Реферат: Водень як альтернативний вид палива

Ось приклад, який буде характеризувати одного з майбутніх споживачів водню.

Будинок на водні. Як це мислиться? В даний час для забезпечення всіх міських зручностей до міському будинку повинні бути підключені комунікації для побутового газу, джерела електроживлення, джерела побутового теплопостачання. Все це дуже дорого і складно. Чи не можна спростити цю схему? Сучасна техніка дає на це однозначну відповідь - можна. Для цього до будинку повинна бути підведена лише одна траса - трубопровід для водню.

Використання водню для побутових цілей значною мірою технічно підготовлено. Відомі й випробувані різні типи керамічних пальників. Регулюючи подачу газу в пальник, в яку вмонтована каталітична пластина, можна змінювати в широких межах температуру нагрівання при приготуванні їжі. Водень легко і повністю згорає при низьких температурах на поверхні каталізаторів. При цих температурах повністю виключається утворення оксидів азоту. Єдиним продуктом згоряння на кухні буде водяну пару.

Низькотемпературне спалювання водню забезпечує його використання в низькотемпературних каталітичних калорифер для побутового опалення. Форма обігрівача конструюється в залежності від цілей обігріву. Наприклад, стіни квартири можуть використовуватися як поверхня нагріву.

Освітлення в будинку на водні може забезпечуватися спеціальними світильниками, в яких на внутрішню сторону трубки наноситься фосфор точно так само. Як в люмінесцентних лампах. Коли водень у присутності регульованого кількості повітря вступає в контакт з фосфором, останній люмінесцентних, висвітлюючи квартиру, але сама лампа не нагрівається. Холодильники та кондиціонери в такому будинку можуть працювати за допомогою адсорбційних рефрижераторів з використанням каталітичної водневої пальника в якості джерела енергії. До такого будинку не треба підводити електроенергію для інших електропобутових приладів (пилососів, телевізорів, вентиляторів і т.д.), так як електроенергія може вироблятися в самому будинку на основі водневого паливного елементу.

Дім на водні веде до селища на водні і місту на водні, де єдині енергоносієм стає водень, який використовується не тільки в побуті, але і для транспортних цілей (автомобілі на водневому паливі), у промисловості. Такий місто буде абсолютно чистим в екологічному відношенні, так як єдиним викидом в атмосферу буде чистий водяний пар.

6 Роль водню і водневої технології у кругообігу речовин у природі

В даний час пов'язаний вуглець у вигляді природного газу, нафти, твердого пального (деревини, торфу, кам'яного вугілля) активної людської діяльністю у промисловості, на транспорті і в побуті переводиться в енергетичні тупики - поклади карбонатних порід. Загальна промислово виділення СО2 в атмосферу з кожним роком зростає. Повернути цю величезну масу пов'язаного вуглецю, яке обчислюється десятками мільярдів тонн, в кругообіг речовин в природі - одна з найважливіших задач водневої технології. Саме воднева технологія розробила ряд шляхів для досягнення цієї мети. В основі цієї технології лежать процеси гідрування СО2 до метану, метанолу, рідких вуглеводнів. Наприклад,

СО2 + 3Н2 каталізатор = СН3ОН + Н2О.

Метанол необхідний промисловості в мільйонах тонн. Він може також стати основним джерелом для отримання бензину.

У довгостроковій перспективі діоксид вуглецю при наявності потужних джерел дешевого водню може стати головним, а можливо і єдиним джерелом сировини промислового органічного синтезу. При цьому, ймовірно, знайдуть застосування як звичайні хімічні, каталітичні процеси, так і фотохімічні та біохімічні методи. Тут неосяжний простір для творчості всіх ступенях науки. Основним компонентом нової системи органічної технології на база СО2 є наявність потужної водневої технології. Перетворити СО2 атмосфери, а якщо буде потрібно і частина осадових карбонатів земної кори в джерело вуглеводнів - найбільша завдання хімії XXI століття.

7 Увага, водень!

Говорячи про водень, його широке використанні в побуті, промисловості, на транспорті, не можна забувати і про його вибухо-і вогненебезпечні властивості. Недостатня підготовленість і нестроге виконання правил при використанні водню може призвести до трагедій, загибелі людей.

При вивченні в школі водню як хімічного елемента необхідно висвітлити і його велике майбутнє в нашого життя. На уроках хімії слід готувати учнів до поводження з ним при його отриманні та використанні. Потрібно закликати їх до великої обережності і уваги при роботі з воднем. Кожен учень повинен знати межі його займання і Вибухонебезпечна в повітрі, в кисні, енергію займання, правила зберігання і техніки безпеки при поводженні з воднем як газоподібному, так і в рідкому стані.

8 Проблеми отримання енергії

Зараз на людство насувається енергетична криза, і поки офіційна наука з скорботою повідомляє, що немає альтернативи традиційним джерелам енергії - вугілля, нафта, газ.

Величезну частину енергії дають нам АЕС і ГЕС. Поговоримо про АЕС. На них використовується енергія, що отримується в результаті розщеплення атомного ядра. Але рік тому Володимир Машков у своїх дослідженнях запропонував розщеплювати не важкі атоми, а легенькі елементарні частинки.

9 Водневі двигуни

Водень - дуже перспективний енергоносій, що дозволяє одночасно вирішити складні екологічні проблеми. При його згорянні (швидко протікає екзотермічної реакції окислення киснем) виходять лише вода і тепло. Так, утворюються ще оксиди азоту, кількість яких залежить від температури згоряння суміші в циліндрі двигуна. І тут важливо, що у водневих двигунах температура згоряння палива на режимах міський експлуатації істотно нижче, ніж у вуглеводневих (бензинових, спиртових, метанових, пропан-бутанові і т.д.).

Очевидно, що якщо під "водневим двигуном" розуміти електричний, що отримує енергію від реакції з'єднання водню і кисню в паливних елементах, то окислів азоту не буде зовсім. А вуглеводневе паливо "поставляє" при спалюванні цілий букет токсичних сполук, серед яких сажа - далеко не найшкідливіша.

Мені видається, що перший етап становлення водневої енергетики - це застосування водню як моторного палива. Поки паливні елементи, при всій їх перспективності, задоволення дуже дороге. Не всі технології відпрацьовані, і процес цей йде досить повільно, ще далеко не всі питання вирішені. Очікують, що ... ось-ось буде. Ще 25 років тому можна було бачити "Рафік" на паливних елементах. Втім, історії водню як палива теж не один десяток років.

"Водневе майбутнє" автотранспорту експерти пов'язують, перш за все, з паливними елементами. Їх привабливість визнають всі.

Ніяких рухомих частин, ніяких вибухів. Водень і кисень тихо-мирно з'єднуються в "ящику з мембраною" (так спрощено можна представити паливний елемент) і дають водяна пара плюс електрику.

Ford, General Motors, Toyota, Nissan і багато інших компаній навперебій хизуються "топливоелементними" концепт кару і збираються от-от "завалити" всіх водневими модифікаціями деяких з своїх звичайних моделей.

Водневі заправки вже з'явилися в декількох місцях в Німеччині, Японії, США. У Каліфорнії будують перші станції по електролізу води, що використовують струм, вироблений сонячними батареями. Аналогічні експерименти проводять по всьому світу.

Між тим, є ще один шлях впровадження водню на автотранспорті - спалювання його в ДВС. Такий підхід сповідають BMW і Mazda. Японські та німецькі інженери бачать в цьому свої переваги.

Збільшення у вазі машини дає лише воднева паливна система, в той час, як в авто на паливних елементах приріст (паливні елементи, паливна система, електромотори, перетворювачі струму, потужні акумулятори) - істотно перевищує "економію" від видалення ДВС і його механічної трансмісії.

Втрата в корисному просторі також менше у машини з водневим ДВЗ (хоча водневий бак і в тому, і іншому випадку з'їдає частину багажника).

Цю втрату можна було б взагалі звести до нуля, якщо зробити автомобіль (з ДВЗ), який споживає лише водень. Але тут-то і виявляється головний козир японських і німецьких "розкольників".

BMW і Mazda пропонують зберегти в автомобілі можливість їздити на бензині (за аналогією з поширеними нині двухтопливними машинами "бензин / газ").

Такий підхід, за задумом автобудівників, полегшить поступовий перехід автотранспорту тільки на водневе харчування.

Адже клієнт зможе з чистою совістю купити подібну машину вже тоді, коли в регіоні, де він живе, з'явиться хоч одна воднева заправка. І йому не доведеться побоюватися застрягти віддалік від неї з порожнім баком водневим. Між тим, серійний випуск та масові продажі машин на паливних елементах довгий час будуть сильно стримуватися малим числом таких заправних станцій. Так, і вартість паливних елементів поки велика.

Крім того, переведення на водень звичайних ДВЗ (при відповідних настройках) не тільки робить їх чистими, але й підвищує термічний ККД і покращує гнучкість роботи.