Водород как альтернативный вид топлива

Дом на водороде ведёт к посёлку на водороде и городу на водороде, где единственны энергоносителем становится водород, который используется не только в быту, но и для транспортных целей (автомобили на водородном топливе), в промышленности. Такой город будет совершенно чистым в экологическом отношении, так как единственным выбросом в атмосферу будет чистый водяной пар.

Р

оль водорода и водородной технологии в кругообороте веществ в природе

В настоящее время связанный углерод в виде природного газа, нефти, твёрдого горючего (древесины, торфа, каменного угля) активной человеческой деятельностью в промышленности, на транспорте и в быту переводится в энергетические тупики – залежи карбонатных пород. Общее промышленно выделение СО2 в атмосферу с каждым годом возрастает. Возвратить эту огромную массу связанного углерода, исчисляемую десятками миллиардов тонн, в кругооборот веществ в природе – одна из важнейших задач водородной технологии. Именно водородная технология разработала ряд путей для достижения этой цели. В основе этой технологии лежат процессы гидрирования СО2 до метана, метанола, жидких углеводородов. Например,

СО2 + 3Н2 катализатор = СН3ОН + Н2О.

Метанол необходим промышленности в миллионах тонн. Он может также стать основным источником для получения бензина.

В долгосрочной перспективе диоксид углерода при наличии мощных источников дешёвого водорода может стать главным, а возможно и единственным сырьевым источником промышленного органического синтеза. При этом, вероятно, найдут применение как обычные химические, каталитические процессы, так и фотохимические и биохимические методы. Здесь необъятный простор для творчества всех степенях науки. Основным компонентом новой системы органической технологии на база СО2 является наличие мощной водородной технологии. Превратить СО2 атмосферы, а если потребуется и часть осадочных карбонатов земной коры в источник углеводородов – крупнейшая задача химии XXI века.

Внимание, водород!

Говоря о водороде, его широком использовании в быту, промышленности, на транспорте, нельзя забывать и о его взрыво- и пожароопасных свойствах. Недостаточная подготовленность и нестрогое выполнение правил при использовании водорода может привести к трагедиям, гибели людей.

При изучении в школе водорода как химического элемента необходимо осветить и его большое будущее в нашей жизни. На уроках химии следует подготавливать учащихся к обращению с ним при его получении и использовании. Нужно призывать их к большой осторожности и вниманию при работе с водородом. Каждый учащийся должен знать пределы его воспламенения и взрываемости в воздухе, в кислороде, энергию воспламенения, правила хранения и техники безопасности при обращении с водородом как газообразном, так и в жидком состоянии.

Проблемы получения энергии

Сейчас на человечество надвигается энергетический кризис, и пока официальная наука с прискорбием сообщает, что нет альтернативы традиционным источникам энергии - уголь, нефть, газ.

Огромную часть энергии дают нам АЭС и ГЭС. Поговорим об АЭС. На них используется энергия, получающаяся в результате расщепления атомного ядра. Но год назад Владимир Машков в своих исследованиях предложил расщеплять не тяжелые атомы, а легчайшие элементарные частицы.

Водородные двигатели

Водород - очень перспективный энергоноситель, позволяющий одновременно решить сложные экологические проблемы. При его сгорании (быстро протекающей экзотермической реакции окисления кислородом) получаются лишь вода и тепло. Да, образуются еще окислы азота, количество которых зависит от температуры сгорания смеси в цилиндре двигателя. И здесь важно, что в водородных двигателях температура сгорания топлива на режимах городской эксплуатации существенно ниже, чем в углеводородных (бензиновых, спиртовых, метановых, пропан-бутановых и т.д.).

Очевидно, что если под "водородным двигателем" понимать электрический, получающий энергию от реакции соединения водорода и кислорода в топливных элементах, то окислов азота не будет совсем. А углеводородное топливо "поставляет" при сжигании целый букет токсичных соединений, среди которых сажа - далеко не самая вредная.

Мне представляется, что первый этап становления водородной энергетики - это применение водорода в качестве моторного топлива. Пока топливные элементы, при всей их перспективности, удовольствие очень дорогое. Не все технологии отработаны, и процесс этот идет достаточно медленно, еще далеко не все вопросы решены. Ожидают, что … вот-вот будет. Еще двадцать пять лет назад можно было видеть "Рафик" на топливных элементах. Впрочем, истории водорода как топлива тоже не один десяток лет.

"Водородное будущее" автотранспорта эксперты связывают, прежде всего, с топливными элементами. Их притягательность признают все.

Никаких движущихся частей, никаких взрывов. Водород и кислород тихо-мирно соединяются в "ящике с мембраной" (так упрощённо можно представить топливный элемент) и дают водяной пар плюс электричество.

Ford, General Motors, Toyota, Nissan и многие другие компании наперебой щеголяют "топливоэлементными" концепткарами и собираются вот-вот "завалить" всех водородными модификациями некоторых из своих обычных моделей.

Водородные заправки уже появились в нескольких местах в Германии, Японии, США. В Калифорнии строят первые станции по электролизу воды, использующие ток, выработанный солнечными батареями. Аналогичные эксперименты проводят по всему миру.

Между тем, есть ещё один путь внедрения водорода на автотранспорте — сжигание его в ДВС. Такой подход исповедуют BMW и Mazda. Японские и немецкие инженеры видят в этом свои преимущества.

Прибавку в весе машины даёт лишь водородная топливная система, в то время, как в авто на топливных элементах прирост (топливные элементы, топливная система, электромоторы, преобразователи тока, мощные аккумуляторы) — существенно превышает "экономию" от удаления ДВС и его механической трансмиссии.

Потеря в полезном пространстве также меньше у машины с водородным ДВС (хотя водородный бак и в том, и другом случае съедает часть багажника).

Эту потерю можно было бы вообще свести к нулю, если сделать автомобиль (с ДВС), потребляющий только водород. Но тут-то и проявляется главный козырь японских и германских "раскольников".

BMW и Mazda предлагают сохранить в автомобиле возможность ездить на бензине (по аналогии с распространёнными ныне двухтопливными машинами "бензин/газ").

Такой подход, по замыслу автостроителей, облегчит постепенный переход автотранспорта только на водородное питание.

Ведь клиент сможет с чистой совестью купить подобную машину уже тогда, когда в регионе, где он живёт, появится хоть одна водородная заправка. И ему не придётся опасаться застрять поодаль от неё с пустым водородным баком.

 Скачать реферат