой смеси, соответствуют стандарту Евро-4. 
  • Транспортные средства, работающие на чистом водороде или топливно-воздушной смеси, характеризуются в чистом выхлопе и увеличении КПД до 90%. 
  • Автомобили со встроенным электродвигателем, питающим водородный элемент на борту транспортного средства. 

Главной особенностью водородомобилей является способ подачи горючего в камеру сгорания и его воспламенения.

Уже выпускаются серийно такие модели водородомобилей, как: 

  • Ford Focus FCV;
  • Mazda RX-8 hydrogen; 
  • Mercedes-Benz A-Class; 
  • Honda FCX; 
  • Toyota Mirai; 
  • Автобусы MAN Lion City Bus и Ford E-450;
  • гибридный автомобиль на два вида топлива BMW Hydrogen 7. 

Серийный водородомобиль Тойота «Мирай»

Мир на пороге водородной эры!

Этот автомобиль может разогнаться до 179 км/ч, причем до 100 км/ч машина разгоняется за 9.6 секунд и, самое главное, она способна проехать без дополнительной дозаправки 482 км.

Hydrogen 7
Hydrogen 7

Концерн БМВ представил свой вариант автомобиля Hydrogen. Новая модель протестирована известными деятелями культуры, бизнесменами, политиками и другими популярными личностями. Испытания показали, что переход на новое топливо не влияет на комфортабельность, безопасность и динамику транспортного средства. При необходимости виды горючего можно переключать с одного на другой. Скорость Hydrogen 7 — до 229 км/час. 

Водородомобиль Honda Clarity Fuel Cell
Водородомобиль Honda Clarity Fuel Cell

Honda Clarity — автомобиль от концерна Хонда, который поражает запасом хода. Он составляет 589 км, чем не может похвастаться ни одно транспортное средство с низким уровнем выбросов. На дозаправку уходит от трех до пяти минут. 

заправочная водородная станция
заправочная водородная станция

Home Energy Station III — это компактный блок, включающий в себя риформер природного газа (извлекает H2 из газовой трубы), топливные элементы и баллон для хранения водорода. Метан из бытовой сети превращается этим аппаратом в водород. Водород — в электричество для дома. Мощность топливных элементов в Home Energy Station составляет 5 киловатт. Кроме того, встроенные баллоны с водородом служат своеобразными аккумуляторами энергии. Станция использует этот водород при пике нагрузки на домашнюю электросеть. Вырабатывает 5 кВт электроэнергии и до 2 м3 в час водорода. 

К недостаткам водородомобилей можно отнести:

  • громоздкость силовой установки при использовании топливных элементов, снижающей маневренность автомобиля; 
  • пока высокую стоимость самих водородных элементов из-за входящих в их состав палладия или платины; 
  • несовершенство конструкции и неопределённость в материале изготовления баков для водородного топлива; 
  • отсутствие экономичных технологий хранения водорода; 
  • недостаточная инфраструктура водородных заправок, слабо развитая во всём мире. 

По мере серийного производства большинство этих конструктивных и технологических недостатков будут преодолены, а по мере развития добычи водорода, как полезного ископаемого, и сети заправок, существенно понизится его стоимость! 

В 2016 году появился первый поезд на водородном топливе, являющийся детищем немецкой компании Alstom. Планируется, что новый состав Coranda iLint начнет движение по маршруту из Букстехуде в Куксхавен (Нижняя Саксония).

Водородопоезд от компании Alstom
Водородопоезд от компании Alstom

В будущем планируется заменить такими поездами 4000 дизельных составов Германии, перемещающихся по участкам дорог без электрификации. 

Водородопед
Водородопед

Во Франции выпустили оригинальную модель велосипеда на водороде. (Французский Pragma). Заливаешь всего 45 грамм водорода и в путь! Расход топлива — примерно 1 грамм на 3 километра. 

Водород в космонавтике

Как горючее в паре с жидким кислородом (ЖК) жидкий водород (ЖВ) был предложен в 1903 г. К. Э. Циолковским. Он является горючим, с самым большим удельным импульсом (при любом окислителе), что позволяет при равной стартовой массе ракеты выводить в космос гораздо большую массу полезного груза. Однако на пути применения водородного топлива стояли объективные трудности. 

Первая — большая сложность его сжижения (получение 1 кг ЖВ обходится в 20-100 раз дороже 1 кг керосина). 

Вторая — неудовлетворительные физические параметры — чрезвычайно низкая температура кипения (-243°С) и очень малая плотность (ЖВ в 14 раз легче воды), что отрицательно сказывается на возможности хранения этого компонента.

В 1959 г. НАСА выдало фирме Конвэр крупный заказ на проектирование кислородно-водородного блока «Центавр». Он мог в будущем использоваться в качестве верхних ступеней таких РН, как «Атлас», «Титан» и вновь разрабатываемой тяжелой ракеты «Сатурн». ЖРД для блока «Центавр» создавала фирма Пратт энд Уитни. Из-за крайне низкой плотности водорода, первые (самые большие) ступени ракет-носителей используют другие (менее эффективные, но более плотные) виды горючего, например керосин, что позволяет уменьшить размеры первой ступени до приемлемых. Примерами такой «тактики» является ракета «Сатурн-5», первая ступень которой использовала компоненты кислород/керосин, а 2-я и 3-я ступени — Кислородно-водородные двигатели J-2, тягой по 92104 тонн каждый.

В качестве примера : отделение 3 ступени «Аполлона-11»

На 4й минуте происходит отделение 3й ступени и создается иллюзия, что двигатель не работает, это породило множество слухов о не реальности полета на Луну. На самом деле, горение водорода в верхних слоях атмосферы происходит «бесцветно», пламя становится заметно, когда в него попадает предмет или кусочки краски.

В системе «Спейс-шаттл», 2я ступень также работала на паре кислород/водород.

В эпоху бурного развития космонавтики в нашей стране также широко применялись ЖРД с водородным топливом. 

Мир на пороге водородной эры!
Вторая ступень РН Энергия использовала водород в качестве горючего

Металлический водород

5 октября 2016 года в физической лаборатории Harvard University получили металлический водород. Для получения использовали давление 495 гигапаскаль. Если решить вопрос стабильности и охлаждения камеры сгорания (6000 К), то металлический водород станет самым перспективным ракетным топливом.

Мир на пороге водородной эры!

Ученые предполагают, что металлический водород позволит получить в двигателях импульс 1000-1700 секунд. (В современных ЖРД пока достигнут импульс 460 секунд). Плюс для хранения металлического водорода понадобятся маленькие баки, что позволит делать одноступенчатые ракеты для вывода полезной нагрузки в космос, это откроет новую эру освоения космического пространства! 

Получение алмазов

Ещё одно замечательное применение нашёл водород в производстве алмазов. Эволюция водородно — метанового флюида при понижении давления выражалась в самоокислении (глубинном горении) водородаи метана в системе С-Н-О с образованием алмазов, воды, и СО. Ярким подтверждением этого процесса является налаженное производство ювелирных алмазов весом до 4 карат и пленочных покрытий из флюидной системы С-Н-О (полупроводники из которых, представляют будущее микроэлектроники). См. статью Алмаз Карбонадо-ценнейший полупроводник будущего. 

Темный водород

В 2016 году учёные из США и Великобритании, создав при мгновенном сжатии давление 1,5 млн. атмосфер и температуру в несколько тысяч градусов, смогли получить третье промежуточное состояние водорода, при котором он одновременно имеет свойства и газа, и металла. Он получил название «тёмный водород», так как в этом состоянии он не пропускает видимый свет, в отличие от инфракрасного излучения. «Тёмный водород», в отличие от металлического, идеально вписывается в модель строения планет-гигантов. Он объясняет, почему верхние слои газовых гигантов значительно теплее, чем должны быть, перенося энергию от ядра, а поскольку он обладает значительной электропроводностью, хотя и хуже, чем металлический водород, то играет ту же роль, что и внешнее ядро на Земле, формируя магнитное поле планеты!

Генерация водорода из глубин Черного моря

Бог одарил землю Крыма не только красивейшей и разнообразной природой, но и достаточными запасами различных ископаемых, в том числе и углеводородов. Но наш полуостров буквально «купается» в самом большом на планете водном хранилище природных газов, коим является Чёрное море. 

Глубинные слои — ниже 150м, состоят из водородосодержащих соединений, основную часть которых составляет сероводород. По приблизительным оценкам, общее содержание сероводорода в Черном море может достигать 4.6 млрд. т, что, в свою очередь, служит потенциальным источником 270 млн. т водорода! 

Запатентованы несколько способов разложения сероводорода с получением водорода и серы (H2S <=> H2 + S – Q), включающий контактирование сероводородсодержащего газа через слой твердого материала, способного разлагать сероводород с выделением водорода и образованием серосодержащих соединений на поверхности материала, при давлении 15 атмосфер и температуре 400oС.

Наиболее перспективным, представляется разработка специальных гидрофобных мембран-фильтров, отделяющих водород от других газов прямо на глубине. Ведь мельчайшие из молекул легко просачиваются через металлы и даже в гранитных массивах живут колонии бактерий питающихся водородом! 

Давайте помечтаем… Представим себе, что лет через десять на одном из мысов южного побережья Крыма, где морское дно резко понижается до глубин более 200 метров, будет построена небольшая станция. Из моря к ней протянутся рукава труб, на концах которых будут находиться сепараторы сероводорода. Водород после очистки поступит в сеть заправок автотранспорта и на когенераторную теплоэлектростанцию. Рядом с заводом разместиться ферма, где в водородной атмосфере будут выращивать анаэробные микроорганизмы, митоз которых происходит на порядок быстрее их обычных собратьев. Из их биомассы будут производить корм для скота и удобрения.

Мир неумолимо вступает в водородную эру!

Советник президента РФ академик РАН Сергей Глазьев подчеркивал: «Каждый из экономических циклов Кондратьева характеризуется своим энергоносителем: сначала дрова (органический углерод), уголь (углерод), потом нефть и мазут (тяжелые углеводороды), затем бензин и керосин (средние углеводороды), сейчас газ (легкие углеводороды), а основным энергоносителем следующего экономического цикла должен стать чистый водород!» 

Применения водорода обширны, многогранны, энергетически выгодны, экологичны, и очень перспективны. Уже наши дети будут ездить на серийных автомобилях на водороде, использовать алмазные микропроцессоры, сделанные по водородной технологии, металлический водород совершит революцию в космонавтике, а развитие реакторов Росси — в энергетике! 

Признание теории изначально гидридной Земли приведёт к открытию ископаемых месторождений водорода, что сильно удешевит его получение. И не смотря на сопротивление «удушающих» Землю вредными выбросами нефтяных лоббистов, мы неизбежно вступаем в водородную эру!

Источники:

1. Основы гипотезы В. Н. Ларина. Hydrogen Future

2. Водородная_дегазация_Земли

3. «Таинственный остров» Бориса Шелища. Водородный двигатель в блокадном Ленинграде.

4. Автореферат диссертации А.Ю.Раменского 1982г.

5. В России проектируют электросамолет

6. ПОДВОДНАЯ РАКЕТО-ТОРПЕДА ВА-111 «ШКВАЛ».

7. Ракетные мастодонты: Ракеты ценой в город. Александр Грек. Популярная механика. №11, Ноябрь 2003.

8. Если металлический водород будет стабильным, то наступит ракетная и космическая революция!

11. Способ разложения сероводорода. Авторы патента: Старцев А.Н., Пармон В.Н., Ворошина О.В., Захаров И.И., Пашигрева А.В.

12. Генераторы водорода для отопления дома

13. Водородная бомба у нас под ногами. Нейромир.

14. Теория изначально гидридной Земли. Водородная дегазация и ее влияние на озоновый слой. Сывороткин В.Л., МГУ

Выпускник Научновской СШ Крымской обсерватории. Окончил МИСиС кафедру Инженерной кибернетики. Бизнесмен сохранивший интерес к науке. Сторонник теории гидридного ядра Земли. Автор нескольких десятков статей, в которых опираюсь на законы физики и стараюсь подкреплять свои выводы математическими расчетами.

Оцените автора
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Игорь Дабахов
Добавить комментарий