Как получить водород в домашних условиях: Водород в домашних условиях

Содержание

Как получить водород двигателя

Как сделать генератор водорода в домашних условиях

Удорожание энергоносителей стимулирует поиск более эффективных и дешевых видов топлива, в том числе на бытовом уровне. Более всего умельцев–энтузиастов привлекает водород, чья теплотворная способность втрое превышает показатели метана (38.8 кВт против 13.8 с 1 кг вещества). Способ добычи в домашних условиях, казалось бы, известен – расщепление воды путем электролиза. В действительности проблема гораздо сложнее. Наша статья преследует 2 цели:

  • разобрать вопрос, как сделать водородный генератор с минимальными затратами;
  • рассмотреть возможность применения генератора водорода для отопления частного дома, заправки авто и в качестве сварочного аппарата.

Краткая теоретическая часть

Водород, он же hydrogen, – первый элемент таблицы Менделеева – представляет собой легчайшее газообразное вещество, обладающее высокой химической активностью. При окислении (то бишь, горении) выделяет огромное количество теплоты, образуя обычную воду. Охарактеризуем свойства элемента, оформив их в виде тезисов:

  1. Горение водорода – процесс экологически чистый, никаких вредных веществ не выделяется.
  2. Благодаря химической активности газ в свободном виде на Земле не встречается. Зато в составе воды его запасы неиссякаемы.
  3. Элемент добывается в промышленном производстве химическим способом, например, в процессе газификации (пиролиза) каменного угля. Зачастую является побочным продуктом.
  4. Другой способ получения газообразного водорода – электролиз воды в присутствии катализаторов – платины и прочих дорогих сплавов.
  5. Простая смесь газов hydrogen + oxygen (кислород) взрывается от малейшей искры, моментально высвобождая большое количество энергии.

Для справки. Ученые, впервые разделившие молекулу воды на hydrogen и oxygen, назвали смесь гремучим газом из-за склонности к взрыву. Впоследствии она получила название газа Брауна (по фамилии изобретателя) и стала обозначаться гипотетической формулой ННО.

Из вышесказанного напрашивается следующий вывод: 2 атома водорода легко соединяются с 1 атомом кислорода, а вот расстаются весьма неохотно. Химическая реакция окисления протекает с прямым выделением тепловой энергии в соответствии с формулой:

Здесь кроется важный момент, который пригодится нам в дальнейшем разборе полетов: hydrogen вступает в реакцию самопроизвольно от возгорания, а теплота выделяется напрямую. Чтобы разделить молекулу воды, энергию придется затратить:

Это формула электролитической реакции, характеризующая процесс расщепления воды путем подведения электричества. Как это реализовать на практике и сделать генератор водорода своими руками, рассмотрим далее.

Создание опытного образца

Чтобы вы поняли, с чем имеете дело, для начала предлагаем собрать простейший генератор по производству водорода с минимальными затратами. Конструкция самодельной установки изображена на схеме.

Из чего состоит примитивный электролизер:

  • реактор – стеклянная либо пластиковая емкость с толстыми стенками;
  • металлические электроды, погружаемые в реактор с водой и подключенные к источнику электропитания;
  • второй резервуар играет роль водяного затвора;
  • трубки для отвода газа HHO.

Важный момент. Электролитическая водородная установка работает только от постоянного тока. Поэтому в качестве источника питания применяйте сетевой адаптер, автомобильное зарядное устройство или аккумулятор. Электрогенератор переменного тока не подойдет.

Принцип работы электролизера следующий:

  1. К двум электродам, погруженным в воду, подводится напряжение, желательно от регулируемого источника. Для улучшения реакции в емкость добавляется немного щелочи либо кислоты (в домашних условиях – обычной соли).
  2. В результате реакции электролиза со стороны катода, подключенного к «минусовой» клемме, станет выделяться водород, а возле анода – кислород.
  3. Смешиваясь, оба газа по трубке поступают в гидрозатвор, выполняющий 2 функции: отделение водяного пара и недопущение вспышки в реакторе.
  4. Из второй емкости гремучий газ ННО подается на горелку, где сжигается с образованием воды.

Чтобы своими руками сделать показанную на схеме конструкцию генератора, потребуется 2 стеклянных бутылки с широкими горлышками и крышками, медицинская капельница и 2 десятка саморезов. Полный набор материалов продемонстрирован на фото.

Из специальных инструментов потребуется клеевой пистолет для герметизации пластиковых крышек. Порядок изготовления простой:

  1. Плоские деревянные палочки скрутите саморезами, располагая их концами в разные стороны. Спаяйте головки шурупов между собой и подсоедините провода – получите будущие электроды.
  2. Проделайте отверстие в крышке, просуньте туда разрезанный корпус капельницы и провода, затем герметизируйте с 2 сторон клеевым пистолетом.
  3. Поместите электроды в бутылку и завинтите крышку.
  4. Во второй крышке просверлите 2 отверстия, вставьте трубки капельниц и накрутите на бутылку, заполненную обычной водой.

Для запуска генератора водорода налейте в реактор подсоленную воду и включите источник питания. Начало реакции ознаменуется появлением пузырьков газа в обеих емкостях. Отрегулируйте напряжение до оптимального значения и подожгите газ Брауна, выходящий из иглы капельницы.

Второй важный момент. Слишком высокое напряжение подавать нельзя — электролит, нагревшийся до 65 °С и более, начнет интенсивно испаряться. Из-за большого количества водяного пара разжечь горелку не удастся. Подробности сборки и запуска импровизированного водородного генератора смотрите на видео:

О водородной ячейке Мейера

Если вы сделали и испытали вышеописанную конструкцию, то по горению пламени на конце иглы наверняка заметили, что производительность установки чрезвычайно низкая. Чтобы получить больше гремучего газа, нужно изготовить более серьезное устройство, называемое ячейкой Стэнли Мейера в честь изобретателя.

Принцип действия ячейки тоже основан на электролизе, только анод и катод выполнены в виде трубок, вставляющихся одна в другую. Напряжение подается от генератора импульсов через две резонансные катушки, что позволяет снизить потребляемый ток и увеличить производительность водородного генератора. Электронная схема устройства представлена на рисунке:

Примечание. Подробно о работе схемы рассказывается на ресурсе http://www.meanders.ru/meiers8.shtml.

Для изготовления ячейки Мейера потребуется:

  • цилиндрический корпус из пластмассы или оргстекла, умельцы нередко используют водопроводный фильтр с крышкой и патрубками;
  • трубки из нержавеющей стали диаметром 15 и 20 мм длиной 97 мм;
  • провода, изоляторы.

Нержавеющие трубки крепятся к основанию из диэлектрика, к ним припаиваются провода, подключаемые к генератору. Ячейка состоит из 9 или 11 трубок, помещенных в пластиковый либо плексигласовый корпус, как показано на фото.

Под ячейку Мейера можно приспособить готовый пластиковый корпус от обычного водопроводного фильтра

Соединение элементов производится по всем известной в интернете схеме, куда входит электронный блок, ячейка Мейера и гидрозатвор (техническое название – бабблер). В целях безопасности система снабжена датчиками критического давления и уровня воды. По отзывам домашних умельцев, подобная водородная установка потребляет ток порядка 1 ампера при напряжении 12 В и обладает достаточной производительностью, хотя точные цифры отсутствуют.

Принципиальная схема включения электролизера

Реактор из пластин

Высокопроизводительный генератор водорода, способный обеспечить работу газовой горелки, выполняется из нержавеющих пластин размером 15 х 10 см, количество – от 30 до 70 шт. В них просверливаются отверстия под стягивающие шпильки, а в углу выпиливается клемма для присоединения провода.

Кроме листовой нержавейки марки 316 понадобится купить:

  • резина толщиной 4 мм, стойкая к воздействию щелочи;
  • концевые пластины из оргстекла либо текстолита;
  • шпильки стяжные М10—14;
  • обратный клапан для газосварочного аппарата;
  • фильтр водяной под гидрозатвор;
  • трубы соединительные из гофрированной нержавейки;
  • гидроокись калия в виде порошка.

Пластины нужно собрать в единый блок, изолировав друг от друга резиновыми прокладками с вырезанной серединой, как показано на чертеже. Получившийся реактор плотно стянуть шпильками и подключить к патрубкам с электролитом. Последний поступает из отдельной емкости, снабженной крышкой и запорной арматурой.

Примечание. Мы рассказываем, как сделать электролизер проточного (сухого) типа. Реактор с погружными пластинами изготовить проще – резиновые прокладки ставить не нужно, а собранный блок опускается в герметичную емкость с электролитом.

Последующая сборка генератора, производящего водород, выполняется по той же схеме, но с отличиями:

  1. На корпусе аппарата крепится резервуар для приготовления электролита. Последний представляет собой 7—15% раствор гидроокиси калия в воде.
  2. В «бабблер» вместо воды заливается так называемый раскислитель – ацетон либо неорганический растворитель.
  3. Перед горелкой обязательно ставится обратный клапан, иначе при плавном выключении водородной горелки обратный удар разорвет шланги и «бабблер».

Для питания реактора проще всего задействовать сварочный инвертор, электронные схемы собирать не нужно. Как устроен самодельный генератор газа Брауна, расскажет домашний мастер в своем видео:

Выгодно ли получать водород в домашних условиях

Ответ на данный вопрос зависит от сферы применения кислородно-водородной смеси. Все чертежи и схемы, публикуемые различными интернет-ресурсами, рассчитаны на выделение газа HHO для следующих целей:

  • использовать hydrogen в качестве топлива для автомобилей;
  • бездымно сжигать водород в отопительных котлах и печах;
  • применять для газосварочных работ.

Главная проблема, перечеркивающая все преимущества водородного топлива: затраты электричества на выделение чистого вещества превышают количество энергии, получаемое от его сжигания. Что бы ни утверждали приверженцы утопичных теорий, максимальный КПД электролизера достигает 50%. Это значит, что на 1 кВт полученной теплоты затрачивается 2 кВт электроэнергии. Выгода – нулевая, даже отрицательная.

Вспомним, что мы писали в первом разделе. Hydrogen – весьма активный элемент и реагирует с кислородом самостоятельно, выделяя уйму тепла. Пытаясь разделить устойчивую молекулу воды, мы не можем подвести энергию непосредственно к атомам. Расщепление производится за счет электричества, половина которого рассеивается на подогрев электродов, воды, обмоток трансформаторов и так далее.

Важная справочная информация. Удельная теплота сгорания водорода втрое выше, чем у метана, но – по массе. Если сравнивать их по объему, то при сжигании 1 м³ гидрогена выделится всего 3.6 кВт тепловой энергии против 11 кВт у метана. Ведь водород – легчайший химический элемент.

Теперь рассмотрим гремучий газ, полученный электролизом в самодельном водородном генераторе, как топливо для вышеперечисленных нужд:

  1. Конечная цена установки, низкая производительность и КПД делает крайне невыгодным сжигание водорода для отопления частного дома. Чем «наматывать» счетчик электролизером, проще поставить любой из электрокотлов – ТЭНовый, индукционный либо электродный.
  2. Чтобы заменить 1 л бензина для автомобиля, потребуется 4766 литров чистого водорода или 7150 л гремучего газа, треть которого составляет кислород. Самый завравшийся изобретатель в интернете еще не сделал электролизер, способный обеспечить подобную производительность.
  3. Газосварочный аппарат, сжигающий hydrogen, компактнее и легче баллонов с ацетиленом, пропаном и кислородом. Плюс температура пламени до 3000 °С позволяет работать с любыми металлами, стоимость получения горючего здесь особой роли не играет.

Для справки. Чтобы сжигать гидроген в отопительном котле, придется основательно переработать конструкцию, поскольку водородная горелка способна расплавить любую сталь.

Заключение

Гидроген в составе газа ННО, полученный из самодельного водородного генератора, пригодится для двух целей: экспериментов и газосварки. Даже если отбросить низкий КПД электролизера и затраты на его сборку вместе с потребляемым электричеством, на обогрев здания попросту не хватит производительности. Это касается и бензинового двигателя легковой машины.

43 Replies to “Как сделать генератор водорода в домашних условиях”

» Ячейка состоит из 9 или 11 трубок, помещенных в пластиковый либо плексигласовый корпус, как показано на фото»
Вообще то на фото трубок 10, если что!
И вообще, это статья не о чем не доказывает, одни лишь утверждения. Нет выкладок, опытов и фактов. Известно лишь одно — если кто-то разработает выгодную технологию, которая будет отбирать хлеб у энергетических магнатов, то этого человека просто уберут. А технологии заберут себе, ибо нечего! Насчет закона сохранения массы и энергии уже не все определенно, но ученым невыгодно выставлять себя дураками.

Спасибо за Ваше замечание по количеству трубок.
В статье не стоит задача что-то доказывать. Излагается ситуация на данный момент и общее руководство по изготовлению генератора — ежели кто захочет.

Мне нравились некоторые его ролики. Давайте начну с другого – а что из правды Вы учили в школе, наверно, как рассчитаться в магазине, банке!
Вы не знаете ничего, начиная с того, что газ, нефть, дрова – это не энергоносители, они не горят. А что тогда горит и почему углеводороды – это окислители, но никак не энергоносители? Вы слышали выражение «двигатель внутреннего сгорания», сгорает-то в двигателе, но смесь подается извне и уходит туда же, причем необходимая, иначе гореть не будет. На просторах нета можно услышать – Тесла хотел дать даром электричество. Да не хотел он ничего давать, разводят вас, как лохов. Приняли для коммерциализации переменный ток – так выгодно коммерсантам, а Вы в минусе! Вообще я давно занялся лично для себя вопросом «изучения людей в результате общения» и пришел к довольно плохим выводам. каким? Насколько Вы сами и Ваше окружение смахиваете на мальчика с ролика, досмотрите ролик до конца: youtube.com/watch?v=y-UGaKXl6Ys. Ну а если быть более конкретным с ответом, то бесплатного ничего не бывает (сыр в мышеловке). Но, как Вы думаете, неужели в нете мало людей, которые говорят – нас окружает море энергии, другие – не стоит пока об этом говорить, народ не готов и т.д. Это я к тому, что в мире десятки тысяч разработчиков, которые изобрели «генераторы энергии, работающие в автоматическом режиме и выдающие энергию на гора» и не обязательно, если он будет стоять у Вас в доме – Вы будете за нее платить. Все понимание наверно нужно начать с прослушивания людей, которые нами руководят, у кого фабрики, заводы, земля (наверно, как в конституции – у государства и принадлежит народу).

Получать горючий газ HHO можно по методу (реакция) Марсоля, разлагая воду на цинке и сурьме, всё.

Боюсь, этот метод ничем не лучше других. Если изучить скудную информацию по данной теме, то в глаза сходу бросается 3 нестыковки:
1. Вода в молекулярном двигателе Марсоля разлагается на кислород и водород, минуя паровую фазу. Нонсенс.
2. Насос и сопротивление затрачивает электричество, поршень совершает механическую работу. Каково соотношение затраченной и полученной энергии, неизвестно.
3. Потери теплоты в насосе и молекулярном двигателе неизбежны.
Сдается мне, разложение электролизом куда перспективнее.

Все очень даже работает, я езжу на 3-литровом моторе с расходом в 7-8 литров самого дешманского бензина. И что радует помимо экономии, что в конях прибавка около 15%,так что жизнь налаживается, да и ресурс мотора до 40% увеличивается, вот как-то так!

Да статья интересная,а еще интереснее как работают автомобильные газогенераторы. Ведь как уже слышно налаживается серийный выпуск автомобилей на водородном топливе заправляемые обычной водой,то есть там стоит газогенератор и как слышал и КПД намного выше.

Есть ещё один важный момент, который не рассмотрен в статье: это увеличение эффективности природных источников энергии с помощью электролиза. Как известно, для получения солнечной энергии можно использовать солнечные панели, либо коллекторы. Но эти решения трудно использовать для отопления, так как солнце наиболее интенсивно светит днём и летом, а топить нужно зимой и ночью. Потому напрямую греть ТЭН от солнечной панели не получится.
Чтобы запасать энергию, используются аккумуляторы, но у них низкий КПД и короткий срок службы в циклическом режиме.
И тут интересно рассмотреть возможность использования электролиза для запасания солнечной (или ветровой) энергии. Например летом на солнце использовать электричество солнечной панели, чтобы получить запас водорода, а ночью зимой этот водород сжигать в водородном котле. То что у системы низкий КПД — в этом случае не важно, солнца ведь и так много. Гораздо важнее насколько безопасно получится запасать водород в больших объёмах, чтобы потом использовать по мере необходимости.

Ваша идея запасать водород на ночь, используя солнечную энергию днем, действительно интересна. В статье мы не рассматривали эту возможность, потому что никто не применял подобную схему на практике. Во всяком случае, нам неизвестны такие факты. Ну и конечно, надо считать выгоду – во сколько обойдется производство водорода днем (плюс стоимость оборудования) и обычное отопление по ночному тарифу.

Мной давно рассмотрена идея синтеза водорода при помощи гибрида ветряка и солнечными элементами, последующим электролизом и связыванием водорода в гидрид алюминия.

То что водородная установка работает это 100% правда , я сам ими занимался 25 лет назад. Вопрос только в том кто вам даст этим заниматься ? Нефтеные магнаты тоже хотят кушать и они вас съедят за эти установки. 2 вопрос , куда вы денете миллионы безработных которых уволят с нефтеперерабатывающих заводов?
Установка РАБОТАЕТ.

То, что установка работает известно давно. Ещё в СССР хотели запустить автобусы на водороде. Не дали, по причине причинения вреда экономике.

Привет, можешь скинуть схему водородной установки мне на почту [email protected] gmail.com?

И мне тоже скиньте схему установки на ящик kholanex(собака)mail.ru Пожалуйста! Я вам точно говорю, приходит время и мысли у людей сходятся. Я уже давно замыслил продвигать бизнес в жарких странах по производству водорода при помощи солнечных электростанций. И ведь Майер каким то образом добился высокой производительности установки. Как он это сделал если многие утверждают, что представленная здесь схема не работает?

Для повышения КПД, наверно, надо генератор с частотой резонансной колебательной частоте молекулы воды.

И мне если можно . Разрабатываю газообразный водород в сухой для овощных зерновых культур

А если водород собирать из системы водяного отопления, которая работает на электричестве. У которой в котле вместо электроТЭНов будет стоять реактор из пластин?

Не думаю, что это хорошая идея. Львиная доля энергии будет расходоваться на нагрев теплоносителя, который постоянно идет из системы отопления. Водорода выделится мизер, и как его улавливать? На выходе воздухоотводчика?😊 Да и смысл этим заниматься, если все равно греем воду электрокотлом.

Для чего надо лезть в мировую экономику, просто создать для себя комфортные условия проживания, а на остальных плевать нет народа в стране у всех хата скраю, Сибирь горит и лес миллионами кубометров вывозят, а народишку наплевать, так и тут, сделал для себя и плюй в потолок:)

Источник

Климат и экология: Среда обитания: Lenta.ru

Исследователи в Австралии начнут работать с коммунальными предприятиями, чтобы изучить сточные воды как сырье для производства водорода, сообщает CNBC.

Материалы по теме

00:01 — 16 августа

Точка невозврата.

Глобальную климатическую катастрофу признали неизбежной. Что человечество может сделать для спасения?

00:00 — 17 июня

Новое величие.

Россия может возглавить мировую энергетическую революцию. Что ей мешает?

Над проектом будет работать команда из Университета Монаша в Мельбурне. Исследователи задумали решить проблему нехватки воды при производстве водорода. Они надеются разработать инновационный подход, в рамках которого воду повторно используют и превратят в водород с помощью электролиза.

Международное энергетическое агентство описывает водород как «универсальный энергоноситель» с широким спектром применения: его можно использовать в таких секторах как транспорт и промышленность. Водород производится разными способами. Один из методов включает применение электролиза, в процессе которого электрический ток разделяет воду на кислород и водород. Если для этого используется электричество из возобновляемых источников (например, энергия воды или солнца), то такой водород называется «зеленым».

«Количество доступных сточных вод намного превышает количество воды, необходимой для производства водорода», — рассказал профессор химической инженерии Чживан Сян. По его словам, большая часть очищенной воды в Австралии либо сбрасывалась в близлежащие водоемы, либо использовалась для орошения. «Учитывая то, что объем воды с централизованных городских очистных сооружений очень стабилен, это очень многообещающий ресурс для электролиза», — считает профессор.

В настоящее время большую часть водорода получают при помощи ископаемого топлива, а «зеленый» водород остается очень дорогим для производства. Правительство Австралии заявило, что хочет развивать водородную промышленность и производить «чистый» водород по цене меньше двух долларов за килограмм.

Перейти на «чистые» виды энергии стремятся и другие страны. Например, Китай в августе одобрил масштабный энергетический проект по производству «зеленого» водорода, для получения будет использована энергия солнца и ветра.

Водород вместо нефти, газа и угля — новый тренд в Европе | Экономика в Германии и мире: новости и аналитика | DW

В Европе явно назревает водородный бум. Во всяком случае, в разных странах к нему начинают активно готовиться. В последнее время в СМИ появляется все больше сообщений о пилотных проектах с водородом — и все чаще мелькает химическое обозначение этого газа: h3.

Кто претендует на титул «водородная держава №1»

Так, в Германии сооружается крупнейшая в мире установка по его производству методом электролиза и стартует эксперимент по частичному замещению водородом природного газа в отоплении жилья. Над этим же, над заменой метана на h3 в газопроводной сети, работают и в Великобритании. В Нидерландах и Бельгии собираются протестировать речное судно на водородном топливе и создать для него систему заправки. 

Себастьян Курц обещает превратить Австрию в мирового лидера в области водородных технологий

В Австрии три ведущих концерна готовят сразу несколько совместных пилотных проектов, в том числе по использованию водорода вместо угля при производстве стали, а бывший и, вероятно, будущий канцлер, консерватор Себастьян Курц в ходе избирательной кампании выдвигает лозунг превращения своей страны в «водородную державу №1». На эту же роль претендует и Франция. Да и Германия вполне сможет побороться за такой титул.  

Пригородные электрички на водороде: лидирует ФРГ 

Ведь два пока единственных в мире водородных поезда Coradia iLint эксплуатируются именно в Германии. Более того, они уже успешно отработали свои первые 100 тысяч километров. Это произошло в июле, спустя десять месяцев после начала регулярной перевозки пассажиров по стокилометровому маршруту между городами Бремерхафен, Куксхафен, Букстехуде и Бремерфёрде. 

До конца 2021 года на этой не электрифицированной железнодорожной линии на северо-западе страны в федеральной земле Нижняя Саксония собираются полностью отказаться от дизельных локомотивов, заменив их на 14 поездов, вырабатывающих электроэнергию в топливных элементах в ходе химической реакции между водородом и кислородом. Вместо выхлопов получается вода.

Пригородная водородная электричка Coradia iLint эксплуатируется в Германии с сентября 2018 года

Такие же водородные электрички решили использовать и в федеральной земле Гессен. В мае выпускающий их французский концерн Alstom получил заказ объемом в 500 млн евро на 27 поездов, которые с 2022 года планируется использовать для пригородного сообщения с горным массивом Таунус к северо-западу от Франкфурта-на-Майне.

В результате ФРГ станет бесспорным мировым лидером в области водородного железнодорожного транспорта. Тем более, что интерес к инновационным поездам Alstom проявляют и другие федеральные земли. С некоторыми из них, сообщил глава германского филиала концерна Йорг Никутта (Jörg Nikutta) агентству dpa, он ведет сейчас «активные переговоры».  

Эксперименты с водородом в газовой сети

Немцев и в целом европейцев водород привлекает, прежде всего, из экологических соображений. При использовании h3 в атмосферу не выделяется углекислый газ CO2, самый большой виновник в парниковом эффекте и глобальном потеплении, так что более широкое внедрение водородных технологий поможет странам ЕС выполнить обязательства, взятые на себя в рамках Парижского соглашения по климату (Германия, к примеру, их пока не выполняет).

Но есть и экономический интерес. Он связан с тем, что использование такого возобновляемого источника энергии, как водород, снижает потребность в ископаемых энергоносителях, чаще всего импортируемых (в том числе из России). Например, в нефти и нефтепродуктах, на которых работают, скажем, дизельные локомотивы в том же Таунусе на не электрифицированных маршрутах.   

Впрочем, немецкая компания Avacon, начинающая пилотный проект по примешиванию к природному газу до 20 процентов водорода, в своих заявлениях говорит исключительно о защите климата. Эксперимент призван доказать, что к используемому для отопления газу можно добавлять не до 10 процентов h3, как предписывают действующие нормы, а в два раза больше. В результате сократится выброс CO2, поскольку будет сжигаться меньше углеводородного топлива.

Масштабы эксперимента скромные: он проводится в одном из районов городка Гентхин в восточногерманской земле Саксония-Анхальт. Выбрали это место потому, что имеющаяся здесь газовая инфраструктура по своим техническим характеристикам наиболее типична для всей сети компании Avacon. «Поскольку зеленый газ будет играть все более важную роль, мы хотим переоснастить свою газораспределительную сеть так, чтобы она была приспособлена к приему как можно более высокой доли водорода», — поясняет стратегическую цель эксперимента член правления Avacon Штефан Тенге (Stephan Tenge).   

Power to Gas: возобновляемая энергия, электролиз, «зеленый водород«

Под «зеленым газом» он подразумевает «зеленый водород»: так принято называть тот h3, который образуется наряду с кислородом O2 при электролизе обычной воды. Процесс этот технически весьма простой, но очень энергоемкий. Однако если использовать для него излишки электроэнергии, вырабатываемой из возобновляемых источников — ветер и солнце, то получается безвредное для климата топливо, произведенное без выбросов в атмосферу CO2.

НПЗ Shell в Весселинге: здесь будет крупнейшая в мире установка P2G по производству водорода

Собственно, начавшееся уже несколько лет назад распространение в Европе этой технологии, получившей название Power to Gas (P2G), и лежит в основе растущего европейского интереса к водороду. Так, в конце июня британо-нидерландский концерн Shell при финансовой поддержке Евросоюза (ЕС предоставил 10 из 16 млн евро) начал в Германии на территории своего нефтеперерабатывающего завода в Весселинге под Кёльном строительство крупнейшей в мире установки по производству водорода методом электролиза. До сих пор его получают здесь из природного газа.

После ввода в эксплуатацию во второй половине 2020 года мощность установки, сообщает Shell, составит ежегодно 1300 тонн водорода, который будет использоваться главным образом в производственных процессах на самом НПЗ. Но часть пойдет на то, чтобы превратить территорию между Кёльном и Бонном в модельный регион по внедрению h3, в том числе как топлива для автобусов, грузовых и легковых автомобилей, возможно — для судов, ведь Рейн в непосредственной близости.      

Будет ли Великобритания отапливаться водородом?

Тем временем в третьем по размерам британском городе Лидсе энергетическая компания Northern Gas Networks готовит пилотный проект под многозначительным названием h31, который схож с тем, что проводится в немецком Гентхине, но значительно превосходит его по масштабам. Конечная цель: во всем городе полностью перевести отопление с природного газа, метана, на водород. Морские ветропарки для его производства методом электролиза имеются.

А соответствующие нагревающие воду бойлеры вот уже три года разрабатывает в английском городе Вустере филиал немецкой фирмы Bosch Termotechnik. Его глава Карл Арнцен (Carl Arntzen) рассказал газете Die Welt, что правительство Великобритании до самого последнего времени собиралось снижать значительные выбросы CO2 путем перевода отопительных систем по всей стране с газа на электричество, однако в этом году министерство экономики очень заинтересовалось водородной идеей.

Перед Northern Gas Networks и другими британскими газовыми компаниями это открывает перспективу перепрофилировать и тем самым сохранить имеющуюся газораспределительную систему, которая в случае электрификации отопления оказалась бы ненужной.

Водородные автомобили: высоки ли их шансы? 

Пока британское правительство только присматривается к водороду, лидер австрийских консерваторов Себастьян Курц идеей его широкого внедрения уже настолько увлекся, что сделал ее одним из своих предвыборных лозунгов. Его шансы выиграть в сентябре парламентские выборы и вновь возглавить правительство весьма высоки. И тогда, надо полагать, различные водородные проекты могут рассчитывать на активную поддержку Вены.

А конкретные проекты уже есть, поскольку три ведущие промышленные компании страны — энергетическая Verbund AG, нефтегазовая OMV и металлургическая Voestalpine — решили совместно форсировать внедрение в Австрии водородных технологий. Первый совместный проект стоимостью 18 млн евро (12 млн из них предоставил ЕС) будет реализован в Линце уже к концу 2019 года: там речь идет о замене угля на водород при производстве стали. А НПЗ Schwechat близ Вены планирует для собственных нужд наладить производство h3 методом электролиза — как Shell близ Кёльна.

Увлечение водородом обрело в Европе уже такие масштабы, что консалтинговая компания Boston Consulting Group (BCG) сочла нужным предупредить об опасности завышенных ожиданий и ошибочных инвестиций. Наилучшие перспективы «зеленый водород» имеет в промышленности, а также на грузовом, воздушном и водном транспорте, рассказал газете Handelsblatt Франк Клозе (Frank Klose), соавтор только что опубликованного исследования BCG.

А вот у легковых машин на водороде шансы на успех (пока, во всяком случае) представляются минимальными, хотя японская компания Toyota и собирается расширять их выпуск. На 1 января 2019 года в Германии, к примеру, было зарегистрировано всего-то 392 автомобиля, работающего на h3. У электромобилей, не говоря уже о гибридах, перспективы явно лучше. 

______________

Подписывайтесь на наши каналы о России, Германии и Европе в | Twitter | Facebook | YouTube | Telegram 

Смотрите также:

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Электростанция из аккумуляторов

    Как хранить в промышленных масштабах излишки электроэнергии, выработанной ветрогенераторами и солнечными панелями? Соединить как можно больше аккумуляторов! В Германии эту технологию с 2014 года отрабатывают в институте общества Фраунгофера в Магдебурге (фото). По соседству, в Шверине, тогда же заработала крупнейшая в Европе коммерческая аккумуляторная электростанция фирмы WEMAG мощностью 10 МВт.

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Большие батареи на маленьком острове

    Крупнейшие аккумуляторные электростанции действуют в США и странах Азии. А на карибском острове Синт-Эстатиус (Нидерландские Антилы) с помощью этой технологии резко снизили завоз топлива для дизельных электрогенераторов. Днем местных жителей, их около 4 тысяч, электричеством с 2016 года снабжает солнечная электростанция, а вечером и ночью — ее аккумуляторы, установленные фирмой из ФРГ.

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Главное — хорошие насосы

    Гидроаккумулирующие электростанции (ГАЭС) — старейшая и хорошо отработанная технология хранения электроэнергии. Когда она в избытке, электронасосы перекачивают воду из нижнего водоема в верхний. Когда она нужна, вода сбрасывается вниз и приводит в действие гидрогенератор. Однако далеко не везде можно найти подходящий водоем и нужный перепад высот. В Хердеке в Рурской области условия подходящие.

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Место хранения — норвежские фьорды

    Оптимальные природные условия для ГАЭС — в норвежских фьордах. Поэтому по такому кабелю с 2020 года подводная высоковольтная линия электропередачи NordLink длиной в 623 километра и мощностью в 1400 МВт будет перебрасывать излишки электроэнергии из ветропарков Северной Германии, где совершенно плоский рельеф, на скалистое побережье Норвегии. И там они будут храниться до востребования.

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Электроэнергия превращается в газ

    Избытки электроэнергии можно хранить в виде газа. Методом электролиза из обычной воды выделяется водород, который с помощью СО2 превращается в метан. Его закачивают в газохранилища или на месте используют для заправки автомобилей. Идея технологии Power-to-Gas родилась в 2008 году в ФРГ, сейчас здесь около 30 опытно-промышленных установок. На снимке — пилотный проект в Рапперсвиле (Швейцария).

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Водород в сжиженном виде

    Идея Power-to-Gas дала толчок разработкам в разных направлениях. Зачем, к примеру, превращать в метан полученный благодаря электролизу водород? Он и сам по себе отличное топливо! Но как транспортировать этот быстро воспламеняющийся газ? Ученые университета Эрлангена-Нюрнберга и фирма Hydrogenious Technologies разработали технологию его безопасной перевозки в цистернах с органической жидкостью.

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    В чем тут соль?

    Соль тут в тех круглых резервуарах, которые установлены посреди солнечной электростанции на краю Сахары близ города Уарзазат в Марокко. Хранящаяся в них расплавленная соль выступает в роли аккумуляторной системы. Днем ее нагревают, а ночью используют накопленное тепло для производства водяного пара, подаваемого в турбину для производства электричества.

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Каверна в роли подземной батарейки

    На северо-западе Германии много каверн — пещер в соляных пластах. Одну из них энергетическая компания EWE и ученые университета Йены превратили в полигон для испытания технологии хранения электроэнергии в соляном растворе, обогащенном особыми полимерами, которые значительно повышают эффективность химических процессов. По сути дела, речь идет о попытке создать гигантскую подземную батарейку.

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Крупнейший «кипятильник» Европы

    Человечество давно уже использует тепло для производства электроэнергии. Возобновляемая энергетика поставила задачу, наоборот, превращать электричество, в том числе и избыточное, в тепло (Power-to-Heat). Строительство в Берлине крупнейшего «кипятильника» Европы мощностью 120 МВт для отопления 30 тысяч домашних хозяйств компания Vattenfall намерена завершить к концу 2019 года.

  • Технологии хранения энергии из возобновляемых источников

    Накопители энергии на четырех колесах

    Когда по дорогам мира будут бегать миллионы электромобилей с мощными аккумуляторными батареями, они превратятся в еще один крупный накопитель энергии из возобновляемых источников. Этому поспособствуют умные сети энергоснабжения (Smart grid): они будут стимулировать подзарядку по низким ценам в моменты избытка электричества. (На фото — заправка для электромобилей в Китае).

    Автор: Андрей Гурков


Как сделать водородную воду: подробное руководство + советы

Многие сегодня хотят знать, как сделать водородную воду. И тому есть здравая причина: такая жидкость наполнена молекулярным водородом, поэтому крайне полезна для организма человека.

Однако получить ее можно разными путями: как естественными, так и искусственными. В нашей статье мы рассмотрим различные варианты ее изготовления в домашних условиях и при помощи специальных приборов.

Кратко о составе водородной воды

Состав водородной воды

Знаете ли вы, чем отличается водородная вода от обычной питьевой? Не секрет, что человеческий организм на 40-98 % состоит из воды. А вода – это, с химической точки зрения, H2O. Каждая молекула включает два атома водорода (Н) и один атом кислорода (О). Водород – естественный антиоксидант, который противостоит старению и борется с болезнями. Употребление воды, насыщенной водородом, показано и взрослым, и детям.

Как сделать водородную воду? Для этого обычную питьевую воду обогащают водородом (H2). Похожим способом получают в том числе и газированную воду, насыщая ее углекислотой СО2, или кислородную – при повышении содержания в ней кислорода O2.

Полезные свойства водородной воды

Полезные свойства водородной воды

Но не только антиоксидантными защитными свойствами полезна водородная вода. Для тех людей, кто вынужден жить в районах с неблагополучной экологической обстановкой, кто получает чрезмерное ультрафиолетовое излучение, находится в состоянии эмоциональных стрессов, – водород особенно полезен и необходим. Он активизирует питание клеток человеческого организма, защищает нейроны от разрушительных процессов, предупреждает ишемию и другие болезни.

Вода, обогащенная молекулярным водородом, имеет противовоспалительный эффект. Особенно это важно при разного рода простудах, ревматоидном артрите, при хронических воспалительных заболеваниях аутоиммунного характера. Конечно же, совместно с медикаментозной терапией.

С согласия лечащего врача водородную воду можно использовать и при проблемах с ЖКТ, например для лечения диареи, диспепсических явлений при болезни Крона, язвенного колита. Вода, обогащенная H2, благотворно влияет на кишечник при метеоризме, устраняет дискомфортные ощущения, облегчает состояние при различных патологиях желудочно-кишечного тракта, в частности синдроме раздраженного кишечника.

Спортсменам немало беспокойства доставляет боль в мышцах после интенсивных тренировок. Виноват в этом лактат, который образуется при сокращении и напряжении мышц. Водородная вода поможет значительно ускорить обменные процессы, успокоить нервные окончания, вывести молочную кислоту из мышечных тканей.

Полезные свойства водородной воды

Широко применяются косметические составы на основе воды и соли, обогащенной водородом, в сфере дерматологии. Ванны с этими средствами не только снижают воспаления и раздражения на коже, но и запускают репаративные процессы в клетке. Всего несколько процедур, и результат будет заметен.

Неужели водородная вода не имеет никаких противопоказаний и приносит только пользу? Именно так. Водородную воду можно всем и в любом количестве. Дело в том, что водородная вода обладает параметрами, которые максимально соответствуют параметрам жидкостей, которые есть в человеческом теле: кровь, лимфа, межклеточная жидкость и т.д.

Водородная вода — это самый подходящий и естественный напиток для человека.

Какую воду необходимо пить, чтобы быть здоровым?

Такой простой элемент как вода всегда считался жизненно важным и необходимым. Но вместе с тем, то количество мифов о воде, научных фактов и мнений, которые ежедневно навязывают, а потом опровергают, побуждает искать ответы на вопросы. Чтобы помочь вам, мы с командой подготовили бесплатный вебинар и подарок: 3 уникальных материала, основанные на опыте наших экспертов о продлении молодости с помощью воды. После прохождения нашего бесплатного вебинара вы узнаете:

Артём Хачатрян

практикующий врач терапевт-диетолог, натуропат

После прохождения нашего бесплатного вебинара вы узнаете:

Какая вода вредна для организма, и какими свойствами должна обладать полезная вода.

Как вода влияет на красоту, процессы восстановления, иммунитет и хронические заболевания.

Как с помощью воды обезопасить овощи и фрукты от нитратов и пестицидов.

Узнайте, как вода может заботиться о вашем здоровье, молодости и красоте на вебинаре врача-диетолога Артёма Хачатряна!

Записаться и получить подарок

При приеме водородной воды каждый ее глоток освобождает организм человека от токсинов, вызывающих оксидативный стресс. Водород работает на клеточном уровне, благотворно действует на иммунитет и укрепляет здоровье. При регулярном употреблении этой живой воды первые улучшения в самочувствии можно увидеть всего через месяц.

Способы получения водородной воды

Самый эффективный способ получить водородную воду в домашних условиях — это использовать ионизатор для воды.

Ионизатор воды — это прибор, который активирует воду, насыщает ее ионами водорода и делает максимально похожей по своим параметрам на «воду» внутри нашего тела.

Водородные генераторы или ионизаторы бывают двух типов: стационарные и переносные (мобильные).

Принцип работы стационарных устройств основан на бездиафрагменном электорлизе: контактной активации воды.

Они работают от сети и могут ионизировать большой объем воды, от 2х литров и более.

Это интересно!

«Портативный генератор водородной воды: возможности и правила выбора прибора» Подробнее

При этом в процессе активации образуются резонансные микро кластеры отрицательно заряженных ионов водорода. Активируемая вода непосредственно соприкасается с поверхностью титано – платиновых электродов и переходит в метастабильное состояние. Происходит изменение свойств воды без изменения химического состава.

Переносные водородные ионизаторы минерализуют и ионизируют воду благодаря контакту с поверхностью спрессованных шариков из природных материалов, которые являются комплектующими деталями таких ионизаторов. Шарики состоят из следующих минералов: магний, кремний, кальций, калий, цинк, селен, турмалин (порошок), шунгит (порошок), белая глина, цеолит.

Насыщение воды ионами водорода может также происходить за счет контакта со специальным, экологически чистым сплавом металлов с преобладанием магния.

4 вида устройств для создания водородной воды

4 вида устройств для создания водородной воды

Сделать живую щелочную воду в домашних условиях сегодня очень просто. Рынок предлагает ионизаторы разных видов:

  1. Стационарный прибор, достаточно габаритный, предназначен для использования рядом с водопроводом: в квартире, офисе, на предприятии и т. д. Принцип работы этого прибора заключается в фильтрации водопроводной воды и насыщении ее водородом. Срок службы до 10 лет.

  2. Портативный ионизатор представлен в виде бутылки. В такой сосуд наливается водопроводная вода, молекулярная структура которой меняется в течение некоторого времени. Такого вида прибор удобен мобильностью. Его можно носить в сумке, использовать на прогулке, отдыхе или тренировке.

  3. Минеральный ионизатор – это устройство, способное очистить воду от тяжелых металлов, солей, хлора, вредных микроорганизмов. Они бывают в виде бутылок с встроенными минеральным картриджем или в виде минеральной палочки, которую можно добавить в любую емкость с водой объемом от 0,33 л до 1 л. Минеральные ионизаторы обогащают воду ионами водорода, К, Са, Na, Mg, Zn, Se и др. Срок службы – до 6 месяцев.

  4. Самый универсальный активатор — водородная кружка. Благодаря уникальному сплаву металлов она активирует не только воду, но и любой другой напиток: сок, чай, смузи и т.д.

Критерии выбора прибора для получения водородной воды

Критерии выбора прибора для получения водородной воды

Итак, чтобы сделать водородную воду, нужно приобрести прибор. При выборе активатора следует обратить внимание на следующее:

Все ионизаторы отличаются по объему. Важно понимать, как и где вы будете пользоваться прибором. Если цель в том, чтобы несколько человек постоянно пили воду, обогащенную водородом, то оптимальный вариант – стационарный активатор. Он обогащает воду сразу потоком, так как подключается непосредственно к водопроводу. Такой прибор требует минимум внимания и ухода, прост в эксплуатации и прослужит довольно долго. В течение 10 лет можно пить полезную воду без ограничений.

Можно выбрать более дешевую стационарную модель для дома и всей семьи — кувшин объемом 2 л.

Для индивидуального использования вдали от дома удобно иметь портативные ионизаторы. Водородная бутылка небольшого объема, около 0,5 л. За несколько минут вода в ней насыщается водородом и готова к использованию.

Известно, что приборы, работающие с водой, должны быть максимально безопасными для здоровья человека и выполнены из качественных материалов.

При изготовлении деталей ионизаторов должен применяться только пищевой пластик с использованием технологии BPA free, что означает отсутствие опасного для здоровья бисфенола А.

В электролизных активаторах вода при очищении взаимодействует с металлическими пластинами, которые могут быть выполнены из разных металлов: стали, меди и многих других. Важно знать, что эти материалы выделяют в воду свои ионы и атомы тяжелых металлов. Организму человека это пользу, к сожалению, не приносит. Считается, что наиболее безопасны титановые пластины, покрытые платиной. Этот благородный металл при взаимодействии с водой не выделяет никаких загрязнителей, а значит, можно быть уверенным в чистоте и пользе полученной жидкости.

Критерии выбора прибора для получения водородной воды

При покупке ионизатора необходимо понимать, что именно вы хотите получить. Какие-то приборы производят только живую воду. Другие могут готовить и живую (щелочную), и мертвую (кислую). Если есть необходимость использования кислой воды, например, в медицинских или хозяйственных целях, то при выборе генератора нужно обращать внимание на функциональность прибора.

Это интересно!

«Свойства водородной воды и ее польза для человека» Подробнее

К тому же на рынке появились устройства, способные сделать водородной и воду, и любую жидкость, даже если это сок или чай.

Важно отметить, что, как и любой прибор, ионизатор нуждается в регулярном уходе. Дорогие генераторы имеют опцию самоочистки, в более дешевых моделях этим придется заниматься самостоятельно. Чем своевременнее уход, тем дольше прослужит устройство и тем качественнее будет производимая им вода.

Минеральные активаторы в эксплуатации отличаются тем, что в них регулярно нужно менять картриджи с минеральными шариками. Параметры водородной воды будут напрямую зависеть от свежести картриджа. При покупке такого прибора обязательно нужно учесть этот момент, возможно, будет экономически нецелесообразно именно для вас приобретение минерального ионизатора. Иногда проще выбрать более дорогое устройство на первоначальном этапе, но не тратиться на замену картриджей каждые полгода.

Естественно, здоровье каждого человека – это его личный выбор, сфера его персональной ответственности. Простой путь к хорошему физическому и психологическому состоянию – это соблюдение правил здорового образа жизни, рациональное питание, движение и, конечно же, употребление водородной воды. Это позволит снизить риски заболеваний и повысить шансы на долгую и здоровую жизнь.

Рекомендации по применению и хранению водородной воды

Вода, обогащенная молекулярным водородом, может использоваться в повседневной жизни без ограничений. Считается, что минимальный объем потребления такой воды – один литр при средней концентрации водорода. Планируя употребление водородной воды, учитывайте свой образ жизни.

Спортсменам, активным людям удобнее всего использовать водородно-минеральную бутылку Vione Mineral Bottle Sport. Она применяется для приготовления структурированной, щелочной, водородной воды с полезными минералами.

Нужно отметить, что водородная вода имеет и внешнее положительное воздействие на организм человека. Такие водные процедуры отлично справляются с эмоциональными стрессами, усталостью, перевозбуждением, бессонницей. Кроме этого, в ежедневный уход за кожей можно включить умывания проточной водородной водой.

Рекомендации по применению и хранению водородной воды

Надолго ли водородная вода остается живой? Сколько времени водород не улетучивается из воды? Да, он начинает выходить из воды практически сразу после обогащения, но не сразу исчезает. Водород продолжает оставаться в ней в течение нескольких часов, а потом его концентрация падает ниже терапевтического уровня. Поэтому рекомендуется употреблять водородную воду сразу после приготовления. Молекулярный водород не переносит взбалтывания, замораживания и размораживания, он боится высоких температур. Наиболее оптимальный вариант — употребление водородной воды в течение 2-х часов после приготовления.

Таким образом, понимая механизм получения, использования и хранения водородной воды, можно по максимуму извлекать пользу для своего организма. Не зря говорят, вода – это жизнь!

Найден способ получать водород из воды без затрат электроэнергии

Водородное топливо — отличная альтернатива углеводородному: при сжигании чистого водорода образуется только энергия и вода, и никаких вредных продуктов. Но быстро перейти на водородное топливо мешают сложности с его получением. В отличие от углеводородов, щедро разбросанных под землёй по всей планете, водород нельзя извлекать из недр: в чистом виде его нет нигде на планете. Получают его либо из углеводородов, либо из воды.

Получение водорода из углеводородов — это в основном конверсия метана, то есть очищенного природного газа. Получается, что для производства «чистого» топлива нужно запустить не самый экологичный технологический процесс, в качестве побочного продукта дающий крайне вредный угарный газ.

Выделение водорода из воды — более экологичный процесс, но для него нужна электроэнергия, большую часть которой во всём мире по-прежнему получают, сжигая уголь, нефть и природный газ и выбрасывая в атмосферу множество загрязнителей.

Исследователи из Королевского мельбурнского исследовательского университета (Австралия), Массачусетского технологического института и Кембриджа нашли способ получать водород из воды без затрат электроэнергии. Реакция отщепления водорода от кислорода в молекуле воды запускается под действием солнечного света в присутствии фотокатализатора.

В качестве фотокатализатора учёные использовали сульфид молибдена — аморфную субстанцию с общей формулой MoSx, отлично впитывающую водяной пар из воздуха, а на солнце запускающую процесс разложения воды с образованием свободного водорода. Добавив к сульфиду молибдена порошок наночастиц диоксида титана, учёные получили род чернил, которые легко наносятся на любые поверхности — например, на стекло и пластик, — и образуют прочную плёнку. Покрыв такой плёнкой любую открытую солнечным лучам поверхность, можно получать водород из насыщенного влагой воздуха где угодно, утверждают авторы исследования.

Как добыть водород безопасно в домашних условиях?

Умиляют подобные вопросы, ведь простому обывателю кажется, что получить водород достаточно просто, а ведь между тем это, хотя и можно сделать в обычных условиях, все же довольно опасно. Первое, что нужно знать — это то, что делать подобные опыты нужно не иначе, как на открытом (на улице) воздухе, поскольку водород — газ весьма и весьма легкий (примерно в 15 раз легче стандартного воздуха) и будет он скапливаться у потолка, образуя смесь, весьма способную к взрыву. Если же принять все необходимые меры по предотвращению проблемных моментов, то можно осуществить реакцию взаимодействия щелочи и алюминия.

Берем колбу (лучше всего) или бутылку из стекла на 1/2 литра, пробку (посредине отверстие), трубку для отвода водорода, по 10 грамм алюминия и купороса (медного), соли поваренной (примерно грамм 20-ть), воды в количестве 200 мл. и шарик (резиновый) для сбора водорода. Купорос приобретаем в садово-огороднических магазинах, а в качестве алюминиевого сырья вполне могут выступить банки из под пива или проволока. Само собой, эмаль предварительно удаляют обжигом, нужен чистый алюминий, без примесей.

На 10 грамм купороса берут 100 мл воды, соответственно, готовят и второй раствор — на 20 грамм соли уйдет 100 мл воды. Оттенок растворов будет таким: купорос — голубой, соль — бесцветный. Далее все смешиваем воедино и получаем такой зеленоватого оттенка раствор. В него и добавляют заготовленный заранее алюминий. Смесь начнет давать пену — это водород. Алюминий замещает медь и вы это воочию сможете увидеть по налету красноватого оттенка на алюминиевом сырье. Появляется взвесь белесоватого цвета, именно тут можно начинать собирать нужный нам водород.

В процессе идет получение дополнительного тепла, в химии такой процесс относят к экзотермическим. Понятное дело, что если процесс не контролировать, то получится что-то вроде гейзера, который будет выплевывать порции кипятка, так что концентрация первоначальная должна быть под контролем. Для этого же и используют пробку с трубкой, чтобы безопасно произвести вывод водорода наружу. Диаметр трубки, кстати, никак не должен превышать 8-ми миллиметров. Собранным водородом можно надуть шарик, который будет значительно легче окружающего воздуха, а значит — позволит ему подняться вверх. Честно сказать, подобные опыты практиковать нужно чрезвычайно внимательно и осторожно, иначе не избежать травм и ожогов.

Проект «Получение водорода методом электролиза» • Наука и образование ONLINE

Автор: Казаков Александр Артемович

Место работы/учебы (аффилиация): Лицей современных технологий управления № 2, г. Пенза, 4 класс

Научный руководитель: Кондрашин Владислав Игоревич

Во всем мире идет поиск экологически чистого источника энергии. Таким источником может быть водород, который применяется, прежде всего, в разных отраслях промышленности. В настоящее время все больше говорят о водороде как об экологически чистом виде топлива для автомобилей.

Существует множество различных способов получения водорода. Одни из них применяются уже давно, другие – это современные разработки. Сырьем для получения водорода является природный газ, уголь и нефть. И здесь возникает самая большая проблема из-за вредных выбросов при использовании этих ресурсов. Поэтому можно с уверенностью написать, что самый экологически чистый способ получения водорода – это электролиз воды.

Целью данной исследовательской работы было получение водорода методом электролиза воды.

Задачи, которые необходимо было решить во время исследований:

  1. Изучить условия необходимые для проведения электролиза;
  2. Сконструировать прибор – электролизер;
  3. Провести лабораторный опыт по электролизу воды и получить водород;
  4. Проверить, что выделился именно водород.

В процессе проведения опыта была изучена зависимость скорости протекания электролиза от чистоты воды в электролизере. Сделан вывод: электролиз проходит быстрее при наличии в воде катализатора, например поваренной соли.

При создании электролизера были испытаны электроды из различных металлов и разного размера. Выяснилось, что процесс электролиза зависит от использованных электродов (из какого материала они изготовлены, их размеров, расстояния между ними).

Для сбора водорода использовалась пробирка. Поскольку водород легче воздуха, он собирался вверху пробирки, постепенно вытесняя воздух. Чтобы проверить, собрался ли водород, нужно было поднести к краю пробирки огонь, например, зажженную спичку. Характерный хлопок означал сгорание водорода с одновременным выделением энергии, которую можно зафиксировать, если сжечь большее количество водорода. Также образовывалась вода (ее можно было наблюдать в пробирке в виде тумана).

Таким образом, получение водорода методом электролиза воды является доступным для проведения даже в домашних условиях. Однако у этого метода есть определенные недостатки. Во-первых, постоянно требуется электрическая энергия (в данной работе использовался источник постоянного тока). Во-вторых, при выделении водорода из электролита одновременно выделяется кислород. Смешиваясь, два этих газа образуют взрывоопасную смесь, поэтому метод довольно опасный. В-третьих, в процессе электролиза электроды также вступают в реакцию и быстро разрушаются.

При решении этих проблем получение водорода электролизом воды является простым и эффективным методом, поскольку основным источником водорода здесь служит вода, запасы которой на нашей планете огромны.

Норвежская команда обнаружила более дешевый способ производства водородного топлива

Опубликовано 23 августа 2019 г., 13:58 автор: Новости Близнецов

[Георг Матисен]

Норвежские ученые разработали материал, который может производить водород из водяного пара, а не из жидкой воды. Это окупается, потому что тепло дешевле электричества.

Результаты исследования были недавно опубликованы в журнале Nature Materials в статье «Смешанные протоно- и электронопроводящие двойные перовскитные аноды для стабильных и эффективных трубчатых протонно-керамических электролизеров.”

Водород может занять место, когда батареи больше не могут выполнять свою работу. Когда важно хранить большое количество энергии, например, больше, чем нужно для того, чтобы водить машину в течение нескольких часов, становится дешевле и эффективнее хранить ее в виде водорода.

Проще говоря, вы используете энергию для расщепления воды на водород и кислород. Когда вам нужно производить энергию, вы обращаете весь процесс вспять, повторно вводя водород и производя энергию и воду.

«Наиболее часто применяемый метод для этого остается таким же, как и метод, применявшийся на водородном заводе« Ваннстоффен »на электростанции Веморк в Телемарке столетие назад», — объясняют Эйнар Велестад и Рагнар Страндбакке.Воллестад — научный сотрудник SINTEF Industry и Strandbakke, аспирант Центра материаловедения и нанотехнологий Университета Осло.

Низкотемпературный электролиз

Речь идет о низкотемпературном электролизе. Метод стал лучше, дешевле и эффективнее, но по-прежнему требует много энергии.

«В течение многих лет практически ничего не происходило, потому что было очень дешево производить водород из природного газа, и потому что изменение климата не было проблемой, которую нужно было принимать во внимание», — говорит Веллестад.«Теперь, когда мы уделяем больше внимания возобновляемой энергии, акцент усилился».

Возобновляемая энергия означает большее колебание цен. Объемы доступной солнечной, ветровой и волновой энергии меняются в течение года. По этой причине более важно хранить энергию, вырабатываемую в дни пикового производства, и использовать ее, когда спрос превышает производство.

Вёллестад и Страндбакке в настоящее время работают над проектом ЕС, включающим исследовательские эксперименты при совершенно разных температурах.Они используют пар вместо жидкой воды для производства водорода.

«Тепло способствует реакции, и при более высоких температурах каталитическая активность намного выше», — говорят исследователи. Это означает, что для протекания реакции требуется меньше электроэнергии, что делает производимый водород более конкурентоспособным на рынке ». Тепло намного дешевле электричества », — говорит Веллестад.

Избегайте благородных металлов

«Работа при более высоких температурах дает дополнительное преимущество», — говорит Веллестад.«Необязательно использовать благородные металлы».

Дело в том, что следующее поколение низкотемпературных электролизеров (аппаратов, в которых происходит электролиз) требует платины и других дорогих благородных металлов, чтобы сделать водное деление эффективным. «При более высоких температурах и большей каталитической активности нам больше не нужны эти дорогие материалы для завершения реакции», — говорит он.

«Изготовить такую ​​трубу, наверное, не дешевле, чем произвести батарею.Но вам понадобится всего одна труба, чтобы произвести такое же количество энергии, которое потребовало бы нескольких батарей. По сравнению с батареями, наш процесс потребляет гораздо меньшие объемы сырья по сравнению с количеством энергии, которое хранится », — говорит исследователь SINTEF Эйнар Веллестад.

Проблема состояла в том, чтобы найти материалы, которые могут удовлетворить строгие требования, возникающие при температуре пара до 600 градусов. Здесь на сцену выходят материаловеды Веллестад и Страндбакке. Они начали со списка из 120 материалов, которые, по их мнению, могли бы подходить для различных аспектов процесса.

«Лучшие материалы для этой реакции, то есть те, которые мы считали лучшими, не выдерживают воздействия пара при таких температурах», — говорит Веллестад. «Мы использовали материал, который, как мы знали, был эффективным, но заметили, что он не выдерживает давления пара. Поэтому мы, наконец, решили выбрать этот материал и немного подправить химию », — говорит он.

Увеличить масштаб

Теперь у них есть первый электролизер, который эффективно работает с использованием пара под давлением и может быть расширен для использования в промышленных процессах.Однако недостаточно просто продемонстрировать это в небольшой лаборатории. Если исследования будут применяться на практике, должна быть возможность запускать процесс в более крупных масштабах.

«Мы изготовили трубы, которые будут использоваться, что делает систему полностью масштабируемой», — говорит Веллестад.

Последним преимуществом является то, что использование этого типа технологии и конструкции означает, что производимый водород полностью сухой. Все другие электролитические процессы производят водород, загрязненный водой или другими молекулами.Они должны быть отделены до того, как водород можно будет хранить под давлением. Это не очень сложный процесс, но дополнительная работа означает, что единицы установки должны быть больше.

Материал, который они используют, состоит из бария, лантана, гадолиния, кобальта и кислорода, и исследователи назвали его BGLC.

«Мы заменили часть бария в исходном материале на большее количество лантана с простой целью сделать его более простым», — говорит Веллестад.

Дешевле аккумуляторов…

Все это звучит дорого, но на самом деле с экономической точки зрения все в порядке.

«Изготовить такую ​​трубу, наверное, не дешевле, чем произвести батарею. Но вам понадобится всего одна труба, чтобы произвести такое же количество энергии, которое потребовало бы несколько батарей », — объясняет Веллестад.

Если мы рассмотрим трубу и батарею, запасающие одинаковое количество электроэнергии в течение одного часа, батарея будет дешевле.Но если вы хотите хранить такое же количество электроэнергии в течение 24 часов, вам понадобятся 24 батареи. Выбирая водород, вам по-прежнему требуется только одна труба. Вы просто продолжаете наполнять резервуар для хранения или, при необходимости, приобретаете резервуар большего размера.

«По сравнению с батареями, наш процесс потребляет гораздо меньшие объемы сырья по сравнению с количеством хранимой энергии», — говорит Веллестад.

Он считает водород хорошим вариантом, особенно в транспортном и промышленном секторах.В транспортном секторе водород подходит для перевозки на большие расстояния тяжелыми перевозчиками, такими как поезда, корабли и тягачи. В промышленном секторе Vøllestad выделяет производство стали, где в производственном процессе требуется большое количество тепла. Это тепло, которое можно использовать для нагрева воды для электролиза.

… в долгосрочной перспективе

Следующий шаг — перевести производственный процесс на коммерческую основу. Компания CoorsTek Membrane Sciences, которая участвует в проекте в качестве отраслевого партнера, прекрасно понимает, что это не произойдет в одночасье.

«Сроки разработки почти всех технологий, связанных с энергией, длинны, — говорит Пер Вестре, управляющий директор CoorsTek в Норвегии. — Между изобретением литий-ионной батареи и ее нынешним применением в миллионах автомобилей прошло много лет. . «

«Наша разработка керамических мембран для электрохимических процессов — долгосрочный проект. Нет сомнений в том, что рынок существует и что паровой электролиз будет интересен, если мы сможем разработать технологию по разумной цене », — говорит Вестре.

Исследование следующей задачи

«Есть еще много шагов, которые необходимо оптимизировать и развивать дальше», — вставляет Воллестад. «Метод производства должен быть обновлен, и мы должны продемонстрировать стабильность во времени. На сегодняшний день мы провели измерения на одной трубе для более чем 700 часов, но в промышленных масштабах вы должны построить систему, состоящую из сотни, тысячи или, возможно, десяти тысяч труб ».

Работа идет полным ходом.Исследование, в результате которого был получен материал BGLC, теперь опубликовано в июньском выпуске журнала Nature Materials. Публикация в таком престижном журнале требует времени, и работа значительно продвинулась со времени подачи статьи.

«Мы уже восемнадцать месяцев работаем над новым проектом ЕС, в котором мы работаем над решением следующих проблем», — говорят Веллестад и Страндбакке.

Эта статья любезно предоставлена ​​Gemini Research News и может быть найдена в исходной форме здесь.

Мнения, выраженные в данном документе, принадлежат автору и не обязательно принадлежат The Maritime Executive.

В поисках лучших способов получения водородного топлива из воды

С водородными электростанциями в Калифорнии, новым японским потребительским автомобилем и портативными водородными топливными элементами для электроники, водород в качестве источника топлива с нулевым уровнем выбросов теперь наконец становится реальностью для среднего потребителя. В сочетании с кислородом в присутствии катализатора водород выделяет энергию и связывается с кислородом с образованием воды.

Две основные трудности, мешающие нам получить водородную энергию. Все, что у нас есть, — это хранение и производство. В настоящее время производство водорода энергоемкое и дорогое. Обычно промышленное производство водорода требует высоких температур, больших мощностей и огромного количества энергии. Фактически, он обычно поступает из ископаемого топлива, такого как природный газ, и поэтому на самом деле не является источником топлива с нулевым уровнем выбросов. Удешевление, эффективность и экологичность процесса во многом сделают водород более широко используемым топливом.

Отличным и обильным источником водорода является вода. Но химически это требует обращения вспять реакции, в которой водород выделяет энергию при соединении с другими химическими веществами. Это означает, что мы должны вложить энергию в соединение, чтобы получить водород. Максимальное повышение эффективности этого процесса было бы значительным прогрессом на пути к экологически чистой энергии в будущем.

Один из методов включает смешивание воды с полезным химическим веществом, катализатором, для уменьшения количества энергии, необходимой для разрыва связей между атомами водорода и кислорода.Есть несколько многообещающих катализаторов генерации водорода, в том числе сульфид молибдена, графен и сульфат кадмия. Мои исследования направлены на изменение молекулярных свойств сульфида молибдена, чтобы сделать реакцию еще более эффективной и действенной.

Получение водорода

Водород — самый распространенный элемент во Вселенной, но в чистом виде он редко доступен. Скорее, он соединяется с другими элементами, образуя множество химических веществ и соединений, таких как органические растворители, такие как метанол, и белки в организме человека.Его чистая форма, H₂, может использоваться в качестве транспортабельного и эффективного топлива.

Есть несколько способов производства водорода для использования в качестве топлива. Электролиз использует электричество для разделения воды на водород и кислород. Паровая конверсия метана начинается с метана (четыре атома водорода, связанных с атомом углерода) и нагревает его, отделяя водород от углерода. Этот энергоемкий метод обычно используется в промышленности для производства водорода, который используется в таких вещах, как производство аммиака или очистка нефти.

Метод, на котором я остановился, — это фотокаталитическое расщепление воды. С помощью катализатора количество энергии, необходимое для «расщепления» воды на водород и кислород, может быть обеспечено другим богатым ресурсом — светом. Под воздействием света правильная смесь воды и катализатора производит кислород и водород. Это очень привлекательно для промышленности, поскольку позволяет нам использовать воду в качестве источника водорода вместо грязного ископаемого топлива.

Что такое катализаторы

Так же, как не каждые два человека начинают разговор, находясь в одном лифте, некоторые химические взаимодействия не происходят только потому, что эти два материала вводятся.Молекулы воды можно разделить на водород и кислород с добавлением энергии, но количество необходимой энергии будет больше, чем было бы произведено в результате реакции.

Иногда для работы нужна третья сторона. В химии это называется катализатором. С химической точки зрения катализатор снижает количество энергии, необходимое для реакции двух соединений. Некоторые катализаторы действуют только на свету. Эти соединения, как и диоксид титана, называются фотокатализаторами.

При добавлении фотокатализатора энергия, необходимая для расщепления воды, значительно снижается, так что усилие дает выигрыш в энергии в конце процесса. Мы можем сделать расщепление еще более эффективным, добавив другое вещество в роли сокатализатора. Сокатализаторы при производстве водорода изменяют электронную структуру реакции, делая ее более эффективной при производстве водорода.

На данный момент нет коммерческих систем для производства водорода таким способом.Отчасти это из-за стоимости. Лучшие катализаторы и сокатализаторы, которые мы обнаружили, эффективны при химической реакции, но очень дороги. Например, первая многообещающая комбинация диоксида титана и платины была открыта в 1972 году. Платина, однако, является очень дорогим металлом (более 1000 долларов США за унцию). Даже рений, еще один полезный катализатор, стоит около 70 долларов за унцию. Подобные металлы настолько редки в земной коре, что это делает их непригодными для крупномасштабных применений, даже несмотря на то, что разрабатываются процессы для вторичной переработки этих материалов.

В поисках нового катализатора

К хорошему катализатору предъявляется множество требований, например, способность рециркулировать и выдерживать тепло и давление, связанные с реакцией. Но не менее важно то, насколько распространен этот материал, потому что самые распространенные катализаторы являются самыми дешевыми.

Свойства хорошего фотокатализатора. Питер Бирли

Одним из новейших и перспективных материалов является сульфид молибдена MoS₂. Поскольку он состоит из элементов молибдена и серы, которые относительно распространены на Земле, он намного дешевле, чем более традиционные катализаторы, намного меньше доллара за унцию.Он также имеет правильные электронные свойства и другие атрибуты.

Щепа сульфида молибдена. Материаловед, CC BY-SA Одиночные слои сульфида молибдена (MoS₂) на стекле (SiO). Масштабная линейка составляет 10 микрометров (мкм). Питер Бирли

До конца 1990-х исследователи обнаружили, что сульфид молибдена не особенно эффективен при превращении воды в водород. Но это произошло потому, что исследователи использовали толстые куски минерала, по сути, в той форме, в которой он был добыт из земли.Однако сегодня мы можем использовать такие процессы, как химическое осаждение из паровой фазы или процессы на основе растворов, для создания гораздо более тонких кристаллов MoS₂ — вплоть до толщины одной молекулы — которые намного эффективнее извлекают водород из воды.

Сделать процесс еще лучше

Сульфид молибдена можно сделать еще более эффективным, изменив его физические и электрические свойства. Процесс, известный как «фазовый переход», делает больше вещества доступным для участия в реакции образования водорода.

Когда сульфид молибдена образует кристаллы, атомы и молекулы на внешней стороне твердой массы готовы принимать или отдавать электроны воде при возбуждении светом для создания водорода. Обычно молекулы MoS₂ внутри структуры не отдают или принимают электроны так же эффективно, как краевые узлы, и поэтому не могут так сильно помочь в реакции.

Но добавление энергии к MoS₂ путем бомбардировки его электронами или увеличения окружающего давления вызывает то, что называется «фазовым переходом».Это фазовое изменение — это не то, что вы изучаете в базовой химии (с участием одного вещества в форме газа, жидкости или твердого тела), а скорее небольшое структурное изменение в молекулярном расположении, которое превращает MoS₂ из полупроводника в металл.

В результате электрические свойства молекул внутри также становятся доступными для реакции. Это делает то же количество катализатора потенциально в 600 раз более эффективным в реакции выделения водорода.

Если методы, лежащие в основе такого прорыва, удастся усовершенствовать, то мы, возможно, сделаем большой шаг ближе к тому, чтобы сделать производство водорода более дешевым и эффективным, что, в свою очередь, продвинет нас к будущему, основанному на действительно чистой возобновляемой энергии.

Проект «Ветер-водород»

| Водородные и топливные элементы

Созданная в сотрудничестве с Xcel Energy, демонстрация NREL «ветер-водород» (Wind2h3) проект связывает ветряные турбины и фотоэлектрические (PV) батареи со стеками электролизеров, которые пропустить произведенную электроэнергию через воду, чтобы разделить ее на водород и кислород.

Полученный водород хранится для дальнейшего использования на водородной заправочной станции. или преобразованы обратно в электричество (через водородный двигатель внутреннего сгорания или топливо ячейка) и подается в энергосистему в часы пиковой нагрузки.

Расположенный в Национальном центре ветроэнергетики недалеко от Боулдера, Колорадо, Wind2h3 проект направлен на повышение эффективности системы производства водорода из возобновляемых источников. ресурсы в достаточно больших количествах и по достаточно низким ценам, чтобы конкурировать с традиционными источники энергии, такие как уголь, нефть и природный газ.

Компоненты системы

В проекте Wind2h3 используются две технологии ветряных турбин: Северные энергосистемы мощностью 100 кВт. ветряная турбина и ветряк Bergey мощностью 10 кВт.Обе ветряные турбины имеют регулируемую скорость, это означает, что скорость лезвия зависит от скорости ветра. Такие ветряные турбины производят переменные ток (переменный ток), который изменяется по величине и частоте (известный как дикий переменный ток) как ветер скорость меняется.

Энергия ветряной турбины мощностью 10 кВт преобразуется из дикой формы переменного тока в прямую. ток (постоянный ток), который затем используется батареей электролизера для производства водорода из воды.Энергия от ветряной турбины мощностью 100 кВт контролируется датчиком мощности, и ток батареи щелочной батареи мощностью 33 кВт изменяется пропорционально.

Два мембранных электролизера с полимерным электролитом HOGEN 40RE от Proton Energy Systems и один щелочной электролизер Teledyne HMXT-100 производят водород и кислород из воды. NREL изучает вопросы, связанные с интеграцией этих технологий, а также работа электролизеров с различным давлением газа на выходе.

После сжатия водорода он хранится для дальнейшего использования в водородном заводе. заправочной станции или преобразованы обратно в электричество и поданы в энергосистему во время часы пиковой нагрузки.

Research Focus

Исследования NREL сосредоточены на:

  • Изучение проблем интеграции на системном уровне, связанных с несколькими электролизерами, которые производить газообразный водород при разных давлениях
  • Оценка способности интегрировать энергию от ветряных турбин с регулируемой скоростью и Фотоэлектрические батареи непосредственно в водородные батареи имеющихся в продаже электролизеров.
  • Определение воздействия на систему и способности каждой технологии электролизера приспосабливаться переменный ввод энергии от ветряных турбин и фотоэлектрических батарей
  • Количественная оценка повышения эффективности на уровне системы и снижения затрат путем проектирования, создание и интеграция специальной силовой электроники типа «ветер-электролизер» для обеспечения более тесной связи ветровой и фотоэлектрической электроэнергии и электролизера требования к стеку
  • Получение опыта эксплуатации установки по производству водорода, в том числе сжатие продуктового газа и использование водородного двигателя внутреннего сгорания для генерировать электроэнергию в часы пиковой нагрузки
  • Оценка систем безопасности и средств управления для безопасной эксплуатации производства водорода технологии с различным потреблением энергии от ветряных и фотоэлектрических систем
  • Демонстрация работы системы преобразования ветра в водород для оценки / сокращения затрат и повышение эффективности
  • Изучение операционных проблем и возможностей, связанных с системами хранения энергии и их потенциал для решения проблем интеграции электрических систем, связанных с с переменными возобновляемыми источниками энергии.

Контакт

Кевин Харрисон

Электронная почта
303-630-2439

HyTech Power, возможно, решил водород, одну из самых сложных проблем в чистой энергии

Это странный химический поворот в том, что в самом обычном веществе на Земле: воде содержится топливо.

Водород — символ славы h3O — оказался чем-то вроде универсального элемента, швейцарского армейского ножа для получения энергии. Его можно производить без парниковых газов. Он легко воспламеняется, поэтому может использоваться в качестве топлива для сжигания. Его можно подавать в топливный элемент для производства электричества напрямую, без сжигания, с помощью электрохимического процесса.

Может храниться и распространяться в виде газа или жидкости. Его можно комбинировать с CO2 (и / или азотом и другими газами) для создания других полезных видов топлива, таких как метан или аммиак.Его можно использовать в качестве химического сырья в различных промышленных процессах, помогая производить удобрения, пластмассы или фармацевтические препараты.

Довольно удобно.

И это самый распространенный химический элемент во Вселенной, так что можно подумать, что у нас есть все, что нам нужно. К сожалению, это не так просто.

Выделять водород из других элементов, хранить его и преобразовывать обратно в полезную энергию — дорого как с точки зрения денег, так и энергии. Ценность, которую мы получаем от этого, никогда полностью не оправдывала того, что мы вкладываем в его производство.Это одна из тех технологий, которая, кажется, постоянно находится на грани прорыва, но никогда не достигает цели.

Уроженец Сиэтла Эван Джонсон считает, что он может это изменить. Он думает, что наконец-то понял, как разблокировать водородную экономику.

Джонсон — далеко не первый и не единственный человек, ставший этой целью. Но после 10 лет работы, испытаний и подготовки он разработал ряд технологий и практический бизнес-план, который проложил путь к реальному коммерческому масштабу использования водорода.

И хотя HyTech Power, где Джонсон является техническим директором, очевидно, стремится к финансовому успеху, Джонсон рассматривает свои продукты как нечто большее: способ использовать водород для немедленного уменьшения загрязнения при одновременном увеличении масштабов и снижении затрат, достаточных для внесения более фундаментальных изменений в энергетику. система.

Стационарный дизель-генератор с водородными форсунками HyTech. HyTech Power

HyTech нацелена на большой рынок, чтобы выйти на еще больший

HyTech Power, базирующаяся в Редмонде, штат Вашингтон, намеревается представить три продукта в течение ближайшего года или двух.

Первый будет использовать водород для очистки существующих дизельных двигателей, повышая их топливную эффективность на треть и устраняя более половины их загрязнения воздуха, со средней окупаемостью за девять месяцев, сообщает компания. Это потенциально огромный рынок с большим существующим спросом, который, как надеется HyTech, позволит капитализировать свой второй продукт — модернизацию, которая превратит любой автомобиль внутреннего сгорания в автомобиль с нулевым уровнем выбросов (ZEV), позволив ему работать на чистом водороде. В первую очередь это будет нацелено на крупные флоты.

И это станет третьим продуктом — тот, на который Джонсон положил глаз с самого начала, тот, который может произвести революцию и децентрализовать энергетическую систему — стационарный продукт для хранения энергии, предназначенный для конкуренции и, в конечном итоге, вытеснения с такими большими батареями, как Powerwall Теслы.

По крайней мере, таков план.

Мир энергетики, конечно, полон громких стартапов, и путь от прототипа к рыночному успеху долог и опасен. Для успеха HyTech потребуется нечто большее, чем просто умные технологии.Потребуется хорошее исполнение.

С этой целью компания недавно привлекла поддержку нескольких опытных руководителей Boeing, в том числе Джерри Аллина, который проработал 30 лет в Boeing и в декабре вышел на пенсию, чтобы возглавить расширение HyTech в качестве главного операционного директора.

Мягкая и неторопливая, с аккуратно подстриженной бородой, Аллин занимает небольшой офис на втором этаже бежевого здания HyTech, которое в основном занято огромным гаражом / мастерской. «Я очень скептически относился к технологии, как и в целом», — говорит он, но «как только я смог увидеть ее собственными глазами и понять физику, я подумал:« О, черт возьми ».Это действительно интересно! »

Его привлекло то, что исходные продукты не требуют новых рынков или инфраструктуры. «Теперь они действительно могут изменить мир», — говорит он. Главное — это в первую очередь дизельные двигатели. Их миллионы, они грязные и дорогие, и политики стараются их очистить. Это большой спрос. Компания «ожидает совершить много ошибок», — говорит Аллайн, но потенциальный рынок почти неизмеримо велик.

Работа в гараже HyTech, переоборудование больших дизельных грузовиков. HyTech Power

И ставки выше быть не могут. В последние годы стало ясно, что какое-то топливо с нулевым выбросом углерода, пригодное для хранения, горючее, если не , необходимо для полной декарбонизации энергетической системы, по крайней мере, чрезвычайно полезно.

Перед тем, как углубиться в продукты HyTech, стоит объяснить, почему доступный водород является такой заманчивой перспективой для тех, кто озабочен устойчивой энергетикой.

Проблема с водородом: его дорого собирать, хранить и преобразовывать.

Около 95 процентов мирового производства водорода осуществляется за счет парового риформинга метана (SMR), продувки природного газа высокотемпературным паром под высоким давлением.Это энергоемкий процесс, требующий использования ископаемого топлива и оставляющий после себя поток углекислого газа, поэтому его использование для обезуглероживания энергетической системы ограничено.

Но также можно извлечь водород непосредственно из воды с помощью электролиза — это процесс поглощения воды (содержащей различные «электрокатализаторы») электричеством, стимулируя химическую реакцию, которая расщепляет водород и кислород. Если электролиз проводится с использованием возобновляемой электроэнергии с нулевым выбросом углерода, полученный водород является топливом с нулевым выбросом углерода.

Это решает проблему углерода, но есть и другие. Водород в воде на самом деле не хочет выпускать кислород (они «прочно связаны»), поэтому их расщепление требует довольно много энергии. Полученный водород необходимо хранить, либо сжимая его в виде газа с помощью больших насосов, либо (слабо) связывая его с чем-то еще и храня в виде жидкости. Для этого газа или жидкости потребуется распределительная инфраструктура. Наконец, водород должен быть извлечен из хранилища и преобразован обратно в энергию путем его сжигания или пропуска через топливный элемент.

К тому времени количество энергии, вложенной в процесс, значительно превышает то, что можно получить обратно.

Это был барьер. Если сложить все затраты на преобразование энергии, «добыча» водорода для использования в энергетической системе с нулевым выбросом углерода, как правило, была убыточным бизнесом. Полезные услуги, предоставляемые водородом, не могут компенсировать энергию (и деньги), необходимые для ее производства и использования. По крайней мере, не на сегодняшний день.

Вот почему, хотя люди добывают и сжигают водород с 17-го века, двигатели и топливные элементы, работающие на водороде, существуют примерно с 19-го, а водород прошел через многочисленные циклы ажиотажа, вплоть до 21-го века. — разрекламированная «водородная экономика» так и не получила широкого распространения.

Таких не так уж и много. Shutterstock

Еще в конце 2000-х годов большинство экспертов в области энергетики списали водород. С тех пор изменились две вещи.

Доступный водород может устранить основные препятствия на пути к устойчивой энергетике

Главное, что изменилось, — это глобальный переход на чистую энергию. Для решения проблемы изменения климата мир фактически согласился полностью декарбонизировать энергетическую систему в течение столетия.Это вызвало интенсивное исследование инструментов, необходимых для создания системы с нулевым выбросом углерода.

Мы знаем, как производить электроэнергию с нулевым выбросом углерода (возобновляемые источники, гидроэнергетика, атомная энергия), поэтому один из ключевых шагов в декарбонизации — «электрифицировать все» или, по крайней мере, использовать как можно больше энергии.

Но широкомасштабная электрификация — непростая задача. Существует множество существующих приложений, работающих на горючем жидком топливе. Помимо практически всего транспорта, подумайте о миллионах и миллионах зданий по всему миру, отапливаемых нефтью или природным газом.

Большая часть транспорта может быть электрифицирована, и все эти печи теоретически можно заменить электрическими альтернативами, такими как тепловые насосы, но сделать все это за оставшееся время для обезуглероживания — поистине монументальная задача.

Конечно, было бы неплохо выиграть время, если бы у нас было жидкое топливо с нулевым выбросом углерода, которое мы могли бы просто использовать в этих существующих системах, чтобы сократить выбросы транспортных средств и приборов, которые мы уже используем. (Великобритания экспериментирует с отоплением домов водородом; Норвегия запретит любое использование мазута для отопления домов к 2020 году.)

Кроме того, если переменная возобновляемая энергия (солнце и ветер) должна обеспечивать большую часть или всю нашу энергию, нам понадобится какой-то способ хранить эту энергию, когда солнце и ветер не хватает. Нам потребуется не просто посекундное или почасовое хранение (которое вполне может обеспечить батареи), но и ежедневное, ежемесячное или ежегодное хранение (для которого батареи не подходят), чтобы гарантировать защиту от долговременных колебаний солнца и ветра. . Было бы неплохо, если бы мы могли хранить много резервной энергии в виде стабильного жидкого топлива.

Короче говоря, в наших планах по устойчивой энергетике есть дыра в форме водорода.

Второе, что изменилось, это то, что исследования, разработки и ранние рыночные испытания неуклонно снижали стоимость и повышали долговечность основных компонентов водородной технологии.

В целом, потребность в сочетании с инновациями может, наконец, означать, что под рукой есть рентабельные продукты. Вот почему «во всем мире наблюдается возрождение водородной активности», — говорит Адам Вебер, руководитель группы преобразования энергии в Национальной лаборатории Лоуренса Беркли.

Или, как недавно сказал Пьер-Этьен Франк, секретарь торговой группы Hydrogen Council, «2020-2030 годы будут для водорода такими же, как 1990-е годы для солнечной и ветровой энергии».

Несмотря на все недавние инновации, Джонсон снова и снова обнаруживал, что каждый раз, когда он отказывался от стандартных компонентов и создавал свои собственные — практически каждый элемент в продуктах HyTech спроектирован и изготовлен по индивидуальному заказу, с сырьем, заказанным через Интернет, — цена пошла вниз. Не знаю почему.”

Джонсон — высокий, стройный и светловолосый, заядлый мастер и строитель, глаза которого загораются, когда он говорит о технике. После учебы в Тихоокеанском университете Сиэтла он провел первые 10 лет своей 20-летней карьеры в области сжатия видео. Но работа в Норвегии с Innovation Norway над хранением водородной энергии привела к тому, что у него возникла проблема с водородом. С тех пор он стал истинным верующим. «Ставка на водород в будущем — лучшее, что вы можете сделать», — говорит он.

«Если электролиз действительно настолько дешевле, это меняет правила игры»

Начинается с электролизера, который извлекает водород из воды.Джонсон не смог найти такой дешевый, простой и эффективный, как он хотел, поэтому он построил свой собственный.

Электролизер HyTech (в данном случае присоединенный к стационарному дизель-генератору). HyTech Power

Это не на что смотреть, просто трубка, наполненная дистиллированной водой. Примерно в центре подвешена небольшая титановая пластина, покрытая специальной смесью электрокатализаторов, оптимизированных для разделения водорода и кислорода.Газы поднимаются с пластины непрерывным потоком пузырьков. Он полностью закрыт металлом, в нем нет движущихся частей, поэтому он чрезвычайно прочен и не требует значительного обслуживания.

В целом, по словам Джонсона, система «очень проста и бессмысленна». (Это тема, к которой он часто возвращается — предпочтение замкнутых, простых, полностью перерабатываемых систем.) Но благодаря эффективности электрокатализаторов, добавляет он, «очень точно, сколько энергии необходимо для производства необходимый водород.”

Джонсон может похвастаться тем, что его электролизер может производить водород примерно в три или четыре раза быстрее, чем электролизеры с аналогичной площадью основания, используя примерно треть электрического тока. Это означает постепенное снижение затрат.

«Очевидно, я не могу проверить их экономику издалека, — сказал мне Джеймс Бреннер из Национального центра исследований водорода при Технологическом институте Флориды, — но если электролиз действительно намного дешевле, это меняет правила игры».

Теперь давайте посмотрим, что HyTech планирует с этим делать.

Модернизация. HyTech Power

Способ очистки дизельных двигателей для рынка, который остро нуждается в одном

Первый продукт, дебют которого запланирован на апрель, является ключом ко всему остальному.

Это называется «Система внутреннего сгорания» (ICA), модификация двигателей внутреннего сгорания, которая позволяет им существенно повысить топливную эффективность и уменьшить загрязнение воздуха. Это достигается путем добавления к топливу крошечных количеств газообразного водорода и кислорода непосредственно перед его сгоранием в цилиндрах двигателя.Смесь HHO придает интенсивность сгоранию, позволяя топливу сгорать более полно, генерируя больше энергии и меньше загрязнений.

Система ICA может технически работать на любом двигателе внутреннего сгорания, но для начала HyTech нацелена на самые грязные двигатели с самой быстрой окупаемостью, а именно на дизельные двигатели — в транспортных средствах, таких как грузовики, автофургоны, автобусы и вилочные погрузчики, а также большие стационарные дизельные генераторы, которые по-прежнему обеспечивают резервное (и даже основное) питание миллионов людей во всем мире.

Все эти дизельные двигатели выделяют канцерогенный дым, содержащий твердые частицы (сажа) и оксиды азота (NOx), которые наносят вред здоровью человека. Штаты и города по всему миру борются с загрязнением воздуха дизельным топливом.

Но дизельные сажевые фильтры (DPF), которые задерживают частицы, дороги, требуют технического обслуживания и требуют частой замены. Жидкости для селективного каталитического восстановления (SCR), добавляемые в выхлопные газы для удаления NOx, сами по себе являются загрязнителями, и их необходимо часто менять.

Короче говоря, существует много дизельных двигателей, они очень грязные (ответственны за до 50 процентов загрязнения городского воздуха зимой), и многие люди тратят много денег, пытаясь их очистить. Это большой рынок.

Предложение

HyTech на этом рынке весьма примечательно: оно утверждает, что его ICA может повысить топливную экономичность дизельного двигателя на 20–30 процентов, уменьшить количество твердых частиц на 85 процентов и сократить выбросы NOx на 50–90 процентов.В сочетании с сажевым фильтром и некоторым количеством SCR он может дать дизельный двигатель, который соответствует официальным калифорнийским стандартам для автомобилей со «сверхнизким уровнем выбросов».

Стоимость преобразования грязного дизельного двигателя в относительно чистый: около 10 000 долларов на установку, которые, по оценке HyTech, окупятся за девять месяцев за счет сокращения расходов на топливо и техническое обслуживание.

Устройство помощи внутреннего сгорания (ICA) HyTech, установленное на большом дизельном двигателе.(Видите маленький ряд форсунок?) HyTech Power

HyTech — не первая и не единственная компания, разработавшая систему присадок HHO, но ничто на рынке не может сравниться с такими цифрами.

ICA достигает этой эффективности благодаря компьютеризированному контроллеру времени, который определяет и анализирует вращение коленчатого и распределительного валов, чтобы определить точное время и размер впрыска HHO. Предыдущие системы HHO более или менее заполняли двигатель HHO через воздухозаборник, но HyTech использует «впрыск через порт» с отдельным инжектором на впускном клапане каждого цилиндра, управляемым таймером.Каждый инжектор (размером примерно с человеческий волос) впрыскивает крошечные, точно отмеренные струи HHO в цилиндр именно тогда, когда это необходимо.

Такой уровень точности позволяет ICA использовать гораздо меньше водорода, чем его конкуренты, гораздо более эффективно. Небольшого бортового электролизера производит более чем достаточно.

Это смелые заявления, но пока они остаются верными. ICA был включен в список EPA как кандидат на технологию сокращения выбросов; Уважаемая испытательная фирма SGS обнаружила, что ICA повысила топливную экономичность грузовика FedEx на 27.4 процента; FedEx в настоящее время проводит дорожные испытания ICA на автопарке грузовиков и обнаруживает, что экономия топлива на 20–30 процентов выше, а затраты на техническое обслуживание сажевого фильтра значительно снизились. При стороннем тестировании и при ограниченных местных продажах в районе Редмонда ICA выполнила свои обещания.

Если он сможет сделать это в масштабе HyTech — надежно повысить экономию топлива на треть и снизить загрязнение почти до нуля с окупаемостью за девять месяцев — возможностей не будет конца. По оценкам компании, рынок очистных работ, включая портовые грузовики, грузовые суда, рефрижераторы, грузовики дальнего следования, автобусы, генераторы и все другие грязные дизельные двигатели, составляет 100 миллиардов долларов.

ICA не полагается на новую инфраструктуру или субсидии. Это способ выйти на большой рынок, немедленно сократить выбросы и накопить финансирование для долгосрочных усилий по полной замене дизельного топлива.

HyTech также хочет очистить существующие автомобили

Позже в этом году HyTech представит свою вторую линейку продуктов: модифицированные водородом автомобили с ДВС. Проще говоря, потребуется любой двигатель, который работает на дизельном топливе, бензине, пропане или СПГ, и переключить его на 100-процентный водород.(В настоящее время компания находится в процессе сертификации своего модифицированного продукта Калифорнийским советом по воздушным ресурсам как не имеющий выбросов.) Это позволит любому водителю получить автомобиль с нулевым уровнем выбросов по значительно меньшей цене, чем стоимость покупки нового электрического или электрического двигателя. автомобиль на водородных топливных элементах.

Джонсон признает, что, если бы он проектировал автомобиль с нуля, он бы спроектировал его на основе водородного топливного элемента без сгорания, но «мы не заинтересованы в том, чтобы становиться автомобильной компанией», — говорит он.Вместо этого HyTech хочет очистить существующие автомобили.

Не каждый может позволить себе автомобиль Toyota Mirai на водородных топливных элементах (от 58 365 долларов). Shutterstock

Для такого применения с чистым водородом (в отличие от смешанного HHO) электролизер немного отличается. Водород проходит через мембрану, которая лишает его остатков кислорода или азота, оставляя чистый водород для сгорания транспортного средства.(Это делает электролизер протонообменной мембраной, или PEM, электролизером, вариант, знакомый любителям водорода.)

По своему обыкновению, Джонсон разработал свою собственную мембрану, смешав сырье, чтобы создать что-то более эффективное и дешевое, чем другие продукты PEM на рынке.

Есть еще одно отличие, которое представляет собой еще одну из основных технологических разработок Джонсона.

Потребляемая мощность двигателя транспортного средства варьируется и может быстро увеличиваться и уменьшаться, поэтому системе необходимо хранить немного водорода в качестве буфера на случай, если он потребляет больше, чем может произвести электролизер.

Обычные автомобили на водородных топливных элементах (например, Toyota Mirai) хранят водород в виде сильно сжатого газа при давлении около 8000 фунтов на квадратный дюйм. Но со сжатым газом возникают самые разные проблемы. Для сжатия газа требуется много энергии, для этого требуется собственная специализированная инфраструктура, заправочные станции для сжатого газа чрезвычайно дороги в строительстве, а сжатый водород, ну, взрывоопасен, поэтому каждый полный бак, заполненный им, является потенциальной бомбой.

Джонсон не хочет иметь с этим ничего общего. Итак, он пошел другим путем.Его система хранит водород, слабо связанный с металлами в виде «гидридов», в инертном жидком растворе без давления (~ 200 фунтов на квадратный дюйм).

Проблема с гидридами была двоякой: а) создание связи, достаточно слабой, чтобы ее можно было разорвать без излишней энергии, когда необходимо высвободить водород, и б) увеличение плотности энергии образующейся жидкости. (На сегодняшний день большинство гидридных жидкостей обладают меньшей энергетической плотностью, чем сжатый водород, и намного меньше ископаемого топлива. Они весят слишком много для той энергии, которую они вырабатывают.)

Джонсон думает, что решил обе проблемы. Он не раскрывает подробностей используемых гидридов, но у него достаточно высокое соотношение мощности к весу, чтобы побить литий-ионные батареи (которые очень тяжелые), и достаточно слабую гидридную связь, чтобы ее можно было разорвать, используя только перенаправляем отработанное тепло от двигателя (не требуется дополнительного тепла или давления).

Более того, он работает с командой над наноматериалами для гидридов и ожидает «огромного скачка» в соотношении мощности к весу в ближайшие годы; в конечном итоге, по его словам, он хочет, чтобы плотность энергии была конкурентоспособной с ископаемым топливом.

Эффективный электролиз плюс эффективное накопление гидридов означает, что в результате модернизации Hy-Tech будет создан автомобиль с нулевым уровнем выбросов (ZEV) со средней дальностью полета 300 миль, сравнимый с электромобилями высокого класса, но способный работать с любым существующим транспортным средством. Когда я посетил завод HyTech в Редмонде, Джонсон отвез меня на обед в гигантском пикапе Ford Raptor, работающем на водороде.

Ford Raptor, работающий на чистом водороде. HyTech Power

Есть два способа «заправить» автомобиль.Медленный способ — включить его на ночь, чтобы электролизер мог заполнить бак. Самый быстрый способ — заполнить его раствором гидрида, который можно получить на месте, дома или на заправочной станции, не имея ничего, кроме электролизера, немного дистиллированной воды и резервуара.

Пока не существует инфраструктуры для поддержки такой быстрой заправки, но это не похоже на сжатый водород под высоким давлением, подчеркивает Джонсон. Это не опасно; не производит токсичных побочных продуктов; он не требует множества государственных правил безопасности и правоприменения; Теоретически, на заправочных станциях «мама и папа» можно было бы довольно дешево запустить заправку.

Несколько утопическое видение Джонсона состоит в том, что в конечном итоге в каждом доме и на предприятии будет электролизер и полный бак связанного водорода, который можно будет использовать либо для выработки электроэнергии для здания (подробнее об этом в третьей фазе), либо для топлива водородных транспортных средств.

По словам Джонсона, цель — оставить двигатели внутреннего сгорания, но «это все равно что бросить курить — все хотят остыть. Этого просто не произойдет «. Модернизация существующих транспортных средств за небольшую часть стоимости нового транспортного средства с нулевым уровнем выбросов позволит компании быстро начать сокращение транспортных выбросов.

Святой Грааль HyTech: долгосрочное и доступное хранилище энергии

Наконец, получив финансирование и капитализацию за счет продуктов для модернизации, HyTech приступит к производству аккумуляторов энергии. Его масштабируемое хранилище энергии (SES) предназначено для конкуренции с большими батареями, такими как Powerwall от Tesla, либо в качестве локального хранилища для домов и предприятий, либо в качестве хранилища в масштабе сети, подключенного к крупным солнечным и ветряным электростанциям.

Идея хранения водородной энергии заключается в том, что когда-нибудь скоро будут регулярные периоды, когда ветер и солнце вырабатывают электроэнергию, значительно превышающую спрос.Эти излишки энергии будут стоить очень дешево — на самом деле, мы будем искать способы не тратить их зря.

Одна из все более популярных идей — «энергия в газ», то есть преобразование этой избыточной энергии в водород и его хранение. «Водород — это, наверное, самое простое, что вы можете сделать при низких ценах на электроэнергию», — говорит Вебер.

Часть этого водорода может быть закачана в существующие газопроводы, что снизит углеродоемкость газа. Некоторые из них могут быть объединены с диоксидом углерода для создания другого жидкого топлива.И некоторые из них можно было бы напрямую преобразовать обратно в энергию с помощью топливных элементов. «Стационарное хранилище — это прекрасная потенциальная возможность для водородных топливных элементов», — говорит Леви Томпсон, директор Лаборатории технологий водородной энергетики Мичиганского университета.

Проблема, опять же, заключалась в том, что сквозная эффективность накопления водородной энергии на основе электролиза обычно была меньше половины, чем достигается литий-ионной батареей.

Плохой рисунок, иллюстрирующий хранение водородной энергии. Shutterstock

И снова Джонсон думает, что сломал его.

Вот как работает система SES HyTech: энергия поступает (в идеале от солнечных панелей или ветряных турбин) для запуска электролизера. Произведенный водород либо поступает в топливный элемент (да, Джонсон построил свой собственный), либо связывается в виде гидридов и хранится в резервуаре. Когда требуется энергия, гидридные связи разрываются с использованием отработанного тепла системы, высвобождая больше водорода для топливного элемента.

Избегая сжатия и обнаружив достаточно слабую гидридную связь, чтобы ее можно было разорвать отходящим теплом, Джонсон заметно повысил эффективность.Он еще больше повысил эффективность с помощью другой умной техники. В большинстве хранилищ водорода используются огромные электролизеры и топливные элементы, которые не могут точно масштабировать производство энергии в соответствии с потребностями. Джонсон разбил свою систему на модули: она содержит стопки электролизеров и топливных элементов меньшего размера, которые можно запускать по одному по мере роста спроса. «Глупо просто, — говорит он с улыбкой.

Внешне SES работает как большая батарея, но есть отличия и компромиссы.

С другой стороны, несмотря на то, что он значительно увеличил сквозную эффективность по сравнению с водородными конкурентами, Джонсон все еще не совсем соответствовал эффективности батарей.Он говорит, что на данный момент эффективность SES составляет около 80 процентов. По крайней мере, когда они новые, традиционные свинцово-кислотные батареи составляют около 90 процентов, а литий-ионные батареи — около 98 процентов или выше, хотя все батареи со временем изнашиваются. (Джонсон ожидает, что эффективность SES будет продолжать расти по мере разработки новых материалов для своих электролизеров и топливных элементов — он думает, что 85 или 90 процентов находятся в пределах досягаемости.)

С другой стороны, SES прослужит намного дольше, чем батарея, пройдя более 10 000 циклов зарядки и разрядки, по сравнению с примерно 1000 для литий-ионной батареи.Это приблизит срок ее службы к сроку службы типичной солнечной панели, что позволит более удобно соединять эти две батареи.

В отличие от аккумуляторов, которые нельзя полностью зарядить или разрядить из-за страха ухудшения характеристик, SES может перейти от 100-процентной емкости до 0 и обратно без повреждений.

И когда он действительно изнашивается, в отличие от батарей, SES полностью подлежит переработке. Металлы плавятся, перетираются и используются повторно; вода перегоняется.

Лучше всего то, что раствор гидрида может храниться неограниченное время без обслуживания или потери потенциала.Его не нужно сжимать или охлаждать, как сжатый водород. Он не разлагается, как электрохимический заряд аккумуляторов. Гидриды можно хранить столько, сколько необходимо.

Это делает SES фантастическим кандидатом на долгосрочное хранение энергии, святым Граалем действительно устойчивой энергетической системы. Если бы электричество было дешевым и достаточно обильным, в принципе не было бы ограничений на количество резервной энергии, которую можно было бы накапливать.

Это также делает SES идеально подходящим для распределенной энергетической системы.Без движущихся частей, надежных компонентов, устойчивых к экстремальным температурам и погодным условиям, и 98-процентной возможности вторичной переработки, это был бы чрезвычайно простой способ для любого, у кого есть несколько солнечных панелей, получить степень энергетической независимости. Это может быть особенным благом для удаленных, автономных сообществ.

Жутко горящий электролизер. HyTech Power

Какова бы ни была судьба HyTech, потребность в водороде вызовет инновации

Распределенная безуглеродная водородная экономика — это то, о чем размышляет Джонсон, когда дает себе время подумать.Но в наши дни перед нами стоит более неотложная задача: запустить HyTech.

Ни один из экспертов по водороду, с которыми я разговаривал, не обнаружил каких-либо особых тревожных сигналов в технических заявлениях HyTech, но все они проявили с трудом завоеванный скептицизм «шоу-не-говори». В водородном мире произошли многие новые большие события. История усеяна трупами многообещающих стартапов, которые не смогли воплотить свои инновации в жизнеспособные рыночные продукты.

Тем не менее, Hytech, кажется, находится в хороших позициях, с надежной командой руководителей, некоторым ранним финансированием, положительными результатами испытаний, партнерскими отношениями с такими крупными игроками, как FedEx и Caterpillar, а также целевым рынком с продемонстрированным спросом на ее продукцию.Скорее всего, через год или два мы узнаем, справились ли они с этим.

В любом случае, по мере того, как стремление к устойчивой энергетической системе набирает силу, потребность в водороде будет только расти. Нам нужно топливо с нулевым выбросом углерода и нам нужно долгосрочное хранение энергии. Водород подходит обоим счетам.

Когда есть большая социальная потребность и деньги, люди становятся умными. Если Джонсон сможет добиться нескольких поэтапных достижений в водородной технологии, совершая покупки в Интернете и возясь в своей лаборатории, скоро другие сделают то же самое.А по мере выхода продуктов на рынок масштабирование приведет к снижению затрат, как это произошло с ветряной и солнечной энергией.

Во многих отношениях доступный водород — это последняя часть головоломки в области устойчивой энергетики, энергоноситель, который может заполнить трещины в системе, работающей в основном на ветровой и солнечной энергии. За прошедшие годы его несколько раз оставляли умирать, но, поскольку мир серьезно относится к декарбонизации, водород, наконец, может выиграть свой день на солнце.


У нас есть заявка

В такие моменты, когда люди пытаются понять варианты и вакцины, а дети возвращаются в школу, многие торговые точки снижают свой платный доступ.Контент Vox всегда бесплатный, отчасти благодаря финансовой поддержке наших читателей. Мы освещаем пандемию Covid-19 более полутора лет. С самого начала нашей целью было внести ясность в хаос. Чтобы предоставить людям информацию, необходимую для обеспечения безопасности. И мы не останавливаемся.

К нашему удовольствию, вы, наши читатели, помогли нам достичь нашей цели — добавить 2500 финансовых взносов в сентябре всего за 9 дней. Итак, мы ставим новую цель: добавить 4500 взносов к концу месяца.Поддержка читателей помогает обеспечить бесплатное покрытие и является важной частью нашей ресурсоемкой работы. Поможете ли вы нам достичь нашей цели, сделав взнос в Vox всего за 3 доллара?

Большие надежды на водород | Национальная электросетевая группа

Решение найти более чистую альтернативу природному газу или метану есть повсюду. Водород — самый распространенный элемент во Вселенной, составляющий 90 процентов всех атомов. Но хотя он присутствует почти во всех молекулах живых существ на Земле в виде газа, его очень мало — менее одной части на миллион по объему.Вместо этого он содержится в наибольших количествах в виде воды и других знакомых веществ, таких как метан или «природный» газ.

В течение многих лет мы использовали метан для обогрева наших домов и предприятий, а также на электростанциях для выработки электроэнергии; в настоящее время 85% домов и 40% электроэнергии в Великобритании работают на газе. Причина, по которой мы продолжаем использовать метан, заключается в том, что это легкодоступный ресурс, он экономически эффективен и является более чистой альтернативой углю, который мы исторически использовали для отопления и выработки электроэнергии.Однако при горении метан по-прежнему выделяет углерод, который способствует изменению климата.

Почему водород?

В настоящее время основное внимание уделяется обезуглероживанию нашей газовой промышленности, и водород обеспечивает решение, поскольку при сгорании или сгорании единственным побочным продуктом, который он выделяет, является вода. Но для того, чтобы водород стал жизнеспособной альтернативой, мы должны иметь возможность производить его в больших масштабах и адаптировать нашу текущую инфраструктуру.

Водород можно производить из метана в больших объемах, используя один из двух основных методов.Реформирование метана с водяным паром — наиболее распространенный метод производства водорода в больших объемах, на который приходится большая часть мирового производства. В этом методе используется установка риформинга, которая реагирует паром при высокой температуре и давлении с метаном и никелевым катализатором с образованием водорода и окиси углерода. В качестве альтернативы автотермический риформинг использует кислород и диоксид углерода или водяной пар для реакции с метаном с образованием водорода. Обратной стороной этих двух методов является то, что они производят углерод в качестве побочного продукта, поэтому нам нужно будет изучить решения по улавливанию углерода, чтобы улавливать и хранить этот углерод.

Более экологичной альтернативой является электролиз, который в настоящее время доступен в небольших масштабах, но открывает большие возможности в будущем. В этом процессе используется электричество для расщепления воды на водород и кислород. Преимущество заключается в том, что он производит чистый водород без вредных побочных продуктов. Поскольку он использует электричество, он также предлагает возможность отвести любое избыточное электричество, которое трудно хранить (например, излишки энергии ветра), на электролиз, используя его для создания газообразного водорода, который вы можете хранить для будущих потребностей в энергии.

Работа в направлении чистого нуля

Поскольку Великобритания стремится к 2050 году стать одной из первых в мире стран с чистой нулевой экономикой, пора для газового сектора продемонстрировать, что у нас есть жизнеспособный путь к декарбонизации. В National Grid мы тестируем способы безопасной транспортировки водорода по сети передачи в рамках нашей программы по национальной системе передачи водорода (HyNTS).

Инициатива One HyNTS — это проект Кавендиш, который изучает способы производства, хранения или импорта водорода на острове Грейн в Кенте, чтобы доставлять водород на юг Лондона.Проект был назван в честь Генри Кавендиша, который открыл водород в своей лаборатории в Южном Лондоне в 1766 году.

В других проектах подробно рассматривается вопрос о том, как мы можем транспортировать водород или смесь водорода и метана по газотранспортной сети. Удаление водородных смесей позволит нам начать поэтапный подход к будущей конверсии. Это работает путем подачи смеси водорода и метана через сеть, а затем разгрузки водорода в области, которые готовы переключиться только на водород; продолжая подавать в другие районы только метан или определенную смесь двух газов.

Пока рано говорить, сможем ли мы везде перевести водород на 100%, поскольку есть и другие варианты; например, зеленый газ или биогаз, производимый из отходов. Это синтетический газ, получаемый при расщеплении растительного сырья или отходов. Этот газ действительно выделяет углерод, но это компенсируется углеродом, взятым из атмосферы, за счет выращивания растений, которые в конечном итоге становятся сырьем, или за счет рекуперации энергии из отходов.

Будущее водорода

Водород обладает огромным потенциалом декарбонизации гораздо больше, чем метан, который мы используем для обогрева домов или приготовления пищи.Уже есть автомобили, которые работают на водородных топливных элементах, а в Германии есть 60 водородных заправочных станций, которые позволяют заправляться так же, как бензином или дизельным топливом. Водород можно даже использовать для заправки грузовых автомобилей автомобильным, воздушным и морским транспортом — в некоторых странах уже есть грузовые автомобили, работающие на водороде, а в Японии строится первый танкер с жидким водородом. Действительно, Олимпийские игры в Токио этим летом продемонстрируют, как страна развивает водород.

Подача водорода в дома

Однако для того, чтобы привнести в наши дома более чистый водородный газ, потребуется больше, чем просто потенциал.Обезуглероживание тепла будет означать изменения в доме — например, водородные котлы, плиты и газовые камины. Производители уже построили котлы, полностью работающие на водороде, так что технология есть; теперь ему нужен объединенный подход, чтобы помочь в установке других водородных бытовых приборов.

Если вы оглянетесь на переход на цифровое телевидение в период с 2007 по 2012 год — когда правительство подготовило всех к замене аналоговых телевизоров на готовые к цифровому телевидению, — после того, как наступил окончательный переход, потрясений было очень мало.То же самое могло произойти с водородом. Если бы правительство потребовало, чтобы водородные котлы были установлены в существующих и новых объектах в течение 10-15 лет, к тому времени, когда мы перешли на водород, это был бы более плавный переход.

За последние несколько десятилетий мы стали свидетелями того, как уголь, самое грязное ископаемое топливо, исчез из структуры энергоснабжения. Это отличные новости, но бензин взял на себя часть этой нагрузки. Если мы действительно хотим достичь чистого нуля, декарбонизированного будущего, мы должны работать вместе, чтобы заменить метан экологически чистыми альтернативами, такими как водород и биогаз.

Водородное топливо

набирает обороты, но вот почему оно не стало массовым • Журнал Trojan Family

Водородное топливо, которое запускает ракеты НАСА в космос и обеспечивает электроэнергией через топливные элементы, производит только один продукт отходов: воду, настолько чистую, что экипаж астронавтов может ее пить.

Здесь, на Земле, первые автомобили, работающие на водородных топливных элементах, появятся на рынке в 2015 году, обещая более чистый воздух и более здоровую планету. Но если вы еще не видели его на дороге, вы не одиноки.В США их менее 7000. Так почему же водород не стал популярным в качестве альтернативы бензиновым двигателям?

Пол Ронни, профессор аэрокосмической и механической инженерии Университета Калифорнии в Витерби, изучающий процессы горения и движения, говорит, что водород имеет некоторые препятствия, в том числе эффективность и стоимость. Он изучает, что нужно, чтобы преодолеть некоторые из них. Здесь он рассказывает о роли водорода в области альтернативных видов топлива.

Какие преимущества предлагают автомобили на водородных топливных элементах?

Они не выделяют парниковые газы из выхлопной трубы, поэтому могут уменьшить загрязнение в городских районах с плохой циркуляцией воздуха, таких как Южная Калифорния в США и многие крупные города в Индии и Китае.

Автомобили, работающие на водороде, безупречно чисты. Почему мы все не ведем их?

Чистого водорода на Земле практически нет, потому что он очень реактивный. Большая часть водорода производится из метана [природного газа] в процессе производства двуокиси углерода и других парниковых газов.Водород также можно получить из воды с помощью электролиза, но для этого требуется электроэнергия. Чтобы добиться этого, мы вернемся к сжиганию ископаемого топлива.

Можно ли производить водород, не создавая парниковых газов?

Солнечное электричество можно использовать для разделения воды на водород и кислород с помощью электролиза. Поскольку солнечная энергия обеспечивает лишь часть всей электроэнергии, вырабатываемой в США, использование солнечной электроэнергии для производства водорода не снижает выбросы парниковых газов. Это может измениться, если в будущем будет наращиваться производство электроэнергии на основе солнечной энергии.

Чистота водорода зависит от энергии, используемой для его производства. Есть ли другие ограничения?

Водород в транспортных средствах должен сжиматься в дорогих резервуарах высокого давления, для чего, как вы уже догадались, требуется энергия. Современные водородные автомобили используют топливные элементы для преобразования химической энергии в энергию. Топливные элементы очень дороги, потому что они сложны и требуют дорогих материалов, таких как платина.

Мы можем это обойти?

Топливные элементы привлекательны, потому что теоретически они преодолевают ограничения эффективности, связанные с традиционными двигателями внутреннего сгорания.Думайте о потраченной впустую энергии как о тепле и шуме в традиционном автомобиле. В то время как многие ученые изучают способы сделать более дешевые топливные элементы, в моих исследованиях используется другой подход: повышение эффективности двигателей внутреннего сгорания, использующих водород.

Каковы преимущества сжигания водорода?

Прежде всего, двигатели внутреннего сгорания дешевы в производстве и могут быть легко модифицированы для работы на водороде. Как и в случае с топливными элементами, основными отходами являются вода, а не углекислый газ.Кроме того, в отличие от бензина, водород хорошо горит в «условиях обеднения топлива», когда кислорода намного больше, чем топлива. Это хорошо для топливной экономичности, а также значительно снижает выбросы оксидов азота.

Как насчет использования водорода в стационарных установках?

Транспортному сектору было поручено нести основную ответственность за сокращение выбросов парниковых газов, несмотря на то, что он вносит только одну треть. Если мы серьезно настроены противодействовать изменению климата, нам необходимо также отказаться от ископаемого топлива в неавтомобильных приложениях.Идея прокачки водорода в дома или на предприятия кажется надуманной, но это возможно. Существующая инфраструктура сжиженного природного газа может быть модифицирована для использования водорода. Воспламеняемость водорода представляет собой проблему с точки зрения безопасности, но при правильных мерах предосторожности эти опасения можно уменьшить — электричество опасно, но мы все его используем.

Наука и технологии Социальное воздействиеАэрокосмическая промышленность и машиностроениеЭнергетикаОкружающая средаУстойчивое развитие Транспорт

Солнечная панель разделяет воду для производства водорода

Ученым уже несколько десятилетий известно, что выбросы твердых частиц с судов могут оказывать сильнейшее влияние на низколежащие слоисто-кучевые облака над океаном.На спутниковых снимках части океанов Земли испещрены яркими белыми полосами облаков, которые соответствуют морским путям. Эти искусственно освещенные облака являются результатом крошечных частиц, производимых кораблями, и они отражают больше солнечного света обратно в космос, чем невозмущенные облака, и гораздо больше, чем темно-синий океан под ними. Поскольку эти «корабельные следы» блокируют часть солнечной энергии от достижения поверхности Земли, они предотвращают некоторое потепление, которое в противном случае произошло бы.

Формирование корабельных следов регулируется теми же основными принципами, что и все образования облаков.Облака появляются естественным образом, когда относительная влажность превышает 100 процентов, вызывая конденсацию в атмосфере. Отдельные облачные капли образуются вокруг микроскопических частиц, называемых ядрами конденсации облаков (CCN). Вообще говоря, увеличение CCN увеличивает количество облачных капель при уменьшении их размера. Через явление, известное как Эффект Туми , эта высокая концентрация капель увеличивает отражательную способность облаков (также называемую альбедо , ). Источники CCN включают аэрозоли, такие как пыль, пыльца, сажа и даже бактерии, а также антропогенные загрязнения с фабрик и кораблей.В удаленных частях океана большинство CCN имеют естественное происхождение и включают морскую соль от ударов океанских волн.

Спутниковые снимки показывают «следы кораблей» над океаном: яркие облака, которые образуются из-за частиц, выброшенных кораблями. Джефф Шмальц / Группа быстрого реагирования MODIS / GSFC / NASA

Целью проекта MCB является рассмотрение вопроса о том, может ли намеренное добавление большего количества морской соли CCN к низким морским облакам охладить планету. CCN будет образовываться путем распыления морской воды с судов.Мы ожидаем, что распыленная морская вода мгновенно высохнет в воздухе и образует крошечные частицы соли, которые поднимутся в облачный слой за счет конвекции и будут действовать как семена для облачных капель. Эти сгенерированные частицы будут намного меньше, чем частицы от ударов волн, поэтому будет только небольшое относительное увеличение массы морской соли в атмосфере. Цель состоит в том, чтобы создать облака, которые будут немного ярче (на 5-10 процентов) и, возможно, более продолжительными, чем обычные облака, в результате чего больше солнечного света будет отражаться обратно в космос.

« Солнечное вмешательство в климат» « — это общий термин для таких проектов, как наш, которые включают отражение солнечного света для уменьшения глобального потепления и его наиболее опасных последствий. Другие предложения включают разбрызгивание отражающих силикатных шариков на полярные ледяные щиты и введение материалов с отражающими свойствами, таких как сульфаты или карбонат кальция, в стратосферу. Ни один из подходов в этой молодой области недостаточно изучен, и все они несут потенциально большие неизвестные риски.

Вмешательство солнечного климата , а не — замена для сокращения выбросов парниковых газов, что является обязательным условием. Но такое сокращение не повлияет на потепление от существующих парниковых газов, которые уже находятся в атмосфере. Поскольку последствия изменения климата усиливаются и достигаются переломные моменты, нам могут потребоваться варианты предотвращения самых катастрофических последствий для экосистем и жизни человека. И нам потребуется четкое понимание как эффективности, так и рисков, связанных с технологиями солнечного воздействия на климат, чтобы люди могли принимать информированные решения о том, следует ли их внедрять.

Наша команда, базирующаяся на Вашингтонский университет , Исследовательский центр Пало-Альто (PARC) и Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория объединяют экспертов в области моделирования климата, взаимодействия аэрозолей и облаков, динамики жидкости и систем распыления. Мы видим несколько ключевых преимуществ в повышении яркости морских облаков по сравнению с другими предлагаемыми формами воздействия солнечного климата на климат. Использование морской воды для образования частиц дает нам свободный, обильный источник экологически безвредного материала, большая часть которого будет возвращена в океан в результате осаждения.Кроме того, MCB может быть выполнен с уровня моря и не будет зависеть от самолетов, поэтому затраты и связанные с ними выбросы будут относительно низкими.

Воздействие частиц на облака носит временный и локальный характер, поэтому эксперименты с MCB можно проводить на небольших площадях и в короткие периоды времени (возможно, распыление в течение нескольких часов в день в течение нескольких недель или месяцев) без серьезного воздействия на окружающую среду или глобальный климат. Эти небольшие исследования все же дадут важную информацию о влиянии осветления.Более того, мы можем быстро прекратить использование MCB с очень быстрым прекращением его действия.

Солнечное вмешательство в климат — это общий термин для проектов, которые включают отражение солнечного света для уменьшения глобального потепления и его наиболее опасных последствий.

Наш проект охватывает три важнейшие области исследований. Во-первых, нам нужно выяснить, можем ли мы надежно и предсказуемо увеличить отражательную способность. Для этого нам нужно количественно оценить, как добавление сгенерированных частиц морской соли изменяет количество капель в этих облаках, и изучить, как облака ведут себя, когда в них больше капель.В зависимости от атмосферных условий MCB может влиять на такие вещи, как скорость испарения облачных капель, вероятность выпадения осадков и время жизни облаков. Количественная оценка таких эффектов потребует как моделирования, так и полевых экспериментов.

Во-вторых, нам нужно больше моделирования, чтобы понять, как MCB повлияет на погоду и климат как на местном, так и на глобальном уровне. Крайне важно изучить любые негативные непредвиденные последствия с помощью точного моделирования, прежде чем кто-либо подумает о реализации. Наша команда изначально фокусируется на моделировании реакции облаков на дополнительные CCN.В какой-то момент нам придется проверить нашу работу с мелкомасштабными полевыми исследованиями, которые, в свою очередь, улучшат региональное и глобальное моделирование, которое мы будем запускать, чтобы понять потенциальные воздействия MCB при различных сценариях изменения климата.

Третьей важной областью исследований является разработка распылительной системы, которая может производить частицы такого размера и концентрации, которые необходимы для первых небольших полевых экспериментов. Ниже мы объясним, как мы решаем эту проблему.

Одним из первых шагов в нашем проекте было определение облаков, наиболее подверженных осветлению.Посредством моделирования и наблюдательных исследований мы определили, что наилучшей целью является слоисто-кучевых облаков , которые являются низковысотными (около 1-2 км) и неглубокими; нас особенно интересуют «чистые» слоисто-кучевые облака, в которых мало CCN. Увеличение альбедо облаков с добавлением CCN обычно сильно в этих облаках, тогда как в более глубоких и высококонвективных облаках их яркость определяют другие процессы. Облака над океаном, как правило, представляют собой чистые слоисто-кучевые облака, что хорошо, потому что повышение яркости облаков над темными поверхностями, такими как океан, приведет к наибольшему изменению альбедо.Они также удобно расположены рядом с жидкостью, которую мы хотим распылить.

В явлении, называемом эффектом Туми, облака с более высокой концентрацией мелких частиц имеют более высокое альбедо, что означает, что они обладают большей отражающей способностью. Вероятность появления дождя в таких облаках меньше, а удерживаемая облачная вода будет поддерживать высокое альбедо. С другой стороны, если сухой воздух сверху облака смешивается (унос), облако может производить дождь и иметь более низкое альбедо. В полной мере влияние MCB будет заключаться в сочетании эффекта Туми и этих настроек облака. Роб Вуд

Основываясь на нашем типе облака, мы можем оценить количество генерируемых частиц, чтобы увидеть измеримое изменение альбедо. Наш расчет включает типичные концентрации аэрозолей в чистых морских слоисто-кучевых облаках и увеличение концентрации CCN, необходимое для оптимизации эффекта осветления облаков, который, по нашим оценкам, составляет от 300 до 400 на кубический сантиметр. Мы также принимаем во внимание динамику этой части атмосферы, называемой морским пограничным слоем, учитывая как глубину слоя, так и примерно трехдневную продолжительность жизни частиц в нем.С учетом всех этих факторов, по нашим оценкам, одна система распыления должна непрерывно подавать примерно 3х10 15 частиц в секунду в облачный слой, который покрывает около 2000 квадратных километров. Поскольку вероятно, что не каждая частица достигнет облаков, мы должны стремиться к тому, чтобы на порядок или два больше.

Мы также можем определить идеальный размер частиц на основе начальных исследований моделирования облаков и соображений эффективности. Эти исследования показывают, что распылительная система должна генерировать капли морской воды, которые при высыхании превращаются в кристаллы соли диаметром всего 30–100 нанометров.Если размер меньше, то частицы не будут действовать как CCN. Частицы размером более пары сотен нанометров по-прежнему эффективны, но их большая масса означает, что на их создание тратится энергия. А частицы, размер которых значительно превышает несколько сотен нанометров, могут иметь негативный эффект, поскольку они могут вызвать выпадение дождя, которое приведет к потере облаков.

Нам необходимо четкое понимание как эффективности, так и рисков, связанных с технологиями солнечного воздействия на климат, чтобы люди могли принимать информированные решения о том, следует ли их внедрять.

Создание сухих кристаллов соли оптимального размера требует разбрызгивания капель морской воды диаметром 120–400 нм, что на удивление трудно сделать с точки зрения энергоэффективности. Обычные форсунки, в которых вода проходит через узкое отверстие, создают туман диаметром от десятков микрометров до нескольких миллиметров. Чтобы уменьшить размер капель в десять раз, давление через сопло должно увеличиться более чем в 2000 раз. Другие распылители, такие как ультразвуковые распылители в домашних увлажнителях, также не могут производить достаточно маленькие капли без чрезвычайно высоких частот и требований к мощности.

Решение этой проблемы потребовало нестандартного мышления и опыта в производстве мелких частиц. Это где Armand Neukermans пришел.

После успешной карьеры в HP и Xerox, специализирующихся на производстве частиц тонера и струйных принтеров, в 2009 году к Нойкермансу обратились несколько выдающихся ученых-климатологов, которые попросили его применить свои знания в области создания капель морской воды. Он быстро собрал кадры добровольцев — в основном инженеров и ученых на пенсии ., и в течение следующего десятилетия эти самопровозглашенные «старые соли» решили эту задачу. Они работали в лаборатории Кремниевой долины, взятой напрокат, используя оборудование, купленное в их гаражах или из собственных карманов. Они исследовали несколько способов получения желаемого распределения частиц по размеру с различными компромиссами между размером частиц, энергоэффективностью, технической сложностью, надежностью и стоимостью. В 2019 году они переехали в лабораторию PARC, где у них есть доступ к оборудованию, материалам, объектам и другим ученым, имеющим опыт в аэрозолях, гидродинамике, микротехнологии и электронике.

Тремя наиболее многообещающими методами, идентифицированными командой, были шипучие форсунки, распыление соленой воды в сверхкритических условиях и электрораспыление для формирования конусов Тейлора (которые мы объясним позже). Первый вариант был признан наиболее простым для быстрого масштабирования, поэтому команда продвинулась вперед. В шипучей форсунке сжатый воздух и соленая вода перекачиваются в один канал, где воздух проходит через центр, а вода кружится по сторонам.Когда смесь выходит из сопла, она производит капли размером от десятков нанометров до нескольких микрометров, с подавляющим числом частиц желаемого диапазона размеров. Шипучие форсунки используются в самых разных областях, включая двигатели, газовые турбины и покрытия распылением.

Ключ к этой технологии заключается в сжимаемости воздуха. Когда газ течет через ограниченное пространство, его скорость увеличивается с увеличением отношения давлений на входе и выходе.Это соотношение сохраняется до тех пор, пока скорость газа не достигнет скорости звука. Когда сжатый воздух покидает сопло со звуковой скоростью и попадает в окружающую среду, которая находится под гораздо более низким давлением, воздух подвергается быстрому радиальному расширению, которое разрывает окружающее водяное кольцо на крошечные капли.

Соавтор Гэри Купер и стажер Джессика Медрадо тестируют шипучую насадку внутри палатки. Кейт Мерфи

Нойкерманс и компания обнаружили, что шипучая форсунка работает достаточно хорошо для небольших испытаний, но эффективность — энергия, необходимая на каплю правильного размера — все еще требует повышения.Два основных источника отходов в нашей системе — это необходимое количество сжатого воздуха и большая часть слишком больших капель. Наши последние усилия были сосредоточены на изменении конструкции путей потока в сопле, чтобы требовать меньших объемов воздуха. Мы также работаем над фильтрацией крупных капель, которые могут вызвать дождь. И чтобы улучшить распределение капель по размеру, мы рассматриваем способы увеличения заряда капель; отталкивание между заряженными каплями будет препятствовать коалесценции, уменьшая количество капель слишком большого размера.

Хотя мы делаем progress с шипучей насадкой, никогда не помешает иметь запасной план. И поэтому мы также изучаем технологию электроспрея , которая может дать спрей, в котором почти 100 процентов капель находятся в пределах желаемого диапазона размеров. В этом методе морская вода подается через излучатель — узкое отверстие или капилляр — в то время как экстрактор создает большое электрическое поле. Если электрическая сила имеет такую ​​же величину, что и поверхностное натяжение воды, жидкость деформируется в конус, обычно называемый конусом Тейлора .При превышении некоторого порогового напряжения наконечник конуса излучает струю, которая быстро распадается на сильно заряженные капли. Капли разделяются, пока не достигнут своего рэлеевского предела , точки, где отталкивание заряда уравновешивает поверхностное натяжение. К счастью, типичная проводимость поверхностной морской воды (4 Сименса на метр) и поверхностное натяжение (73 миллиньютона на метр) дают капли желаемого размера. Конечный размер капель можно даже настроить с помощью электрического поля до десятков нанометров, с более узким распределением по размерам, чем мы получаем от механических сопел.

На этой схеме (не в масштабе) изображена система электрораспыления, которая использует электрическое поле для создания водяных конусов, которые распадаются на крошечные капли. Кейт Мерфи

Электрораспыление относительно просто продемонстрировать с помощью одной пары эмиттер-экстрактор, но один эмиттер производит только 10 7 –10 9 капель в секунду, тогда как нам нужно 10 16 –10 17 в секунду. Для производства такого количества требуется массив размером до 100 000 на 100 000 капилляров.Создание такого массива — непростая задача. Мы полагаемся на методы, которые чаще ассоциируются с облачными вычислениями, чем с настоящими облаками. Используя те же методы литографии, травления и осаждения, которые используются при создании интегральных схем, мы можем изготовить большие массивы крошечных капилляров с выровненными экстракторами и точно расположенными электродами.

Изображения, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа, показывают капиллярные излучатели, используемые в системе электрораспыления. Кейт Мерфи

Тестирование наших технологий представляет собой еще один набор проблем.В идеале мы хотели бы знать начальное распределение капель соленой воды по размерам. На практике это практически невозможно измерить. Большинство наших капель меньше длины волны света, что исключает возможность бесконтактных измерений на основе светорассеяния. Вместо этого мы должны измерять размеры частиц ниже по потоку, после того, как шлейф эволюционировал. Наш основной инструмент, называемый Сканирующий спектрометр электрической подвижности измеряет подвижность заряженных сухих частиц в электрическом поле для определения их диаметра.Но этот метод чувствителен к таким факторам, как размер комнаты и воздушные потоки, а также к тому, сталкиваются ли частицы с предметами в комнате.

Для решения этих проблем мы построили герметичную палатку объемом 425 кубометров, оснащенную осушителями, вентиляторами, фильтрами и набором подключенных датчиков. Работа в палатке позволяет нам распылять в течение более длительных периодов времени и с помощью нескольких форсунок, при этом концентрация частиц или влажность не становятся выше, чем мы наблюдаем в поле. Мы также можем изучить, как струи распыления от нескольких сопел взаимодействуют и развиваются с течением времени.Более того, мы можем более точно имитировать условия над океаном и настраивать такие параметры, как скорость и влажность воздуха.

Часть команды в испытательной палатке; Слева направо: «Old Salts» Ли Гэлбрейт и Гэри Купер, Кейт Мерфи из PARC и стажер Джессика Медрадо. Кейт Мерфи

В конечном итоге мы перерастем палатку , и нам придется переехать в большое закрытое пространство, чтобы продолжить наши испытания. Следующим шагом будет тестирование на открытом воздухе для изучения поведения шлейфа в реальных условиях, хотя и не с достаточно высокой скоростью, чтобы мы могли измерить возмущение облаков.Мы хотели бы измерить размер и концентрацию частиц далеко за нашим опрыскивателем, от сотен метров до нескольких километров, чтобы определить, поднимаются ли частицы или опускаются, и насколько далеко они распространяются. Такие эксперименты помогут нам оптимизировать нашу технологию, ответив на такие вопросы, как, например, нужно ли добавлять тепло в нашу систему, чтобы побудить частицы подняться в облачный слой.

Данные, полученные в ходе этих предварительных испытаний, также будут полезны для наших моделей. И если результаты модельных исследований будут обнадеживающими, мы можем перейти к полевым экспериментам, в которых облака становятся достаточно яркими для изучения ключевых процессов.Как обсуждалось выше, такие эксперименты будут проводиться в течение небольшого и короткого времени, чтобы любое воздействие на климат не было значительным. Эти эксперименты обеспечат критическую проверку нашего моделирования и, следовательно, нашей способности точно предсказать воздействие MCB.

До сих пор неясно, может ли MCB помочь обществу избежать наихудших последствий изменения климата, или это слишком рискованно или недостаточно эффективно, чтобы быть полезным. На данный момент мы недостаточно знаем, чтобы отстаивать его реализацию, и мы определенно не предлагаем его в качестве альтернативы сокращению выбросов.Цель нашего исследования — предоставить политикам и обществу данные, необходимые для оценки MCB как одного из подходов к медленному потеплению, предоставляя информацию как о его потенциале, так и о рисках. С этой целью мы отправили наши экспериментальные планы на рассмотрение Национальное управление океанических и атмосферных исследований США и для открытой публикации в рамках исследования Национальной академии наук США исследований в области воздействия солнечного климата. Мы надеемся, что сможем пролить свет на возможность использования MCB в качестве инструмента для повышения безопасности планеты.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *