Экологическое топливо Ecological fuel

      Первым упоминанием о водородном топливе была статья в газете “Правда” в 1974 г, автором которой являлся академик Владимир Струминский. Он  объяснял, что « недалеко то время, когда исчезнут уголь и нефть, но энергетической катастрофы не будет», потому что «советские ученые нашли и вовсю внедряют  источник энергии – водород». «Причем американцы, – заметил академик, - тоже развиваются в этом направлении, и даже хотели заявить о своем первенстве». Однако это не так. Доктор Роджер Шоппел из Оклахомского университета применил водород в качестве автомобильного топлива только в 1969 г, а в институте проблем механики сибирского отделения академии наук СССР тот же эксперимент был проведен годом ранее.

Однако группой ветеранов ПВО Ленинградского фронта было написано опровержение. Во-первых, водородное топливо в качестве автомобильного топлива было применено в 1941г в блокадном Ленинграде. Во- вторых, это не было простым экспериментом, а массовое практическое применение водорода в двигателях внутреннего сгорания. В – третьих, придумано оно был лейтенантом полка аэростатного заграждения ПВО Ленинградского фронта.

После блокады Ленинграда вмести с продовольствием, исчезли и запасы топлива. Самым страшным последствием топливного дефицита стало, то, что аэростаты заграждения стали не боеспособными. Однако лейтенант Борис Шелищ начал искать выход – и подумал о водороде. Когда вслед за бензином исчезло и электричество - он вновь подумал о водороде. Ответ на свои сомнения он нашел в романе Жюля Верна. Первый эксперимент провалился – произошел взрыв, из-за взаимодействия водорода с воздухом. Но он придумал гидро-затвор, принцип таков: цилиндрическая форма, наполовину заполненная водой, двигатель сосет водород через воду. В то же время возникающая внезапная вспышка, тут же гаснет. Все надежно и безопасно. В качестве гидро-затвора он избрал списанные огнетушители, после нескольких переделок они были готовы к использованию.

          Какова особенность  такого топлива? Это и высокий коэффициент работы, чистый выхлоп, мотор заводится без предварительного прогрева, четко и моментально реагирует на изменения уровня подачи топлива, не дает следов нагара. На тот момент Шелищ решил проблемы с реостатами заграждения.  После прорыва блокады, полуторки перевели на привычное топливо. После окончательного снятия блокады Ленинграда отпала нужда и в самих реостатах.  Но  сама идея водородного топлива до сих пор живет и прогрессирует. На сегодняшний день экологическое топливо становиться все более актуально. Например, в Соединённых Штатах Америки разработана технология, позволяющая  в будущем обеспечивать морские  суда  водородным топливом, которое будет создаваться непосредственно из морской воды. В своих исследованиях ученые использовали алюминий и специальный «жидкий сплав» для выделения водорода из обычной морской воды, который может быть впоследствии использован как топливо, и позволит заменить обычные двигатели внутреннего сгорания, работающие на углеводородном топливе.

          Данный материал состоит из мелких зерен алюминия, окруженного сплавом, состоящего из галлия, индия и олова, который находится в жидком состоянии при комнатной температуре, за что и получил название «жидкий сплав». Он растворяет алюминий, «вынуждая» его реагировать с атомами кислорода морской воды. В результате этой реакции и выделяется водород. Алюминий смешивается с жидким сплавом в следующей пропорции: 90% алюминия и 10% жидкого сплава.

          Побочный продукт в виде гидроксида алюминия, который выделяется в процессе рекции, может быть переработан в алюминий с помощью уже существующих в промышленности технологий.

        Предыдущие опыты заканчивались успехом только в пресной воде, но новая формула сплава позволила расширить вероятную сферу применения на весь мировой океан.

         Использование полученного водорода в качестве топлива для судов решает сразу ряд проблем, связанных как с загрязнением окружающей среды, так и с хранением  и использованием водорода. Назовём некоторые из них.

1.       Экологическое преимущество водородного топлива в полном отсутствии вредных выбросов.

2.       Получение топлива непосредственно из морской воды не требует больших емкостей для его долгосрочного хранения и транспортировки – основных препятствий внедрения водородных топливных технологий.

3.       Водород генерируется при необходимости без дополнительных затрат энергии.

4.       Реакция восстановления водорода сопровождается выделением тепла, которое можно использовать для получения дополнительной энергии.

5.       Для восстановления алюминия из гидроксида (побочного продукта реакции) можно использовать альтернативные источники энергии, что так же решает проблему переменной мощности солнечных и ветряных электростанций.

       Сейчас группа американских ученых работает над совершенствованием инновационной технологии для ее коммерческого использования и оформляет патент на свое изобретение. Подобный патент был выдан в 2007 году, но описывал получение водорода из пресной воды.

        А так же водородом можно разбавить дизельное топливо. Применительно к дизелям в настоящее время рассматриваются возможности использование водорода, как в качестве самостоятельного вида топлива, так и в качестве присадки к основному топливу. При этом отмечается улучшение экономических и токсических характеристик  дизеля как при работе с относительно большими добавками водорода (до 5% по массе по отношению к основному топливу), так и при малых добавках (0,02…0,1%). Регистрируемое  улучшение характеристик двигателя связано с уникальными реакционными качествами водорода, проявляемыми в реакциях окисления (горения) углеводородов. Установлено, что при температуре в рабочем пространстве реактора 300°С содержание водорода в конверсионной смеси достигает значения (62 %), близкое к максимально возможной величине (65%). При этом выбранная каталитическая среда способствует началу процесса разложения метанола уже при температурах порядка 240...250°С, что обуславливает возможность частичной конверсии метанола с выходом водородного компонента на низких нагрузочных режимах работы двигателя с дефицитом по температуре. Характер изменения содержания в продуктах конверсии монооксида углерода СО с ростом температуры аналогичен водороду, и при температуре свыше 300°С концентрация этого компонента становится близкой к равновесной (35%).

          Эколого-экономические показатели дизеля возрастают с повышением количества конвертированного метанола, которое зависит от располагаемого температурно-энергетического потенциала  дизеля. Чем выше этот потенциал, тем больше метанола можно преобразовать в водородосодержащий конвертированный продукт, и тем выше эффективность его воздействия на внутрицилиндровые процессы, определяющие экологические и топливно-экономические качества двигателя. В целом, по результатам предварительных исследований можно сделать вывод о том, что применение водородосодержащих газовых продуктов конверсии метанола в дизелях в качестве добавок к основному заряду обуславливает возможность решения актуальной проблемы -совершенствование их эколого-экономических качеств. Реализация подобного достаточно эффективного способа улучшения показателей работы двигателя, не связанного с необходимостью изменения его базовой конструкции, благодаря своей простоте и минимальных экономических затрат на реализацию, представляется весьма перспективной на отечественном транспорте на ближайшее время.

          Таким образом, существует технология, позволяющая получить топливо из морской воды. Очень хочется надеяться, что она найдёт своё применение не только за рубежом, но и в России.

Список литературы

1. New oxygen-removing catalyst developed for better bio fuel production [Электронный ресурс]. Режим доступа: ecoseed.org (11 дек. 2014)
2. Водородное  топливо в блокадном Ленинграде. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.youtube.com/watch?v=QOFsssCKbKA  - (11 дек. 2014)
3. Двигатели  на водородно-дизельном топливе. [Электронный ресурс]. Режим доступа:  http://www.mami.ru/science/autotr2009/scientific/article/s02/s02_33.pdf  - (11 дек. 2014)

           The first mention of hydrogen fuel - there was an article in the newspaper “Pravda” in 1974, by the author, which was academician Vladimir Struminsky. He explained: "near - the time will disappear coal and oil, but energy catastrophe will not. Soviet scientists have found and did implement energy source - hydrogen" And the Americans - said the academician, the same developing in this direction, and even wanted to claim the championship. However, it is not - Dr. Roger Shopel from Oklahoma state University used hydrogen as a motor fuel only in 1969, and in the Institute of problems of mechanics, Siberian branch of the Academy of Sciences of the USSR, the same experiment was conducted a year earlier.
            However, a group of veterans of the air defense forces of the Leningrad front was written rebuttal; first, hydrogen fuel as a motor fuel was used in 1941 during the siege of Leningrad. Secondly it was not a simple experiment, and the mass of the practical use of hydrogen in internal combustion engines. Thirdly invented it was Lieutenant Regiment balloon boom defense of Leningrad front. After the siege of Leningrad together with food disappeared and fuel reserves. The worst outcome of the fuel shortage was that the barrage balloons were not combat-ready. However, Lieutenant Boris Shelishch began to seek a way out - and thought about hydrogen. But he did not develop this idea, but when followed by gasoline disappeared and electricity - he thought again about hydrogen. The answer is in his anguish he found in the novel by Jules Verne. The first experiment failed - there was an explosion, due to the interaction of hydrogen with air. But he invented the hydro-gate, the principle is as follows: cylindrical, half filled with water, the engine sucks the hydrogen through the water. At the same time, emerging a sudden flash, he immediately goes out. All safe and secure. As hydro-gate he chose decommissioned fire extinguishers, after a few alterations, they were ready to use.
            What are the features of such fuel: high ratio of jobs, clean exhaust, motor start without preheating, clearly and instantly reacts to changes in the level of fuel, produces no traces of carbon. At that time Shelishch solved the problems with rheostats boom. After breaking the siege, the lorry was transferred to the usual fuel. After the lifting of the siege of Leningrad was no need and in the rheostats. But the idea of hydrogen fuel is still alive and progressing. Today the environmental fuel is becoming more and more important.
For example: In the United States of America the technology developed in the future to provide vessels for hydrogen fuel that will be generated directly from sea water. In their study, the researchers used the aluminum and the molten alloy for hydrogen evolution from normal seawater, which can be subsequently used as fuel, and will replace the conventional internal combustion engines operating on hydrocarbon fuels.

               This material consists of fine grains of aluminum, surrounded by an alloy consisting of gallium, indium and tin, which is in a liquid state at room temperature, for which he received the name "liquid fusion". It dissolves aluminum, "forcing" him to react with oxygen atoms of sea water. The result of this reaction and released hydrogen. Aluminum is mixed with the liquid alloy in the following proportions: 90% aluminum and 10% of the liquid alloy.
A by-product in the form of aluminum hydroxide, which is released during the reaction, can be recycled into aluminum using existing industry technologies.
               Previous experiments were successful only in fresh water, but the new formula of the alloy was allowed to expand the potential scope for the entire world ocean.
The use of hydrogen as fuel for ships solves a number of problems associated with environmental pollution, and the storage and use of hydrogen. Let us mention some of them.

1. The ecological advantage of hydrogen fuel in the complete absence of harmfull emissions.

2. Receive fuel directly from seawater does not require large tanks for long term storage and transportation - the main barriers to the introduction of hydrogen fuel technologies.

3. Hydrogen is generated, if necessary, without additional energy costs.
4. The reaction of hydrogen reduction is accompanied by heat, which can be used for additional energy.

5. For recovery of aluminum hydroxide (a by-product of the reaction), you can use alternative energy sources, which also solves the problem of variable power solar and wind power.

Now a group of American scientists are working on improving innovative technologies for commercial use and makes out a patent on his invention. A similar patent was issued in 2007, but described the production of hydrogen from fresh water.

And hydrogen can be diluted with diesel fuel. With regard to diesel engines currently examining the possibility of using hydrogen as an independent fuel and as an additive to the main fuel. It is noted improvements in the economic and toxic characteristics of a diesel engine as when working with relatively large additions of hydrogen (up to 5% by weight relative to the primary fuel), and supplements at low (0.02 to 0.1 percent). Registered improved performance of the engine is associated with unique reactionary qualities of hydrogen through the oxidation reaction (combustion) of hydrocarbons. Found that when the temperature in the working space of the reactor 300°C, the content of hydrogen in the conversion of the mixture reaches the value (62 %), close to the maximum possible value (65%). When selected catalytic environment contributes to the process of decomposition of methanol at temperatures of about 240...250°C, which leads to the possibility of partial conversion of methanol to hydrogen output component at low load engine operating conditions with a deficit of temperature. The nature of changes in content in the products of conversion of carbon monoxide with increasing temperature similar to hydrogen, and at temperatures above 300°C, the concentration of this component becomes close to equilibrium (35%).

Ecological-economic indicators of diesel increased with the number of converted methanol, which depends on the available thermal energy capacity of the EXHAUST gas of the diesel engine. The higher the capacity, the more methanol can be converted to a hydrogen-containing converted product, and the higher the efficiency of its impact on intracylinder processes that determine the ecological and fuel-economic quality of the engine. In General, the results of preliminary studies it can be concluded that the use of hydrogen-containing gas conversion products of methanol in diesel engines as supplements to the main charge leads to the possibility of solving actual problems of improvement of their ecological and economic qualities. The implementation of such a sufficiently effective method of improving performance of the engine, not associated with changes in its basic design, due to its simplicity and minimal economic cost of implementation seems to be very promising in the domestic transport in the near future.

Thus, there is a technology that allows you to receive fuel from seawater. I'd like to hope that it will find use not only abroad, but in Russia.

List of references:

1. New oxygen-removing catalyst developed for better bio fuel production

[Electronic resource]. Access mode: ecoseed.org (11 Feb. 2014).

2. http://www.youtube.com/watch?v=QOFsssCKbKA - Hydrogen fuel in the besieged Leningrad.
3. http://www.mami.ru/science/autotr2009/scientific/article/s02/s02_33.pdf  - The engines on hydrogen-diesel fuel.