|
|
 |
ВОДНЕВИЙ ДВИГУН
План
1. Трохи техніки.
2. Водень як паливо.
3. Замість паливного бака.
4. Паливний елемент.
Трохи техніки
Америка визначила собі завдання: у найближчі 10—15 років позбутися нафтової залежності. Єдиний вихід — якомога швидше запустити в серійне виробництво водневий автомобіль. Європа боїться відстати, крім того, європейцям доводиться виконувати прийняті в них норми на викид шкідливих речовин автотранспортом, які постійно стають більш жорсткими. У 1993 році були запроваджені норми «Євро-1», у 1996 році — «Євро-2», у 1999 році — «Євро-3», а з 2005 року в Європі планується ввести в дію ще більш жорсткі норми «Євро-4». У перспективі — повна заборона на викиди шкідливих речовин автомобілями, і тоді не можна буде обійтися без машини, яка працює на водні.
Головка перешкода для впровадження водневого автомобіля — відсутність системи промислового отримання водню в потрібних обсягах, систем його збереження, транспортування й заправлення автомобілів. На думку американських фахівців, таку систему вдасться створити не раніше 2020—2030 рр. На перехідний період провідні автовиробники можуть запропонувати так звані «гібридні автомобілі»: у них економічний двигун внутрішнього згоряння заряджає акумуляторну батарею, яка живить електричний двигун. Такі автомобілі розробляються практично всіма провідними автомобільними компаніями і вже серійно випускаються в Японії.
Класична схема: двигун внутрішнього згоряння рухає колеса з допомогою механічного приводу. Нас оточують тисячі автомобілів, але мало кому спадає на думку, шо їхня ефективність катастрофічно мала. Якщо взяти так звані «умови міського циклу руху», то загальний коефіцієнт корисної дії (ККД) автомобіля — 10—12 % (за містом, де менше світлофорів, 15—17 %). Отже, дев'ять літрів бензину з десяти просто летять в атмосферу.
Автомобілі на водневому паливі умовно можна розділити на три класи.
Перший — це машини зі звичайним двигуном внутрішнього згоряння, який працює на водні або водневій суміші. Такі моделі можуть працювати на чистому водні або 5—10 % водню додають до основного палива. В обох випадках ККД двигуна збільшується (у другому випадку приблизно на 20  і вихлоп стає набагато чистішим (вміст чадного газу (СО) і вуглеводнів (СnНm) зменшується в півтора рази, оксидів нітрогену (NOx) — до п'яти разів). Такі двигуни й автомобілі були сконструйовані й пройшли всі випробування в нас і за кордоном приблизно в 70—80-х роках. Однак, з огляду на витрати і й конструкційні складності, це може бути тільки проміжним, перехідним етапом на шляху до третього типу.
Другий — це машини з двома електроносіями, так звані гібридні. їх колеса рухає електропривод, енергію якому постачає акумулятор, що у свою чергу заряджається від високоекономічного двигуна внутрішнього згоряння, який працює на водні або суміші водню з бензином. Це дуже вигідно, адже ККД електродвигуна сягає 90—95 % на відміну від бензинового (35 або дизельного (50 %). Таким чином, загальний ККД підвищується до 30 %. відповідно знижується витрата палива. Навіть якщо для підзарядки акумулятора використовується бензин, об'єм шкідливих викидів дозволить вкластися в норми «Євро-4» із десятикратним запасом. І все-таки отримати абсолютно чистий вихлоп можна тільки від автомобілів третього типу.
Третій — справжній водневий автомобіль — це машина з електродвигуном, який працює від паливного елемента, що знаходиться в автомобіли. Теоретично ККД паливного елемента, шо працює на суміші водень—повітря, може перевищувати 85 %. Зараз вже вдалося одержати двигуни з ККД близько 75 % — це більш ніж удвічі вище відповідного покажчика найкращих двигунів внутрішнього згоряння. В умовах міста такі машини одержать п'яти-шестиразову перевагу над звичайними автомобілями.
Водень як паливо
Сучасні технології виробництва водню далекі від досконалості.
Незважаючи на це гіганти хімічної промисловості й сьогодні вже одержують по 500 млрд м3 водню на рік. Половина виробленої кількості йде на амонійні добрива, решта — на виробництво сталі, скла, маргарину та ін. В основному водень одержують за допомогою парового риформінгу природного газу: метан при високих температурах (900 °С) у присутності нікелевого каталізатора реагує з парою. Поки що такий водень найдешевший.
Є й інші технології отримання водню, наприклад електроліз, крекінг або переробка біомаси (деревини, соломи). Кожен із цих варіантів має свої недоліки. Наприклад, переробка біомаси: її нагрівають на 500—600 °С, після чого виходять спирти (етанол, метанол), які, у свою чергу, перетворюються на водень. Можна нагріти біомасу до більш високих температур (1000 °С), тоді вона повністю перетвориться на газ і вийде суміш Н2 і СО. Проблема в тому, що сировини для такого процесу знадобиться дуже й дуже багато. Якщо, наприклад, усю родючу територію Франції пустити на вирощування біомаси, то водню, отриманого з неї, не вистачить на те, щоб покрити потреби цієї країни в паливі навіть для нині існуючих автомобілів.
Здавалося б, найпростіший спосіб отримання водню — електроліз (електричне розщеплення води). Результат — водень і кисень. Але загалом ефективність цього процесу не дуже висока: треба витратити 4 кВт електроенергії, щоб одержати 1 м3 водню, який, згоряючи, дасть лише 1,8 кВт енергії. Проте електроліз води досить перспективний і йому, напевно, знайдуть застосування, тим більше, що існують виходи з «енергетичної проблеми» По-перше, можна використовувати енергію атомної електростанції у години слабкого навантаження (коли вироблена там енергія виявляється незатребуваною) або, зрештою, поновлювані джерела енергії (сонячні батареї, енергію вітру, приливу й ін.). По-друге, ця технологія активно розвивається: електроліз для більшої ефективності можна проводити під підвищеним тиском або температурою, що намагаються зробити вчені.
Зараз біологи активно розробляють ще один напрямок. Деякі бактерії й водорості в процесі фотосинтезу розкладають воду і виділяють водень Проблема в тому, що вони роблять це тільки за відсутністю кисню, отже, процес триває протягом дуже короткого часу, тому що при розкладанні води, природно, угворюється і кисень. Завдання вчених — за допомогою генної інженерії продовжити цей період, тоді сонячні райони нашої планети були б забезпечені воднем.
Спонсор данной статьи система автоматизированного проектирования и черчения AutoCad. Система AutoCad поможет Вам в короткое время создать нужный чертеж, либо скачать чертежи autocad (http://www.2d-3d.ru/2d-galereia/) для нужных моделей.
|
| Категорія: Хімія | Додав: lanaori (24.01.2017)
|
| Переглядів: 469
| Рейтинг: 0.0/0 |
Додавати коментарі можуть лише зареєстровані користувачі. [ Реєстрація | Вхід ] |
|
|
|
