Энергия из воды — Энергетика и промышленность России — № 8 (60) август 2005 года — WWW.EPRUSSIA.RU
Энергия из воды — Энергетика и промышленность России — № 8 (60) август 2005 года — WWW.EPRUSSIA.RU — информационный портал энергетикаhttp://www.eprussia.ru/epr/60/4007.htm
Газета «Энергетика и промышленность России» | № 8 (60) август 2005 года
Современные «алхимики» давно мечтают получать энергию прямо из воды, молекула которой состоит из горючего водорода и окислителя кислорода. Расщепить воду на водород и кислород ученые пытаются давно, но все эти потуги были малоэффективными. Базировались они на известном со школы процессе электролиза воды. Повысить КПД процесса, то есть отношения энергии от сгорания водорода при содействии кислорода к затраченной электроэнергии, пытались многими способами: меняли металлы анодов и катодов, применяли катализаторы, изменяли параметры электроэнергии и т. д.
, но положительного результата не было.
Выпускник рязанского радиоинститута Н. Л. Егин – электронщик знаменитый, «фундаменталист». В 1986 году был даже признан лучшим изобретателем СССР (120 изобретений!). В последние годы он плодотворно сотрудничает с Рязанским военным автомобильным институтом. Мы расскажем об одном его открытии, которое при правильном подходе даст 50-процентную экономию топлива.
Работа над эффективностью двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в РВАИ привела к необходимости «расщепления» воды непосредственно в автомобиле. И поскольку «в лоб» решить проблему не удавалось, то к ней подошли с применением «военной хитрости». Начали с дозированных добавок водяного пара прямо в цилиндр ДВС, а закончили созданием бензоводяной эмульсии. При этом вода «расщеплялась» в камере цилиндра термически. Для оптимизации процесса был разработан специальный «кавитатор», на конструкцию которого получен ряд патентов. Это устройство позволило получить экономию основного топлива до 20‑25% и повысить октановое число смеси на 5 единиц.
Более того, многолетние испытания «кавитатора», установленного в разрыв топливного шланга между насосом и карбюратором, дали хорошие результаты не только по экономии топлива, но и по снижению токсичности выхлопа, нагарообразования при отсутствии детонации ДВС при больших нагрузках. Вместе с тем «кавитатор» оказался хорош при прогретом ДВС и содержании воды в эмульсии не более 20%. При повышении доли воды снижаются мощность и динамика автомобиля, проявляется коррозия деталей.
Проводя «топливосберегающие» эксперименты, Егин не забыл и про электролиз. Но в качестве электродов стал вместо металлов применять специальные токопроводящие углеродные материалы с «сильно развитыми поверхностями». В том смысле, что при общей контурноограниченной поверхности ее эффективная площадь намного больше видимой за счет микропористой структуры. Такой материал – специальной игольчатой формы – способен при подаче высокого напряжения создать в воздухе большую концентрацию озона. Эти электроды, помещенные в воде, резко повышают эффективность ее «расщепления».
Кстати, на опыты пошли старые электролизные аккумуляторы, из которых разработчики предварительно изъяли свинцовые пластины. При этом каждую сборку снабдили газовым коллектором – отдельно для кислорода и водорода, т. е. полностью обезопасили от воспламенения газов в трубопроводах и коллекторах. Главное, что для процесса электролиза не требуется дополнительного расхода электроэнергии. Здесь применяется «режим рекуперации», использующий ранее бесполезно расходуемую энергию при торможениях, на спусках и неровностях. Эта энергия в сотни и тысячи киловатт пропорциональна массе автомобиля. Теперь ее используют бортовые электролизеры пятой модификации типа «БЭЛ» (все запатентованы), способствующие экономии топлива на 45%.
Сегодня Егин с коллегами из РВАИ уже думают о том, как к этому супербинарному топливу добавить еще и озон с разработанных бортовых озонаторов типа «Озон-6».
И тогда можно будет говорить уже о новой концепции в автомобильном транспорте.
Также читайте в номере № 8 (60) август 2005 года:
- Водород – моторное топливо XXI века
В связи с увеличением энергопотребления и истощением разведанных запасов нефти, в первую очередь у развитых стран мира, остается только один выход – срочно диверсифицировать свои топливно-энергетические балансы в сторону максимально …
- Складская техника эконом-класса: обновляем основные средства шаг за шагом
Ваш склад динамично развивается, вы уже готовы перейти на более производительное оборудование, но еще не готовы делать большие инвестиции в основные средства? Тогда идеальный выбор для вас – техника эконом-класса. …
- Иран: США поддерживают ЕС в ядерном вопросе по Ирану
США заявили о своей поддержке европейского предложения разрешить Ирану развивать гражданскую ядерную программу в обмен на отказ от обогащения урана.
Как заявил заместитель госсекретаря Николас Бернс, США надеются, что Иран серьезно отне… - Китай: Китай построит 10 атомных реакторов
В приморских районах Китая будут построены 10 атомных реакторов, а к 2020 году в Китае планируется построить 30 новых атомных электростанций. Предполагается, что к этому времени АЭС будут обеспечивать около 4% потребностей китайской экономике …
- Веское слово Миллера
Самым влиятельным из российских топ-менеджеров ТЭК признан глава «Газпрома» Алексей Миллер. Он занял самую верхнюю строчку в августовском рейтинге, составленном ведущими экспертами страны. На втором месте оказался Семен Вайншток, на трет…
Как заявил заместитель госсекретаря Николас Бернс, США надеются, что Иран серьезно отне…Смотрите и читайте нас в
- — Выберите область поиска —
- — Выберите область поиска —
- Искать в новостях
- Икать в газете
org/Article»>
Японская разработка расщепляет воду на водород и кислород непрерывно в течение 100 дней, что может считаться рекордом по эффективности. Для автономных необслуживаемых систем в отдалённых районах — это важнейшее свойство.
Анод реагирует на ультрафиолетовый свет, а катод — на видимый. При этом на электроды подаётся определённое напряжение, чтобы запустить и поддерживать реакцию расщепления. Электроды опускаются в воду (очевидно, они должны быть едва покрыты водой), к ним подводится ток, а всё остальное делает падающий на катализаторы солнечный свет — очень простая схема.
Есть и другие интересные разработки, что в итоге приведёт к желаемому результату — миру, где дышать станет чуточку легче.Превращение морской воды в водородное топливо и кислород
Группа исследователей из Стэнфордского университета продемонстрировала новый способ разделения газообразного водорода и кислорода из морской воды с помощью электричества.
Существующие методы разделения воды основаны на использовании высокоочищенной воды, которая является ценным ресурсом и требует больших затрат в производстве.
«Для питания городов и автомобилей вам потребуется столько водорода, что невозможно извлечь его из очищенной воды», — говорит Хунцзе Дай, профессор химии Стэнфордской школы гуманитарных наук. «У нас едва хватает воды для наших текущих потребностей в Калифорнии».
По словам Дая, водород является привлекательным вариантом топлива, поскольку при сгорании не выделяет углекислый газ. Сжигание водорода создает только воду и должно облегчить усугубление проблемы изменения климата, если его широко использовать в качестве топлива.
Дай сказал, что его лаборатория продемонстрировала демонстрацию концепции, но исследователи оставят на усмотрение производителей масштабирование и массовое производство конструкции.
Разделение воды на водород и кислород с помощью электричества (также известное как электролиз) является простой и старой идеей.
Источник питания подключается к двум электродам, помещенным в воду. Когда питание включено, газообразный водород выходит из отрицательного конца (катод), а пригодный для дыхания кислород выходит из положительного конца (анод).
Но отрицательно заряженный хлорид в соли морской воды разъедает анод, ограничивая срок службы устройства. Дай и его команда хотели найти способ предотвратить разрушение анода и снижение эффективности устройства.
Исследователи обнаружили, что если они покрывают анод слоями, богатыми отрицательными зарядами, слои отталкивают хлориды и замедляют распад анода. Итак, они нанесли слой гидроксида никеля и железа поверх сульфида никеля, который покрывает сердцевину из вспененного никеля. Пена никеля действует как проводник, передающий электричество от источника питания, в то время как гидроксид никеля и железа запускает электролиз, разделяя воду на кислород и водород. Во время электролиза сульфид никеля превращается в отрицательно заряженный слой, который защищает анод.
Подобно тому, как отрицательные концы двух магнитов соприкасаются друг с другом, отрицательно заряженный слой отталкивает хлорид и не позволяет ему достичь металлического сердечника.
По словам Майкла Кенни, аспиранта Стэнфордского университета, без отрицательно заряженного покрытия анод работает только около 12 часов в морской воде. «Весь электрод разваливается в крошку, — говорит Кенни. «Но с этим слоем он держится более тысячи часов».
Предыдущие попытки расщепить морскую воду на водородное топливо приводили к низкому уровню электрического тока, поскольку коррозия возникает при более высоких токах. Но команда из Стэнфорда отправила в 10 раз больше электроэнергии через свое многослойное устройство, что позволило ему быстрее генерировать водород из морской воды. «Думаю, мы установили рекорд по скорости расщепления морской воды», — говорит Дай.
Члены группы проводили большинство испытаний в контролируемых лабораторных условиях, где они могли регулировать количество электричества, поступающего в устройство.
Но они также разработали демонстрационную машину на солнечной энергии, которая производила газообразный водород и кислород из морской воды, собранной в заливе Сан-Франциско. Без риска коррозии из-за солей устройство соответствует методам электролиза, в которых используется очищенная вода.
Оглядываясь назад, Дай и Кенни видят простоту их конструкции. «Теперь, когда разработан основной рецепт электролиза морской воды, новый метод откроет двери для увеличения доступности водородного топлива, работающего на солнечной или ветровой энергии».
В будущем этот новый метод можно будет использовать не только для производства энергии. Этот процесс также создает пригодный для дыхания кислород, поэтому дайверы или подводные лодки могут брать устройства в океан и генерировать кислород, не поднимаясь на поверхность за воздухом.
Что касается передачи технологии, «можно просто использовать эти элементы в существующих системах электролизеров, и это может быть довольно быстро», — говорит Дай.
«Это не похоже на то, чтобы начать с нуля — это больше похоже на то, чтобы начать с 80 или 90%».
Новая технология получения чистого водорода из расщепленной воды
Наука —
Шалини Саксена —
В какой-то момент в будущем для заправки автомобиля может потребоваться заправка автомобиля.
Oak Ridge National Lab
Постоянное беспокойство по поводу глобального потепления стимулировало работу над альтернативными источниками топлива, снижающими выбросы. Водород является привлекательным, экологически чистым топливом. В настоящее время большая часть водорода поступает из переработки ископаемого топлива, при которой в качестве побочного продукта образуется углекислый газ. Однако электролиз воды производит водород без выброса парниковых газов при условии, что электричество, используемое в процессе, поступает из возобновляемых источников энергии.
В настоящее время предпочтительным методом производства водорода является так называемый электролизер с протонообменной мембраной (PEME). В них используется полимерная мембрана, которая позволяет протонам перемещаться между растворами с различным зарядом, разделяя при этом отрицательно заряженный катод и положительно заряженный анод. Поскольку два газа, водород и кислород, производятся на разных электродах, мембраны также разделяют их, что позволяет легко собирать водород.
К сожалению, PEME дороги, потому что они требуют катализаторов из драгоценных металлов. Хотя более высокие энергетические нагрузки в некоторой степени компенсируют стоимость этих катализаторов, эти нагрузки могут привести к одновременному присутствию водорода, кислорода и каталитических частиц, что приводит к образованию активных форм кислорода (АФК), разрушающих мембраны. Нагрузки низкой мощности не так эффективны, потому что скорость производства кислорода и водорода аналогична скорости, с которой эти газы диффундируют через мембрану.
В результате вместо чистого водорода вы получаете опасную смесь двух газов.
Недавно исследователи разработали систему, которая ограничивает смешивание газов и более эффективно использует катализаторы из драгоценных металлов. Ученый представил то, что они называют «электронно-связанным протонным буфером» (ECPB), который производит водород и кислород в отдельных отсеках. Чтобы разделить производство этих газов, они использовали химическое вещество, которое может быть загружено водородом за счет потери двух электронов и приобретения двух протонов на электроде. Позже химическое вещество может быть перенесено в отдельный отсек для окисления за счет присоединения двух электронов, что приводит к самопроизвольному выделению водорода.
Реклама Этот разделенный подход имеет много преимуществ: он позволяет производить водород при атмосферном давлении с повышенной скоростью, ограничивая при этом производство водорода внутри электролитической ячейки и сводя к минимуму производство кислорода в целом, что снижает деградацию мембраны.
Химический медиатор, который они использовали, называется кремневольфрамовой кислотой (H 4 [SiW 12 O 40 ]). На аноде вода расщепляется на кислород и протоны; протоны остаются в растворе, где они могут двигаться к катоду. Там электроны и протоны передаются посреднику, который затем может быть перемещен в отдельную камеру, где он окисляется, выделяя газообразный водород.
Загрузка медиатора водородом была протестирована в герметичной электролизной ячейке, содержащей платиновый или углеродный войлочный анод и угольный катод. Исследователи обнаружили, что восстановленную форму медиатора можно легко перенести в герметичную реакционную колбу, где металлическая фольга может катализировать выделение водорода.
Катализаторы из драгоценных металлов на основе углерода обеспечивают наибольшую скорость производства водорода с Pt / C, что приводит к скорости выделения водорода в 30 раз выше, чем в современных системах на основе мембран. Кроме того, эффективность опосредованного электрохимического процесса, которая измеряется путем сравнения ввода и вывода энергии, оказалась на 16 процентов выше, чем при испытании процесса без посредника.