لماذا يعتبر الهيدروجين وقودًا صديقًا للبيئة. إنتاج أنواع وقود صديقة للبيئة لوقود السيارات. من الهيدروجين إلى خلايا الوقود

نحن نعيش في القرن الحادي والعشرين ، والبشرية تتطور ، وتبني المصانع ، وتقود أسلوب حياة نشط. ومع ذلك ، من أجل التطور الكامل والوجود ، نحتاج إلى الطاقة! الآن هذه الطاقة هي النفط. يتم استخدامه لصنع الوقود لجميع الصناعات. نستخدمها في كل مكان حرفياً: من السيارات الصغيرة إلى المصانع الضخمة.

ومع ذلك ، فإن النفط ليس موردا لا نهاية له ؛ كل عام نتجه نحو تدميره الكامل. يقول العلماء إننا في المرحلة التي نحتاج فيها إلى البحث عن بديل فعال للبنزين ، لأن سعره الآن مرتفع للغاية ، وفي كل عام سيقل النفط ، وسترتفع الأسعار ، وقريباً ، عندما ينفد النفط (وبالطريقة الحالية لحياة البشرية ، سيحدث هذا في غضون 60 عامًا) ، سينتهي تطورنا ووجودنا الكامل ببساطة.

يفهم الجميع أنه من الضروري البحث عن أنواع وقود بديلة. ولكن ما هو البديل الأكثر فعالية؟ الجواب بسيط: الهيدروجين! إليك ما سيحل محل البنزين المعتاد.

من اخترع محرك الهيدروجين؟

مثل العديد من التقنيات العالية ، جاءت هذه الفكرة إلينا من الغرب. تم تطوير وإنشاء أول محرك هيدروجين بواسطة المهندس والعالم الأمريكي براون. كانت أول شركة تستخدم هذا المحرك هي شركة هوندا اليابانية. ولكن كان على شركة السيارات هذه أن تبذل قصارى جهدها لإحياء "سيارة المستقبل". أثناء إنشاء السيارة ، شارك جميع أفضل المهندسين وعقول الشركة لعدة سنوات! اضطروا جميعًا إلى تعليق إنتاج بعض السيارات. والأهم من ذلك أنهم رفضوا المشاركة في الفورمولا 1 ، حيث بدأ جميع العمال الذين شاركوا في صناعة السيارات في تطوير سيارة هيدروجينية.

مزايا الهيدروجين كوقود

• الهيدروجين هو العنصر الأكثر شيوعًا في الكون ، كل شيء في حياتنا يتكون منه ، كل الأشياء من حولنا تحتوي على الأقل على جزيء صغير من الهيدروجين. هذه الحقيقة ممتعة جدًا للبشرية ، لأنه ، على عكس النفط ، لن ينفد الهيدروجين أبدًا ، ولن نضطر إلى التوفير في الوقود.
• إنها صديقة للبيئة تمامًا! على عكس محرك البنزين ، لا يصدر محرك الهيدروجين غازات ضارة من شأنها أن تؤثر سلبًا على البيئة. العادم المنبعث من وحدة الطاقة هذه هو زوج عادي.
• الهيدروجين ، الذي يستخدم في المحركات ، شديد الاشتعال وستبدأ السيارة وتعمل بشكل جيد بغض النظر عن الطقس. أي أننا لم نعد بحاجة إلى تدفئة السيارة في الشتاء قبل الرحلة.
• بالنسبة للهيدروجين ، حتى المحركات الصغيرة ستكون قوية جدًا ولإنشاء أسرع سيارة ، لم تعد بحاجة إلى بناء وحدة بحجم الخزان.

بالطبع هناك عيوب في هذا الوقود:

• الحقيقة هي أنه على الرغم من حقيقة أن هذه مادة لا حدود لها ، وأنها موجودة في كل مكان ، فمن الصعب للغاية استخراجها. على الرغم من أن هذه ليست مشكلة بالنسبة للبشرية. لقد تعلمنا كيفية استخراج النفط من المحيط عن طريق حفر قاعه ، وسوف نتعلم كيفية أخذ الهيدروجين من الأرض.
• العيب الثاني هو استياء أباطرة النفط. مباشرة بعد بدء التطوير التدريجي لهذه التكنولوجيا ، تم إغلاق معظم المشاريع. وفقًا للشائعات ، كل هذا يرجع إلى حقيقة أنه إذا استبدلت البنزين بالهيدروجين ، فسيظل أغنى الناس على هذا الكوكب بلا دخل ، ولن يستطيعوا تحمله.

طرق استخلاص الهيدروجين كاستخدام للطاقة

الهيدروجين ليس أحفورة نقية مثل النفط والفحم ، لا يمكنك فقط حفره واستخدامه. لكي تصبح طاقة ، يجب الحصول عليها واستخدام بعض الطاقة لمعالجتها ، وبعد ذلك يصبح هذا العنصر الكيميائي الأكثر شيوعًا وقودًا.

الطريقة المتبعة حاليًا لإنتاج وقود الهيدروجين تسمى "إعادة التشكيل بالبخار". لتحويل الهيدروجين العادي إلى وقود ، يتم استخدام الكربوهيدرات التي تتكون من الهيدروجين والكربون. في التفاعلات الكيميائية ، عند درجة حرارة معينة ، يتم إطلاق كمية هائلة من الهيدروجين ، والتي يمكن استخدامها كوقود. لن ينبعث من هذا الوقود مواد ضارة في الغلاف الجوي أثناء التشغيل ، ولكن أثناء إنتاجه ، يتم إطلاق كمية كبيرة من ثاني أكسيد الكربون ، مما يؤثر بشكل سيء على البيئة. لذلك ، على الرغم من أن هذه الطريقة فعالة ، لا ينبغي أن تؤخذ كأساس لاستخراج الوقود البديل.

هناك محركات يكون الهيدروجين النقي مناسبًا لها أيضًا ، فهم يقومون هم أنفسهم بمعالجة هذا العنصر إلى وقود ، ومع ذلك ، كما هو الحال مع الطريقة السابقة ، هناك أيضًا كمية هائلة من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي.

يعتبر التحليل الكهربائي طريقة فعالة للغاية لاستخراج وقود بديل على شكل هيدروجين. يتم تمرير تيار كهربائي إلى الماء ، ونتيجة لذلك يتحلل إلى هيدروجين وأكسجين. هذه الطريقة مكلفة ومزعجة ولكنها صديقة للبيئة. النفايات الوحيدة الناتجة عن إنتاج وتشغيل الوقود هي الأكسجين ، والذي سيؤثر بشكل إيجابي فقط على الغلاف الجوي لكوكبنا.

والطريقة الواعدة والأرخص للحصول على وقود الهيدروجين هي معالجة الأمونيا. مع التفاعل الكيميائي الضروري ، تتحلل الأمونيا إلى نيتروجين وهيدروجين ، ويتم الحصول على الهيدروجين ثلاث مرات أكثر من النيتروجين. هذه الطريقة أفضل من حيث أنها أرخص قليلاً وأقل تكلفة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن نقل الأمونيا أسهل وأكثر أمانًا ، وعند الوصول إلى نقطة التسليم ، يجب بدء تفاعل كيميائي ، ويجب إطلاق النيتروجين ويكون الوقود جاهزًا.

ضوضاء اصطناعية

المحركات التي تعمل بوقود الهيدروجين صامتة عمليًا ، لذلك يتم تثبيت ما يسمى ب "ضوضاء المركبات الاصطناعية" على السيارات التي تعمل أو سيتم تشغيلها لمنع وقوع حوادث على الطرق.

حسنًا ، أيها الأصدقاء ، نحن على وشك الانتقال الهائل من البنزين ، الذي يدمر نظامنا البيئي بالكامل ، إلى الهيدروجين ، والذي ، على العكس من ذلك ، يعيده!

لسنوات عديدة ، كافح الباحثون لإيجاد بديل للبنزين كنوع رئيسي من وقود المركبات. ليس من المنطقي تعداد الأسباب البيئية والمتعلقة بالموارد - فقط الكسالى لا يتحدثون عن سمية غازات العادم. يجد العلماء حلاً للمشكلة في معظم أنواع الوقود غير المعتادة في بعض الأحيان. اختارت شركة Recycle الأفكار الأكثر إثارة للاهتمام التي تتحدى هيمنة البنزين على الوقود.

وقود الديزل الحيوي على أساس الزيوت النباتية

وقود الديزل الحيوي هو نوع من الوقود الحيوي يعتمد على الزيوت النباتية ، والذي يستخدم في صورة نقية وكخلائط مختلفة مع وقود الديزل. تعود فكرة استخدام الزيت النباتي كوقود إلى رودولف ديزل ، الذي ابتكر في عام 1895 أول محرك ديزل يعمل بالزيت النباتي.

كقاعدة عامة ، يتم استخدام زيوت بذور اللفت وعباد الشمس وفول الصويا لإنتاج وقود الديزل الحيوي. بالطبع ، لا تُسكب الزيوت النباتية نفسها في خزان الغاز كوقود. يحتوي الزيت النباتي على دهون - استرات الأحماض الدهنية مع الجلسرين. في عملية الحصول على "المستخلصات الحيوية" ، تدمر استرات الجلسرين وتستبدل الجلسرين (يتم إطلاقه كمنتج ثانوي) للكحولات الأبسط - الميثانول ، وفي كثير من الأحيان ، الإيثانول. يصبح هذا أحد مكونات وقود الديزل الحيوي.

في العديد من البلدان الأوروبية ، وكذلك في الولايات المتحدة الأمريكية واليابان والبرازيل ، أصبح وقود الديزل الحيوي بالفعل بديلاً جيدًا للبنزين التقليدي. في ألمانيا ، على سبيل المثال ، يُباع إستر ميثيل بذور اللفت بالفعل في أكثر من 800 محطة تعبئة. في يوليو 2010 ، تم تشغيل 245 مصنعًا للديزل الحيوي بطاقة إجمالية قدرها 22 مليون طن في دول الاتحاد الأوروبي. يتوقع محللو أويل وورلد أنه بحلول عام 2020 ، ستكون حصة وقود الديزل الحيوي في هيكل وقود السيارات المستهلك في البرازيل وأوروبا والصين والهند 20٪.

وقود الديزل الحيوي هو وقود نقل صديق للبيئة: مقارنة بوقود الديزل التقليدي ، فهو لا يحتوي على الكبريت تقريبًا وهو قابل للتحلل البيولوجي بشكل كامل تقريبًا. في التربة أو الماء ، تعالج الكائنات الحية الدقيقة 99٪ من وقود الديزل الحيوي في 28 يومًا - وهذا يقلل من درجة تلوث الأنهار والبحيرات.

هواء مضغوط

تم بالفعل طرح نماذج من السيارات التي تعمل بالهواء المضغوط - الآلات التي تعمل على الهواء المضغوط - من قبل العديد من الشركات. قام مهندسو بيجو في وقت من الأوقات بإثارة اهتمام كبير في صناعة السيارات ، معلنين عن إنشاء محرك هجين ، يتم فيه إضافة طاقة الهواء المضغوط لمساعدة محرك الاحتراق الداخلي. توقع المهندسون الفرنسيون أن مثل هذا التطور سيساعد السيارات الصغيرة على تقليل استهلاك الوقود بما يصل إلى 3 لترات لكل 100 كيلومتر. يدعي خبراء بيجو أن الهجين الهوائي في المدينة يمكن أن يتحرك على الهواء المضغوط بنسبة تصل إلى 80٪ من الوقت دون إحداث ملليغرام واحد من الانبعاثات الضارة.

مبدأ تشغيل "السيارة الهوائية" بسيط للغاية: ليس خليط البنزين الذي يحترق في أسطوانات المحرك هو الذي يقود السيارة ، ولكن تدفق هواء قوي من الأسطوانة (الضغط في الأسطوانة حوالي 300 ضغط جوي) . يحول المحرك الهوائي طاقة الهواء المضغوط إلى دوران أعمدة المحور.

لسوء الحظ ، يتم إنشاء الآلات بالكامل على الهواء المضغوط أو الهجينة الهوائية بشكل أساسي على دفعات هزيلة - للعمل في ظروف محددة وفي أماكن محدودة (على سبيل المثال ، في مواقع الإنتاج التي تتطلب أعلى مستوى من السلامة من الحرائق). على الرغم من وجود بعض النماذج للمشترين "القياسيين".

إن الشاحنة الصغيرة Gator الصديق للبيئة من Engineair هي أول مركبة تعمل بالهواء المضغوط في أستراليا تدخل الخدمة التجارية الفعلية. يمكن رؤيتها بالفعل في شوارع ملبورن. سعة الحمل - 500 كجم ، حجم الاسطوانات بالهواء - 105 لترًا. المسافة المقطوعة للشاحنة في محطة وقود واحدة هي 16 كم.

النفايات

ما هو التقدم المحرز - بعض السيارات لا تحتاج إلى البنزين لتشغيل المحرك ، ولكن النفايات البشرية التي تدخل المجاري. تم إنشاء مثل هذه المعجزة في صناعة السيارات في المملكة المتحدة. تم تدحرج سيارة في شوارع بريستول ، والتي تستخدم غاز الميثان المعزول عن الفضلات البشرية كوقود. كان النموذج الأولي هو فولكس فاجن بيتل ، والشركة المصنعة لسيارة VW Bio-Bug التي تعمل بالوقود المبتكر هي GENeco. مكّن محرك إعادة تدوير البراز المثبت على سيارة فولكس فاجن المكشوفة من القيادة 15 ألف كيلومتر.

سارع اختراع جينيكو إلى أن يُطلق عليه اختراق في إدخال تقنيات توفير الطاقة والوقود الصديق للبيئة. بالنسبة إلى الشخص العادي ، تبدو الفكرة سريالية ، لذا فهي تستحق التوضيح: بالطبع ، يتم تحميل الوقود المعالج بالفعل في السيارة - في شكل ميثان جاهز للاستخدام يتم الحصول عليه مسبقًا من النفايات.

في الوقت نفسه ، يستخدم محرك VW Bio-Bug نوعين من الوقود في نفس الوقت: تبدأ السيارة من البنزين ، ولكن بمجرد ارتفاع درجة حرارة المحرك وتلتقط السيارة سرعة معينة ، يتم إمداد الجسم بغاز المعدة معالجتها في مصانع جينيكو قيد التشغيل. قد لا يلاحظ المستهلكون الفرق. ومع ذلك ، تظل مشكلة التسويق الرئيسية - التصور البشري السلبي للمواد الخام التي يتم الحصول منها على الغاز الحيوي.

الألواح الشمسية

ربما يكون إنتاج السيارات التي تعمل بالطاقة الشمسية هو أكثر المجالات تطوراً في صناعة السيارات التي تركز على استخدام الوقود البيئي. يتم تصنيع السيارات التي تعمل بالطاقة الشمسية في جميع أنحاء العالم وفي مجموعة متنوعة. في عام 1982 ، عبر المخترع هانز تولستروب أستراليا من الغرب إلى الشرق في السيارة الشمسية Quiet Achiever (وإن كانت بسرعة 20 كم فقط في الساعة).

في سبتمبر 2014 ، فشلت سيارة Stella في تغطية الطريق من لوس أنجلوس إلى سان فرانسيسكو ، والذي يبلغ 560 كيلومترًا. السيارة الشمسية ، التي طورتها مجموعة في جامعة أيندهوفن الهولندية ، مزودة بألواح تجمع الطاقة الشمسية وحزمة بطارية 60 كيلوغراماً بسعة ستة كيلوواط / ساعة. يبلغ متوسط ​​سرعة ستيلا 70 كم في الساعة. في حالة عدم وجود ضوء الشمس ، يكفي احتياطي البطارية لمسافة 600 كيلومتر. في أكتوبر 2014 ، شارك طلاب من أيندهوفن في World Solar Challenge ، وهو رالي بطول 3000 كيلومتر عبر أستراليا للسيارات التي تعمل بالطاقة الشمسية ، بسيارتهم المعجزة.

أسرع سيارة كهربائية تعمل بالطاقة الشمسية في الوقت الحالي هي Sunswift ، التي أنشأها فريق من الطلاب من الجامعة الأسترالية في نيو ساوث ويلز. في الاختبارات التي أجريت في أغسطس 2014 ، قطعت هذه السيارة الشمسية 500 كيلومتر بشحنة بطارية واحدة بمتوسط ​​سرعة 100 كيلومتر في الساعة ، وهو أمر مذهل لمثل هذه السيارة.

وقود الديزل الحيوي على نفايات الطهي

في عام 2011 ، تعاونت وزارة الزراعة الأمريكية مع المختبر الوطني للطاقة المتجددة للبحث عن أنواع الوقود البديلة. كانت إحدى النتائج المدهشة هي الاستنتاج حول احتمالات استخدام وقود الديزل الحيوي بناءً على المواد الخام من أصل حيواني. وقود الديزل الحيوي من بقايا الدهون هو تقنية لم يتم تطويرها كثيرًا بعد ، ولكنها تُستخدم بالفعل في الدول الآسيوية.

كل عام في اليابان ، بعد إعداد الطبق الوطني ، تمبورا ، يتبقى ما يقرب من 400000 طن من زيت الطهي المستخدم. في السابق ، كان يتم معالجته في علف الحيوانات والأسمدة والصابون ، ولكن في أوائل التسعينيات ، وجد اليابانيون الاقتصاديون استخدامًا آخر له ، حيث قاموا بإنتاج وقود الديزل النباتي بناءً عليه.

بالمقارنة مع البنزين ، تطلق محطة الغاز المخصصة هذه كمية أقل من أكسيد الكبريت ، وهو السبب الرئيسي للأمطار الحمضية ، في الغلاف الجوي وتقلل انبعاثات العادم السامة الأخرى بمقدار الثلثين. لجعل الوقود الجديد أكثر شعبية ، توصل مصنعوه إلى مخطط مثير للاهتمام. أي شخص يرسل عشر دفعات من الزجاجات البلاستيكية بزيت الطهي المستخدم إلى مصنع RTD سيخصص له 3.3 متر مربع من الغابات في إحدى المحافظات اليابانية.

لم تصل التكنولوجيا بعد إلى روسيا بهذا الحجم ، ولكن عبثًا: كمية النفايات السنوية من صناعة الأغذية الروسية تبلغ 14 مليون طن ، والتي من حيث إمكاناتها الطاقية تعادل 7 ملايين طن من النفط. في روسيا ، ستغطي النفايات التي يتم وضعها في وقود الديزل الحيوي الحاجة إلى النقل بنسبة 10 بالمائة.

الهيدروجين السائل

لطالما اعتبر الهيدروجين السائل أحد أنواع الوقود الرئيسية التي يمكن أن تتحدى البنزين والديزل. المركبات التي تعمل بالهيدروجين ليست شائعة ، ولكن بسبب العديد من العوامل لم تكتسب شعبية واسعة. على الرغم من أنه في الآونة الأخيرة ، وبفضل موجة جديدة من القلق بشأن التقنيات "الخضراء" ، اكتسبت فكرة محرك الهيدروجين مؤيدين جدد.

العديد من الشركات المصنعة الكبرى لديها الآن سيارات تعمل بالهيدروجين في صفها. من أشهر الأمثلة على ذلك سيارة BMW Hydrogen 7 ، وهي سيارة ذات محرك احتراق داخلي يمكن أن يعمل على كل من البنزين والهيدروجين السائل. يحتوي BMW Hydrogen 7 على خزان بنزين سعة 74 لترًا وخزانًا سعة 8 كجم من الهيدروجين السائل.

وبالتالي ، يمكن للسيارة استخدام كلا النوعين من الوقود خلال رحلة واحدة: التبديل من نوع وقود إلى آخر يحدث تلقائيًا ، مع إعطاء الأفضلية للهيدروجين. سيارة Aston Martin Rapide S الهجينة التي تعمل بالهيدروجين والبنزين ، على سبيل المثال ، مجهزة بنفس نوع المحرك ، حيث يمكن للمحرك أن يعمل بكلا النوعين من الوقود ، ويتم التبديل بينهما بواسطة نظام ذكي لتحسين الاستهلاك وانبعاثات المواد الضارة في الغلاف الجوي.

كما سيتم تطوير وقود الهيدروجين من قبل عمالقة السيارات الآخرين - مازدا ونيسان وتويوتا.يُعتقد أن الهيدروجين السائل آمن بيئيًا ، لأنه عند حرقه في الأكسجين النقي ، لا ينبعث منه أي ملوثات.

طحالب خضراء

وقود الطحالب هو وسيلة غريبة للحصول على الطاقة لسيارة. ضع في اعتبارك الطحالب كوقود حيوي بدأ ، بشكل أساسي في الولايات المتحدة واليابان.

لا تمتلك اليابان مخزونًا كبيرًا من الأراضي الخصبة لزراعة بذور اللفت أو الذرة الرفيعة (التي تستخدم في بلدان أخرى لإنتاج الوقود الحيوي من الزيوت النباتية). لكن أرض الشمس المشرقة تنتج كمية هائلة من الطحالب الخضراء. في السابق ، كانوا يؤكلون ، والآن بدأوا في إعادة التزود بالوقود للسيارات الحديثة القائمة عليها. منذ وقت ليس ببعيد ، في مدينة فوجيساوا اليابانية ، ظهرت حافلة ركاب DeuSEL من Isuzu في الشوارع ، والتي تعمل بالوقود ، وبعضها مشتق من الطحالب. أصبح Euglena green أحد العناصر الرئيسية.

تشكل إضافات "الطحالب" الآن نسبة قليلة فقط من الكتلة الإجمالية للوقود في خزانات النقل ، ولكن في المستقبل ، وعدت شركة التصنيع الآسيوية بتطوير محرك يسمح باستخدام المكون الحيوي بنسبة 100 بالمائة.

في الولايات المتحدة أيضًا ، تمت معالجة مسألة الوقود الحيوي القائم على الطحالب عن كثب. بدأت سلسلة محطات وقود Propel في شمال كاليفورنيا في بيع وقود الديزل الحيوي Soladiesel للجمهور. يتم الحصول على الوقود من الطحالب عن طريق التخمير والإطلاق اللاحق للهيدروكربونات. يعد مخترعو الوقود الحيوي بتخفيض بنسبة 20٪ في انبعاثات ثاني أكسيد الكربون وانخفاض ملحوظ في السمية في نواحٍ أخرى.

في الواقع ، يعتبر تحويل السيارات والطائرات والسفن والقاطرات إلى وقود الهيدروجين فكرة جذابة للغاية. لا يترك استخدام H 2 بصمة كربونية. سيارة الركاب Toyota Mirai ، التي تعمل بخلايا وقود الهيدروجين ، وتقطع مسافة 100 كيلومتر ، تنتج حوالي نصف دلو من الماء. وهذا كل شيء! لا غازات الدفيئة. لا انبعاثات سامة. أليس هذا بديلاً رائعًا للوقود الهيدروكربوني؟ البديل ممتاز ، لكن المشكلة هي أن الطبيعة أوجدت رواسب ضخمة من النفط والغاز لنا ، لكن رواسب الهيدروجين غير موجودة. يوجد العنصر الأخف في الجدول الدوري بكثرة في العالم الخارجي ، ولكن في شكل مركبات - بشكل أساسي مع الكربون والأكسجين. للحصول على الهيدروجين في صورة حرة ، من الضروري تدمير هذه المركبات ، والتي من الضروري إنفاق الطاقة فيها ، وفي المستوى الحالي للتطور التكنولوجي ، الطاقة أكبر بكثير مما يمكننا الحصول عليه بعد ذلك باستخدام الهيدروجين.

يطلق اليوم على الإشعاع الشمسي والمد والجزر والرياح مصادر طاقة بديلة ، لكن الهيدروجين ليس من بينها. H 2 هو وقود صديق للبيئة ، وهو في الأساس مجمع للطاقة التي يتم إنفاقها على إنتاجه (مطروحًا منه الخسائر الحتمية). هناك عدد من التقنيات المستخدمة حاليًا والواعدة لإنتاج الهيدروجين ، لكن أهمها تنقسم إلى نوعين: تجريد الهيدروجين من الكربون وتجريد الهيدروجين من الأكسجين.

كيف تعمل سيارة تويوتا ميراي؟

1. كومة خلايا الوقود تستخدم أول خلايا وقود عالية الكثافة تنتجها تويوتا بكميات كبيرة (3.2 كيلو واط / لتر) أقصى طاقة: 124 كيلو واط 2. يحول محول التعزيز التيار المستمر الناتج عن خلية الوقود إلى تيار متردد مع زيادة الجهد حتى 650 فولت 3. النيكل - بطارية هيدريد معدنية تخزن الطاقة المستعادة أثناء الكبح. عند بدء التشغيل ، يغذي المحرك مع خلية الوقود 4. أسطوانات الضغط العالي ضغط العمل من الداخل: 700 ضغط جوي. الحجم الداخلي: 60 لترًا (الزجاجة الأمامية) 62.4 لترًا (الزجاجة الخلفية) 5. محرك كهربائي متزامن AC: أقصى قوة 113 كيلو واط (153.6 حصان) أقصى عزم دوران 335 نيوتن متر 6. تتحكم وحدة التحكم في خلية الوقود وشحن / تفريغ البطارية 7 ملحقات هيدروجين مضخة معززة ، إلخ.

وقود نظيف متسخ؟

يتم إنتاج أكثر من نصف الهيدروجين في العالم عن طريق إعادة تشكيل غاز الميثان بالبخار - وهذه هي الطريقة الأرخص والأكثر تكلفة. في عملية متعددة المراحل باستخدام درجات حرارة عالية ومحفزات ، تتحلل جزيئات الميثان إلى هيدروجين وأول أكسيد الكربون (أول أكسيد الكربون). نظرًا لأن العملية تستخدم الوقود الأحفوري ، فمن المستحيل بطريقة ما تسمية الهيدروجين الذي تم الحصول عليه بهذه الطريقة بأنه لا يعطي "بصمة كربونية".

عملية صناعية أخرى شائعة إلى حد ما هي التحليل الكهربائي ، وهي مألوفة للجميع من التجارب الكيميائية المدرسية. لم يعد هناك أي نفط أو غاز أو فحم - يتحلل الماء العادي إلى أكسجين وهيدروجين عندما يتم تطبيق الطاقة الكهربائية عليه. لكن من أين تأتي هذه الطاقة؟ إذا دخنت محطة طاقة حرارية تعمل بزيت الوقود بجانب إنتاج الهيدروجين ، فلن يكون كل شيء جيدًا مع "البصمة الكربونية" هنا أيضًا. يتحدث أصحاب الرؤى في مجال الطاقة في المستقبل عن مصانع الهيدروجين التي تعمل فقط من خلال مزارع الرياح والمزارع الشمسية ومصادر الطاقة المتجددة الأخرى. في هذه الحالة ، ستظهر سلسلة توليد وقود خالية من الكربون حقًا ، لكن هذا سيتطلب زيادة هائلة في قدرة التوليد في مجال الطاقة الخضراء.

إنتاج الهيدروجين باستخدام التكنولوجيا الحيوية

عن مصير هيندنبورغ

سيتطلب التحول الكامل إلى الهيدروجين ليس فقط موارد الطاقة لإنتاجه ، ولكن أيضًا بنية تحتية متطورة للنقل والتخزين - خطوط الأنابيب وخزانات السكك الحديدية وناقلات البحر والخزانات ومحطات الوقود. أحد الأسباب الرئيسية التي تجعل المجتمع حذرًا إلى حد ما من ثورة الهيدروجين هو أن الهيدروجين شديد التقلب والانفجار. حيثما يتم تخزين الهيدروجين أو نقله أو استخدامه ، هناك حاجة إلى أجهزة تحليل الغاز شديدة الحساسية للإشارة إلى أدنى تسرب. صحيح أن مؤيدي الاستخدام النشط للهيدروجين يجادلون بأن الخطر مبالغ فيه. على عكس الغازات الثقيلة مثل الميثان ، يرتفع الهيدروجين الخفيف الذي يتسرب من الأسطوانة ويتشتت على الفور. مثال على ذلك هو قصة كارثة المنطاد هيندنبورغ ، حيث احترق الهيدروجين الوامض لمدة 32 ثانية فقط ، مما سمح لـ 62 من بين 97 راكبًا بعدم الهلاك في الحريق والبقاء على قيد الحياة. لكن على أي حال ، فإن وجود عدد كبير من المركبات في الشوارع يتعرض فيها الغاز المتفجر للضغط سيتطلب مستوى جديدًا من السلامة المرورية.

تشير كل هذه العوامل التي تحد من الاستخدام الواسع للهيدروجين إلى أن الانتقال إلى وقود جديد لن يحدث بوتيرة سريعة جدًا. تقترب مبيعات تويوتا ميراي الرائدة التي تعمل بوقود الهيدروجين ، والتي بدأت في عام 2015 ، من علامة 3000 فقط - وهذا في سوق ضخم لا يشمل اليابان فحسب ، بل يشمل أيضًا الولايات المتحدة والاتحاد الأوروبي والإمارات العربية المتحدة. من الواضح أن الهيدروجين كوقود سوف يتعايش مع كل من الهيدروكربونات التقليدية وبطاريات الليثيوم أيون (في السيارات الكهربائية) لفترة طويلة قادمة. في الوقت نفسه ، ستكون تقنيات الهيدروجين قادرة على التطور بوتيرة أسرع في بعض المنافذ الواعدة ، على سبيل المثال ، في مجال الطائرات بدون طيار الكهربائية. الحقيقة هي أن كفاءة خلية وقود الهيدروجين عالية جدًا ، نظرًا لحقيقة أن الطاقة المنبعثة عندما يتحد الهيدروجين مع الأكسجين يتم استخدامها مباشرة في الكهرباء ، دون خسائر كبيرة في شكل حرارة ، كما يحدث عند حرق الوقود في دورة كارنو. باستخدام طاقة الوقود إلى أقصى حد ، يمكن للطائرة بدون طيار التي تعمل بخلية الوقود البقاء في الهواء لفترة أطول بكثير من طائرة بدون طيار ذات وزن إقلاع مماثل ، ولكن يتم تشغيلها بواسطة بطارية ليثيوم أيون شائعة الاستخدام.

هيدروجين صلب؟

في بلدنا ، الرواد في إنشاء خلايا وقود الهيدروجين والهواء (HVFC) للطائرات بدون طيار وليسوا فقط معهد مشاكل الكيمياء الفيزيائية التابع لـ IPPC RAS ​​والمعهد المركزي لمحركات الطيران CIAM. بارانوف. قدمت VVTE IPPC في أبريل 2016 مدة رحلة قياسية مدتها 3 ساعات و 10 دقائق من octocopter مفهوم NELK-88 الذي تم إنتاجه بالاشتراك مع NELK و IPPC RAS.

مخطط وضع حبيبات "الهيدروجين الصلب" في جناح الطائرات بدون طيار

يحتوي نظام الهيدروجين الموجود على متن الطائرة على VVTE جيد جدًا ويعمل بكفاءة ، ولكن مع ظهور الهيدروجين المعبأ في زجاجات على ظهر المركب ، نشأت مشاكل ذات وزن وحجم كبيرين. بالإضافة إلى ذلك ، يبقى احتمال تسرب الغاز ، وهو أمر غير آمن. أحدث المواد والتقنيات شديدة التحمل لم تحل هذه المشكلة تمامًا.

من أجل الحصول على المزيد من الهيدروجين على متن السفينة وفي نظام تخزين أخف ، حاولوا التحول إلى الهيدروجين المسال عند درجة حرارة -253 درجة مئوية ، وكثافته أعلى بثلاث مرات من كثافة الهيدروجين المضغوط إلى ضغوط قياسية تبلغ 300 –350 ضغط جوي لأنظمة الأسطوانات ، والتي يمكن أن تزيد من أنظمة كثافة الطاقة. لكن المشاكل مع وعاء ديوار والعزل الحراري والتعبئة وما إلى ذلك أجبرت على التخلي عن هذه الفكرة. تم العثور على طريقة للخروج عندما تم تذكر هيدرات المعادن الصلبة. في الهيدريد ، يكون الهيدروجين معبأ بكثافة بحيث لا شك في وجود أي تسرب له. لذلك ، يعتبر الهيدروجين "الصلب" حجة جادة في حل مشكلة سلامة كل من الأشخاص والمعدات.

في الهيدريدات المختلفة - الصوديوم ، والمغنيسيوم ، والبورون ، وما إلى ذلك - يوجد الهيدروجين في نسبة وزن بكميات مختلفة ، والبطل هنا هو أمونيا بوران (بورازان) بنسبة 20٪ هيدروجين. للحصول على الهيدروجين الغازي الضروري لـ HVTE ، يكفي تسخين أمونيا بوران بعناية إلى درجة حرارة 85-100 درجة مئوية حتى لا تذوب مع الرغوة. الحصول على مثل هذه درجة الحرارة على متن الطائرة بدون طيار ليس مشكلة: حتى أثناء التشغيل ، على سبيل المثال ، يتم تسخين VHTE.

الطيران على الأجهزة اللوحية

منذ وقت ليس ببعيد ، وقع حدثان مهمان في هذه المنطقة. كان الأول في بداية فبراير 2016 ، عندما اختبرت شركة Cella Energy البريطانية ، جنبًا إلى جنب مع الجمعية الاسكتلندية لعلوم البحار SAMS ، تقنية الهيدروجين الصلب بنجاح على طائرة بدون طيار في موقع اختبار Argyll. وفقًا للخطة ، استغرقت الرحلة عشر دقائق ، وارتفعت الطائرة بدون طيار إلى ارتفاع 80 مترًا.

أقيم الحدث الثاني في منتصف فبراير 2016 في سنغافورة ، عشية افتتاح المعرض الجوي هناك عام 2016. ثم نفذ المسلسل Skyblade 360 ​​UAV mini-UAV من HES Energy Systems رحلة محكومة لمدة ست ساعات و حلقت 300 كم إجمالاً بسرعة 50-55 كم / ساعة. في كلتا الحالتين ، استخدم المطورون تقنيات مماثلة لتصنيع المادة الحاملة للهيدروجين والحصول على الهيدروجين الغازي منها.

تم تصنيع مادة الهيدريد على شكل حبيبات ، والتي تم وضعها على شريط تثبيت مطبوع ، مما جعلها مناسبة لإنتاج متسق ، من الحبيبية إلى الحبيبية ، وتسخينها الدقيق من مصدر حرارة على متن الطائرة. كانت حبيبات بوران الأمونيا من سيلا 1 سم مربع ، تم وضعها في خرطوشة مولد غاز أسطواني ، حيث بعد إطلاق غاز الهيدروجين ، تم الحفاظ على ضغط التشغيل المطلوب - بالمناسبة ، ضغط صغير. تسمح تقنية Pellet-in-Cartridge بتحميل الوقود القابل للتطوير اعتمادًا على المهمة المحددة ، مما يوفر المرونة في استخدام الطائرة بدون طيار.

لن يضيع شيء

في إنتاج حبيبات البورازان ، تم استخدام تقنية البنية النانوية للحصول على جزيئات هيدريد النانوية بحجم 4-6 نانومتر (30 مرة أصغر من حجم حبة الرمل ، كما كان الحال مع Cella) ، وهذا ساهم في ارتفاع عائد الهيدروجين. يطلق 1 جرام من الحبيبات المهيكلة أكثر من 90-95٪ من لتر واحد من غاز الهيدروجين بكفاءة.

ولكن ماذا تفعل بالخرطوشة المستهلكة ، حيث يتبقى الكثير من المواد المفيدة بعد استخراج الهيدروجين من الهيدريد؟ بالطبع ، لن يرمي أحد مثل هذه الخرطوشة ، وسيتم تقليل البقايا المتبقية فيها - البولي بورازيلين - إلى حالة أمونيا بوران عن طريق التشبع بالهيدروجين في وجود محفز خاص ، على سبيل المثال ، يعتمد على الروثينيوم. توجد بالفعل تقنية تجديد ، وفقًا لها يحدث كل شيء في "غلاية واحدة" - مباشرة في الخرطوشة المستهلكة ، مما يجعل العملية آمنة ويبسط سلسلة الإنتاج.

بتقييم آفاق الهيدروجين كمصدر للطاقة ، نعتمد بشكل أساسي على التقنيات الحالية لإنتاجه وتطبيقه. ومع ذلك ، يحدث شيء جديد كل يوم تقريبًا في هذه المنطقة (مما يدل على الظهور السريع لـ "الهيدروجين الصلب") ، وربما يأتي اقتصاد الهيدروجين إلينا في النهاية بشكل مختلف تمامًا.

مقدمة

تظهر الدراسات التي أجريت على الشمس والنجوم والفضاء بين النجمي أن العنصر الأكثر شيوعًا في الكون هو الهيدروجين (في الفضاء ، على شكل بلازما ساخنة ، يشكل 70٪ من كتلة الشمس والنجوم).

وفقًا لبعض الحسابات ، في كل ثانية في أعماق الشمس ، يتحول ما يقرب من 564 مليون طن من الهيدروجين نتيجة اندماج نووي حراري إلى 560 مليون طن من الهيليوم ، ويتحول 4 ملايين طن من الهيدروجين إلى إشعاع قوي يذهب إلى الفضاء الخارجي. ليس هناك خوف من أن الشمس سوف تنفد قريبًا من احتياطيات الهيدروجين. لقد وجدت منذ مليارات السنين ، وإمدادات الهيدروجين فيها كافية لتوفير نفس عدد سنوات الاحتراق.

يعيش الإنسان في عالم من الهيدروجين والهيليوم.

لذلك ، الهيدروجين له أهمية كبيرة بالنسبة لنا.

إن تأثير واستخدام الهيدروجين اليوم عظيم جدًا. جميع أنواع الوقود المعروفة حاليًا تقريبًا ، باستثناء الهيدروجين ، تلوث البيئة. في مدن بلدنا ، تتم المناظر الطبيعية كل عام ، لكن هذا ، على ما يبدو ، لا يكفي. تمتلئ الملايين من طرازات السيارات الجديدة التي يتم إنتاجها الآن بالوقود الذي يطلق غازات ثاني أكسيد الكربون (CO 2) وأول أكسيد الكربون (CO) في الغلاف الجوي. إن استنشاق مثل هذا الهواء والبقاء باستمرار في مثل هذا الجو يشكل خطرا كبيرا على الصحة. ينتج عن هذا أمراض مختلفة ، كثير منها غير قابل للعلاج عمليًا ، بل والأكثر من ذلك أنه من المستحيل معالجتها مع الاستمرار في التواجد في جو يمكن القول إنه "مصاب" بغازات العادم. نريد أن نكون أصحاء ، وبالطبع نريد الأجيال التي ستتبعنا ألا تشكو أو تعاني من تلوث الهواء المستمر ، بل على العكس ، تذكر وثق المثل القائل: "الشمس والهواء والماء أعز أصدقائنا. . "

في غضون ذلك ، لا أستطيع أن أقول إن هذه الكلمات تبرر نفسها. علينا بالفعل أن نغلق أعيننا عن الماء ، لأنه الآن ، حتى لو أخذنا مدينتنا على وجه التحديد ، هناك حقائق معروفة تفيد بأن المياه الملوثة تتدفق من الصنابير ، ولا ينبغي بأي حال من الأحوال شربها.

أما بالنسبة للهواء ، فقد كانت هناك قضية لا تقل أهمية على جدول الأعمال لسنوات عديدة حتى الآن. وإذا تخيلنا ، ولو لثانية واحدة ، أن جميع المحركات الحديثة ستعمل بوقود صديق للبيئة ، وهو بالطبع الهيدروجين ، فإن كوكبنا سيشرع في طريق يؤدي إلى جنة بيئية. لكن هذه كلها أوهام وأفكار ، والتي ، للأسف الشديد ، لن تصبح حقيقة واقعة قريبًا.

على الرغم من حقيقة أن عالمنا يقترب من أزمة بيئية ، فإن جميع البلدان ، حتى تلك التي تلوث البيئة إلى حد كبير بصناعتها (ألمانيا ، اليابان ، الولايات المتحدة الأمريكية ، وللأسف ، روسيا) ليست في عجلة من أمرها للذعر والبدء سياسة الطوارئ لتطهيرها.

بغض النظر عن مدى حديثنا عن التأثير الإيجابي للهيدروجين ، فمن النادر ملاحظة ذلك عمليًا. ولكن لا يزال هناك العديد من المشاريع قيد التطوير ، وكان الغرض من عملي ليس فقط التحدث عن أروع أنواع الوقود ، ولكن أيضًا عن تطبيقه. هذا الموضوع وثيق الصلة بالموضوع ، لأن سكان ليس فقط بلدنا ، ولكن العالم بأسره ، مهتمون بمشكلة البيئة والطرق الممكنة لحل هذه المشكلة.

الهيدروجين على الأرض

الهيدروجين هو أحد أكثر العناصر وفرة على وجه الأرض. في قشرة الأرض ، من بين كل 100 ذرة ، هناك 17 ذرة هيدروجين. تشكل حوالي 0.88٪ من كتلة الكرة الأرضية (بما في ذلك الغلاف الجوي والغلاف الصخري والغلاف المائي). إذا تذكرنا أن الماء على سطح الأرض أكثر

1.5 10 18 م 3 وأن نسبة كتلة الهيدروجين في الماء هي 11.19٪ ، يتضح أن هناك كمية غير محدودة من المواد الخام لإنتاج الهيدروجين على الأرض. يدخل الهيدروجين في النفط (10.9 - 13.8٪) ، الخشب (6٪) ، الفحم (ليجنيت - 5.5٪) ، الغاز الطبيعي (25.13٪). يوجد الهيدروجين في جميع الكائنات الحية الحيوانية والنباتية. يوجد أيضًا في الغازات البركانية. يدخل الجزء الأكبر من الهيدروجين الغلاف الجوي نتيجة للعمليات البيولوجية. عندما تتحلل بلايين الأطنان من بقايا النباتات في ظل ظروف لاهوائية ، يتم إطلاق كمية كبيرة من الهيدروجين في الهواء. هذا الهيدروجين في الغلاف الجوي يتبدد بسرعة وينتشر في الغلاف الجوي العلوي. نظرًا لوجود كتلة صغيرة ، تتمتع جزيئات الهيدروجين بمعدل عالٍ من حركة الانتشار (وهي قريبة من السرعة الكونية الثانية) ، وعند الوصول إلى الطبقات العليا من الغلاف الجوي ، يمكن أن تطير بعيدًا في الفضاء الخارجي. تركيز الهيدروجين في الطبقات العليا من الغلاف الجوي هو 1 10 -4٪.

ما هي تقنية الهيدروجين؟

تشير تقنية الهيدروجين إلى مجموعة من الأساليب والوسائل الصناعية لإنتاج ونقل وتخزين الهيدروجين ، فضلاً عن وسائل وطرق الاستخدام الآمن لها على أساس مصادر لا تنضب من المواد الخام والطاقة.

ما هي جاذبية تكنولوجيا الهيدروجين والهيدروجين؟

إن انتقال النقل والصناعة والحياة اليومية إلى احتراق الهيدروجين هو السبيل إلى حل جذري لمشكلة حماية حوض الهواء من التلوث بأكاسيد الكربون والنيتروجين والكبريت والهيدروكربونات.

لا يمكن للانتقال إلى تكنولوجيا الهيدروجين واستخدام الماء كمصدر وحيد للمواد الخام لإنتاج الهيدروجين أن يغير ليس فقط التوازن المائي للكوكب ، ولكن أيضًا التوازن المائي لمناطقه الفردية. وبالتالي ، يمكن توفير الطلب السنوي على الطاقة لمثل هذا البلد عالي التصنيع مثل FRG بواسطة الهيدروجين الذي يتم الحصول عليه من مثل هذه الكمية من المياه التي تتوافق مع 1.5 ٪ من متوسط ​​تدفق نهر الراين (2180 لترًا من الماء تعطي 1 إصبع قدم في شكل H 2). نلاحظ بشكل عابر أن إحدى التخمينات اللامعة لكاتب الخيال العلمي العظيم جول فيرن أصبحت حقيقة أمام أعيننا ، والتي من خلال فم بطل الروم "الجزيرة الغامضة" (الفصل السابع عشر) ، تعلن: "الماء هو فحم القرون المقبلة ".

يعتبر الهيدروجين الذي يتم الحصول عليه من الماء أحد أكثر ناقلات الطاقة ثراءً. بعد كل شيء ، القيمة الحرارية لـ 1 كجم من H 2 (عند الحد الأدنى) 120 ميجا جول / كجم ، بينما القيمة الحرارية للبنزين أو أفضل وقود طيران هيدروكربوني هو 46-50 ميجا جول / كجم ، أي 2.5 مرة أقل من 1 طن من الهيدروجين يتوافق مع طاقته المكافئة لـ 4.1 تريليون قدم ، علاوة على ذلك ، يعتبر الهيدروجين وقودًا متجددًا للغاية.

لتراكم الوقود الأحفوري على كوكبنا ، هناك حاجة إلى ملايين السنين ، ومن أجل الحصول على الماء من الماء في دورة الحصول على الهيدروجين واستخدامه ، هناك حاجة إلى أيام وأسابيع وأحيانًا ساعات ودقائق.

لكن الهيدروجين كوقود ومادة خام كيميائية له عدد من الصفات القيمة الأخرى. تكمن براعة الهيدروجين في حقيقة أنه يمكن أن يحل محل أي نوع من الوقود في مختلف مجالات الطاقة ، والنقل ، والصناعة ، وفي الحياة اليومية. يحل محل البنزين في محركات السيارات ، والكيروسين في المحركات النفاثة للطائرات ، والأسيتيلين في عمليات اللحام والقطع المعدنية ، والغاز الطبيعي للأغراض المنزلية وغيرها ، والميثان في خلايا الوقود ، وفحم الكوك في العمليات المعدنية (الاختزال المباشر للخامات) ، والهيدروكربونات في عدد من العمليات الميكروبيولوجية. يسهل نقل الهيدروجين عبر الأنابيب وتوزيعه على صغار المستهلكين ، ويمكن الحصول عليه وتخزينه بأي كميات. في الوقت نفسه ، يعتبر الهيدروجين مادة خام لعدد من التركيبات الكيميائية المهمة (الأمونيا والميثانول والهيدرازين) ، لإنتاج الهيدروكربونات الاصطناعية.

كيف ومن ماذا ينتج الهيدروجين حاليا؟

يمتلك التقنيون الحديثون تحت تصرفهم مئات الأساليب الفنية لإنتاج وقود الهيدروجين والغازات الهيدروكربونية والهيدروكربونات السائلة والماء. إن اختيار طريقة أو أخرى تمليه الاعتبارات الاقتصادية ، وتوافر المواد الخام المناسبة وموارد الطاقة. قد تكون هناك مواقف مختلفة في بلدان مختلفة. على سبيل المثال ، في البلدان التي يوجد فيها فائض رخيص من الكهرباء المولدة في محطات الطاقة الكهرومائية ، يمكن الحصول على الهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي للماء (النرويج) ؛ حيث يوجد الكثير من الوقود الصلب والهيدروكربونات باهظة الثمن ، يمكن الحصول على الهيدروجين عن طريق تغويز الوقود الصلب (الصين) ؛ حيث يكون النفط رخيصًا ، يمكن الحصول على الهيدروجين من الهيدروكربونات السائلة (الشرق الأوسط). ومع ذلك ، يتم إنتاج معظم الهيدروجين حاليًا من غازات الهيدروكربون عن طريق تحويل الميثان ومثيلاته (الولايات المتحدة الأمريكية ، روسيا).

أثناء تحويل الميثان مع بخار الماء وثاني أكسيد الكربون والأكسجين وأول أكسيد الكربون مع بخار الماء ، تحدث التفاعلات التحفيزية التالية. دعونا نفكر في عملية الحصول على الهيدروجين عن طريق تحويل الغاز الطبيعي (الميثان).

يتم إنتاج الهيدروجين على ثلاث مراحل. المرحلة الأولى هي تحويل الميثان في فرن أنبوب:

CH 4 + H 2 O \ u003d CO + 3H 2 - 206.4 كيلوجول / مول

CH 4 + CO 2 \ u003d 2CO + 2H 2 - 248.3 كيلوجول / مول.

ترتبط المرحلة الثانية بالتحويل الإضافي للميثان المتبقي في المرحلة الأولى مع الأكسجين الجوي وإدخال النيتروجين في خليط الغاز ، إذا تم استخدام الهيدروجين لتخليق الأمونيا. (إذا تم الحصول على الهيدروجين النقي ، فقد لا توجد المرحلة الثانية من حيث المبدأ).

CH 4 + 0.5O 2 \ u003d CO + 2H 2 + 35.6 كيلوجول / مول.

وأخيرًا المرحلة الثالثة هي تحويل أول أكسيد الكربون ببخار الماء:

CO + H 2 O \ u003d CO 2 + H 2 + 41.0 كيلوجول / مول.

تتطلب كل هذه المراحل بخار الماء ، وتتطلب المرحلة الأولى الكثير من الحرارة ، لذلك تتم العملية من حيث تكنولوجيا الطاقة بحيث يتم تسخين أفران الأنابيب من الخارج بواسطة غاز الميثان المحترق في الأفران ، و يتم استخدام الحرارة المتبقية للمداخن لإنتاج بخار الماء.

دعونا نفكر في كيفية حدوث ذلك في الظروف الصناعية (مخطط 1). الغاز الطبيعي ، الذي يحتوي بشكل أساسي على الميثان ، يتم تنقيته مسبقًا من الكبريت ، وهو مادة سامة لمحفز التحويل ، ويتم تسخينه إلى درجة حرارة 350-370 درجة مئوية ويخلط مع بخار الماء عند ضغط 4.15 - 4.2 ميجا باسكال في نسبة أحجام البخار: الغاز = 3.0: 4.0. ضغط الغاز أمام أنبوب الفرن ، النسبة الدقيقة للبخار: يتم الحفاظ على الغاز بواسطة منظمات آلية.

يدخل خليط الغاز والبخار الناتج عند 350 - 370 درجة مئوية في السخان ، حيث يتم تسخينه إلى 510-525 درجة مئوية بسبب غازات المداخن. ثم يتم إرسال خليط بخار الغاز إلى المرحلة الأولى من تحويل الميثان - إلى أنبوب الفرن ، حيث يتم توزيعه بالتساوي على أنابيب التفاعل الموضوعة رأسياً (ثمانية). تصل درجة حرارة الغاز المحول عند الخروج من أنابيب التفاعل إلى 790 - 820 درجة مئوية. المحتوى المتبقي من غاز الميثان بعد فرن الأنبوب هو 9-11٪ (حجم). تمتلئ الأنابيب بالمحفز.

منذ الآن ، يتحدث صانعو السيارات فقط عن تطوير الهيدروجين. ما هو الهيدروجين؟ دعونا ننظر في الأمر بمزيد من التفصيل.

الهيدروجين هو العنصر الأول في الجدول الكيميائي ، ووزنه الذري هو 1. وهو أحد أكثر المواد شيوعًا في الكون ، على سبيل المثال ، من بين 100 ذرة يتكون منها كوكبنا 17 هو الهيدروجين.

الهيدروجين هو وقود المستقبل. لديها الكثير من المزايا مقارنة بأنواع الوقود الأخرى ولديها احتمالات كبيرة لاستبدالها. يمكن استخدامه تمامًا في جميع فروع الإنتاج والنقل الحديث ، حتى الغاز الذي يتم طهي الطعام عليه يمكن استبداله بسهولة بالهيدروجين دون أي تعديلات.

لماذا لم يتم استخدام الهيدروجين على نطاق واسع حتى الآن؟ تكمن إحدى المشاكل في تقنيات إنتاجها. ربما تكون الطريقة الوحيدة الفعالة للحصول عليها في الوقت الحالي هي طريقة التحليل الكهربائي - الحصول عليها من مادة بفعل تيار كهربائي قوي. لكن في الوقت الحالي ، يتم توليد معظم الكهرباء في محطات الطاقة الحرارية ، وبالتالي فإن السؤال الذي يطرح نفسه: "هل تستحق اللعبة كل هذا العناء؟". لكن إدخال الطاقة الذرية وطاقة الرياح والطاقة الشمسية في إنتاج الكهرباء من المحتمل أن يصحح هذه المشاكل.

توجد هذه المادة في جميع المواد تقريبًا ، ولكن الأهم من ذلك كله أنها توجد في الماء. كما قال كاتب الخيال العلمي Jules Verne: "الماء هو فحم عصور المستقبل." يمكن أن يعزى هذا البيان إلى فئة التنبؤات. يوجد الكثير من هذا "الفحم" على السطح أكثر من أي شيء آخر ، لذلك سنزودنا بالهيدروجين لسنوات عديدة قادمة.

يمكن قول شيء واحد فقط عن النقاء البيئي للهيدروجين: أثناء احتراقه وتفاعلاته في خلايا الوقود ، يتشكل الماء ولا شيء سوى الماء.

ربما تكون خلية الوقود هي الطريقة الأكثر فعالية لتوليد الطاقة من الهيدروجين. يعمل على مبدأ البطارية: يوجد قطبين كهربائيين في خلية الوقود ، يتحرك الهيدروجين بينهما ، ويحدث تفاعل كيميائي ، ويظهر تيار كهربائي على الأقطاب الكهربائية ، وتتحول المادة إلى ماء.

لنتحدث عن استخدام الهيدروجين في السيارات. نشأت فكرة استبدال البنزين العادي المزعج والدخان بغاز نقي تمامًا منذ سنوات عديدة ، في كل من أوروبا والاتحاد السوفيتي. لكن التطورات في هذا المجال تمت بدرجات متفاوتة من النجاح. والآن وصلت ذروة رغبة صانعي السيارات في الحصول على الاستقلال عن النفط. كل شركة تحترم نفسها لديها تطورات في هذا المجال.

يمكن استخدام الهيدروجين في السيارة بطريقتين: إما حرقه في محرك احتراق داخلي ، أو استخدامه في خلايا الوقود. تستخدم معظم السيارات النموذجية الجديدة تقنية خلايا الوقود. لكن شركات مثل Mazda و BMW ذهبت في الاتجاه المعاكس ، ولسبب وجيه.

السيارة التي تعمل بخلايا الوقود هي نظام بسيط وموثوق للغاية ، لكن البنية التحتية تمنع اعتماده على نطاق واسع. على سبيل المثال ، إذا اشتريت سيارة تعمل بخلايا الوقود واستخدمتها في بلدنا ، فسيتعين عليك الذهاب إلى ألمانيا لملء السيارة. وذهب مهندسو BMW في الاتجاه الآخر. قاموا ببناء سيارة تستخدم الهيدروجين كوقود ، ويمكن لهذه السيارة استخدام كل من البنزين والهيدروجين ، مثل العديد من السيارات الحديثة المجهزة بنظام البنزين والبنزين. وبالتالي ، إذا ظهرت محطة وقود واحدة على الأقل تبيع هذا الوقود في مدينتك ، فيمكنك شراء الهيدروجين BMW Hydrogen 7 بأمان.

مشكلة أخرى مع إدخال الهيدروجين هي طريقة تخزينه. تكمن الصعوبة الكاملة في حقيقة أن ذرة الهيدروجين هي الأصغر حجماً في الجدول الكيميائي ، مما يعني أنها تستطيع اختراق أي مادة تقريبًا. هذا يعني أنه حتى الجدران الفولاذية السميكة سوف تمر عبرها ببطء ولكن بثبات. تم حل هذه المشكلة الآن من قبل الكيميائيين.

عقبة أخرى هي الخزان نفسه. يمكن أن يحل 10 كجم من الهيدروجين محل 40 كجم من البنزين ، ولكن الحقيقة هي أن 10 كجم من المادة تستهلك حجم 8000 لتر! وهذه بركة أولمبية كاملة! لتقليل حجم الغاز ، يجب تسييله وتخزين الهيدروجين المسال بأمان وسهولة. تزن خزانات سيارات الهيدروجين اليوم حوالي 120 كجم ، أي ضعف حجم الخزانات القياسية. لكن هذه المشكلة ستحل قريبا.

إن مزايا وقود الهيدروجين أكبر بكثير من عيوبه. يحترق الهيدروجين بكفاءة أكبر ، ولا يحتوي على انبعاثات ضارة ، ولا ينتج عنه سخام ، وهذا يزيد بشكل كبير من عمر السيارات. الهيدروجين وقود متجدد بسهولة ، لذلك لن تتلقى الطبيعة ضررًا يذكر.

العائق الرئيسي أمام تكنولوجيا الهيدروجين هو البنية التحتية. عدد قليل جدًا من محطات الوقود في العالم جاهزة حاليًا لملء سيارة بالهيدروجين ، على الرغم من أن إنتاج سيارات الهيدروجين يتم إنتاجه بالفعل من قبل هوندا وتستعد BMW للإنتاج. في دول الاتحاد السوفيتي السابق ، لا يمكن للمرء حتى أن يحلم بسيارة الهيدروجين على الإطلاق. قبل ظهور محطات غاز الهيدروجين ، سيستغرق الأمر أكثر من عام ، وربما اثنتي عشرة سنة. يبقى أن نرى متى سنبدأ ، مع العالم بأسره ، في إنقاذ الكوكب من كارثة بيئية.

ابتكر العلماء الروس وقودًا جديدًا أرخص بمئة مرة من وقود الديزل وأكثر كفاءة وأسهل في الإنتاج ... هل تعتقد أن أي شخص كان سعيدًا بهذا؟ لم يحدث شيء! كان وزراء موسكو يطاردون الهواء حول مكاتبهم منذ 3 سنوات بالفعل - يبدو أنهم ما زالوا يفكرون في أفضل السبل لتنفيذ الأمر المباشر بشأن التنفيذ الذي تلقوه للتنفيذ. وأولئك الذين أصدروا هذا الأمر ، اتضح أيضًا أنهم غير مهتمين بتنفيذه السريع ، لأنه. لا تمنعوا الوزراء من التخريب مع الإفلات من العقاب لحل المهام الحيوية لروسيا وبقية العالم. لذا فكر الآن: لمن يعمل هؤلاء الوزراء حقًا؟ ابتكر لافوشكين نوعًا جديدًا من الوقود يعتمد على المياه المهيكلة. لكن اتضح أن ملوك اليوم ليسوا بحاجة إلى اختراعهم! بل إنه يمنعهم من دفعنا نحو الهروب نحو الاستنفاد الكامل للوقود الهيدروكربوني والكارثة البيئية على كوكب الأرض الجميل ...