Реферат: Водень як альтернативний вид палива

І згорає водень повніше, навіть поблизу стінок циліндра, де в бензинових двигунах зазвичай залишається незгорілих робоча суміш.

Отже, вирішено - "згодовуємо" водень двигуну внутрішнього згоряння. Фізичні властивості водню істотно відрізняються від таких у бензину. Над системами харчування німцям і японцям довелося поламати голову. Але результат того вартий.

Показання BMW і Mazda водневі автомобілі поєднують звичну для власників звичайних авто високу динаміку з нульовим вихлопом.

А головне - вони куди краще пристосовані до масового виробництва, ніж "ультра інноваційні" машини на паливних елементах.

Американські дослідники Університету штату Оклахома пристосували для водню класичний бензиновий автомобільний двигун. Виявилося, що при прямому упорскуванні водню в циліндри - як у дизельних двигунах - відпадає потреба в випередженні запалювання. Як показав аналіз вихлопних газів, оксиди сірки та вуглецю в них взагалі відсутні, а оксиди азоту стримується лише в незначних кількостях.

Однак широкому застосуванню водню як автомобільного палива перешкоджає чимало проблем, і одна з них - паливні баки. На 10 кг водню автомобіль може проїхати стільки ж, скільки на 30 кг бензину, але таку кількість газоподібного водню займає обсяг 8000 л, а щоб зберігати його потрібно міцний резервуар масою 1500 кг. Це наштовхнуло конструкторів на думку використати зріджений водень; тоді ті ж 10 кг водню поміщаються в балоні масою 80 кг і ємністю 160 л. Але щоб мати водень в зрідженому стані, потрібно підтримувати в балоні температуру-2530 С°. Застосовувати сосуди Дьюара було б занадто дорого. Можливо, конструкрукторам вдасться використовувати якісь варіанти широко застосовуються в даний час резервуарів для зберігання рідкого палива, у яких добові втрати на випаровування не перевищують 1,5%. Так, в експериментальному автомобілі «Волга» змонтований криогенний водневий бак загальною масою 140 кг. Фахівці знайшли і інше рішення: бак можна виготовити з гідридів металів сплавів магнію, марганцю, титану і заліза, які володіють тим перевагою, що поглинають частину яка випаровується водню, а при нагріванні (хоча б вихлопними газами)знову виділяють його. Маса водневого бака з гідридів металів перевищує 150 кг.

Нове паливо вже випробувано на практиці. Успішно пройшов випробування автомобіль «Жигулі» з комбінованим двигуном на бензині і водні. П.Д. двигуна зависочів на чверть, витрата бензину зменшився на третину, а вміст шкідливих речовин у вихлопних газах знизилося до мінімуму. Великі надії покладаються і на електромобілі, забезпечені воднево-кислотними топ зливними системами.

На думку багатьох фахівців, водневий двигун навряд чи знайде застосування в легкових автомобілях, з міркувань безпеки, але він може стати в нагоді для громадського транспорту.

Великий інтерес до водневого палива виявляють і авіаконструктори. У США ще в 1957р. дослідна група Національного управління проводить випробовування двомоторного літака на водневому паливі. У 1973р. НАСА доручило фірмі «Локхід» пристосувати для водневого палива два серійних бойових літака (С-141 і «Старфайтер»). Фірма «Боїнг» розробила варіант найбільшого літака «Джамбо-Джет» на водневому палеві.

Є ще одна важлива сполука водню - це перекису водню, яка застосовується для двигунів підводних човнів, ракетних двигунів, у тому числі і таких, які можуть поміститися в ранці за спиною чоло століття.

На минулій в Москві міжнародної конференції з моторного палива заступник директора науково - виробничої фірми «Фордігаз» Сергій Шипунов запевняв учасників конференції, що якщо встановити на автомобілях їх паливні системи для двигунів внутрішнього згоряння, то вміст шкідливих речовин у вихлопних газах зменшиться в сотні разів. У всьому світі вважається великим досягненням, якщо вдається зменшити на декілька відсотків кількість цих отрут. Навіть якщо перевести автомобілі з рідкого на газове паливо, то шкідливих речовин в димі стане в 3-10 разів менше. А «Фордигаз» запевняє, що може знизити їх утримання ще на порядок для машин на газі і на два порядки - на бензині. Це здається просто неймовірним.

Тим не менш «Фордигаз» переконався в цьому на досвіді. Паливна система була встановлена не на автомобілі, а на двигуні для мобільного електростанції потужністю 4 кіловата. 14 людей проходили випробування в кімнаті площею 20 квадратних метрів. Вікна в ній були закриті, а вихлопна труба виходила прямо в приміщення. І ось ми залили в бак бензин, включили двигун.

Двигун працював на повну потужність цілу годину, але присутні не відчували особливих незручностей. Тільки стало жарко, але повітря було абсолютно чистим. А газоаналізатор «Інфоліт», зроблений у Німеччині, показав нульове вміст шкідливих речовин у вихлопних газах. Коли зняли паливну систему і двигун став робить в звичайному режимі, дим швидко наповнив кімнату. Через 4 хвилини присутні ледь не задихнулися.

А диво пояснювалося просто. Паливна система забезпечувати ідеальне перемішування повітря з бензином, в результаті він горів повністю - з вихлопної труби вилітали тільки пари води і вуглекислий газ.

Спочатку рідке паливо перетворюється потоком повітря в аерозоль. Він зволожує спеціальну тканину, а з неї повітря зриває вже не крапельки, а окремі молекули бензину. У результаті рідке паливо перетворюється в газоподібний, і в такому стані надходить у спеціальний змішувач. Там до пального додають суворо, певну порцію повітря і добре їх перемішують. Особливі пристрої підтримують оптимальне співвідношення молекул кисню і вуглеводів протягом всієї роботи двигуна - у результаті паливо згорає без залишків.

Водії знають, що звичайний двигун дає 7-8% окису вуглецю у вихлопних газах, в кращому випадку (якщо добре відрегулювати) до 2%. Але випробування першого двигуна з паливною системою показали, що вміст окису вуглецю склала 8 сотих часток процента.

Це пристрій величиною трохи більше склянки. Повітря і пальне проходять в ньому по зігнутим каналах, які хвацько закручують і перемішують цю суміш, роблячи її максимально однорідною. І така хитра операція дає дивовижний ефект.

Витрата пального знизився 20%. Але головне - кількість токсичних викидів в атмосферу зменшиться у 3 рази.

Висновок

У результаті написаної роботи я дуже багато дізналася про такий важливий, незамінного, і найцікавішому речовині на нашій планеті, як водень. Скільки безцінної інформації вже змогли відкрити вчені, вивчаючи його, і зараз, залишається тільки гадати, що ще можна відкрити і дізнатися.

У минулому році я писала роботу з екологічної хімії, що стосується адсорбції в процесах очищення природних і стічних вод. Я говорила про застосування нових технологій в чищенні водойм. У моїй теперішній роботі я більше зачіпають не гідросферу, а атмосферу. Якщо в нашій, та й у всіх інших країнах, у всьому світі, частенько виникають питання, що ж робити із забрудненою атмосферою, то чому нам не звернутися до такого аспекту, і не зробити акцент на тому, щоб її просто не забруднювати.

Зрозуміло, це не можливо. Неможливо припинити роботу хімічної та інших видів промисловості та застосування сучасних технологій у сільському господарстві, агітуючи та пояснюючи це тільки лише тим, що ми боремося за чистоту повітря. Але ми цього і не вимагаємо

Але подивіться, чим ми дихаємо, подивіться, скільки вихлопних газів, різноманітних шкідливих речовин існує в атмосфері тільки лише завдяки тому, що в світі поширене таке явище як автомобілі. І якщо є можливість запобігти потраплянню цих найнебезпечніших речовин в атмосферу, то чому ми цього до цих пір не зробили, чому це не зробили не ми, а ті, хто цим має займатися? Куди дивиться наша охорона здоров'я?

Написавши цю роботу, я дізналася, що у нашого світу ще є можливість хоч як то налагодити екологічну обстановку, але чи захочуть це зробити решта, і чи буде їм цікаві подальші розробки вчених цієї галузі, які, оскільки теж є людьми цієї планети має пряму зацікавленість в цьому питанні.

Водень? Що таке водень? Простий елемент? Елемент, який має тільки лише ряд особливостей, який тільки лише трохи відрізняється від інших?

Ні, як ми бачимо з усіх доказів, наведених у роботі, по тому, що ми дізналися, ми тепер впевнені, що водень - це не просто елемент, водень - це диво, і зараз його не без підстав називають чудовим паливом майбутнього.