ไฮโดรเจนในอนาคต เชื้อเพลิงไฮโดรเจน ข้อดีและข้อเสียของรถยนต์ที่ใช้ไฮโดรเจน

เชื้อเพลิงชีวภาพที่ผลิตจากวัตถุดิบจากพืชและใช้ในบางประเทศไม่สามารถทดแทนเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนได้อย่างสมบูรณ์ ส่วนแบ่งของปริมาณเชื้อเพลิงในปัจจุบันสำหรับเครื่องยนต์ สันดาปภายใน(ต่อไปนี้จะเรียกว่า ICE) น้อยกว่า 1%

การเปลี่ยนไปใช้ไฟฟ้ามีความเกี่ยวข้องกับปัญหาและข้อจำกัดบางประการ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ระยะทางของรถยนต์ไฟฟ้าที่ไม่มีการชาร์จไฟไม่สามารถตอบสนองความต้องการของผู้ขับขี่ได้ นอกจากนี้ วิทยาศาสตร์สมัยใหม่ยังไม่สามารถจัดหาแบตเตอรี่ขนาดเล็กและทรงพลังให้กับรถยนต์ไฟฟ้าได้

การใช้งาน เครื่องยนต์ไฮบริดช่วยให้คุณลดปริมาณน้ำมันเบนซินที่บริโภคได้ค่อนข้างมาก แต่ไม่ได้กำจัดการใช้อย่างสมบูรณ์ ใช่และค่าใช้จ่ายของรถยนต์ด้วย หน่วยพลังงานทุกคนไม่สามารถจ่ายได้

ข้อมูลเบื้องต้นเกี่ยวกับพลังงานไฮโดรเจนและเซลล์เชื้อเพลิง

เชื้อเพลิงชนิดใหม่ต้องเป็นไปตามข้อกำหนดหลายประการ:

1. มีแหล่งวัตถุดิบเพียงพอ
2. ค่าใช้จ่ายไม่ควรสูง
3. เครื่องยนต์สันดาปภายในสมัยใหม่ควรใช้เชื้อเพลิงใหม่โดยไม่ต้องดัดแปลงหรือมีจำนวนน้อยที่สุด
4. การดีดออก สารอันตรายเครื่องยนต์ที่ใช้งานควรน้อยที่สุด
5. เชื้อเพลิงใหม่จะต้องสูงกว่าเชื้อเพลิงที่มีอยู่

ประวัติไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิง

ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์สันดาปภายในไม่ใช่เรื่องใหม่ ย้อนกลับไปในปี 1806 นักประดิษฐ์ François Isaac de Riva ได้จดสิทธิบัตรเครื่องยนต์ไฮโดรเจนเครื่องแรกในฝรั่งเศส แต่สิ่งประดิษฐ์ของเขาไม่เป็นที่รู้จักและไม่ประสบความสำเร็จ ตั้งแต่กลางศตวรรษที่ 19 น้ำมันเบนซินถูกใช้เป็นเชื้อเพลิงอย่างกว้างขวาง ในเมืองเลนินกราดที่ถูกปิดล้อม ในสภาวะขาดแคลนน้ำมันทั้งหมด มีรถยนต์มากกว่า 600 คันที่วิ่งด้วยไฮโดรเจนได้สำเร็จ หลังสงคราม ประสบการณ์นี้ถูกลืมไปเรียบร้อยแล้ว

กลับไปใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนและมีส่วนร่วมในการวิจัยทางวิทยาศาสตร์อย่างจริงจังในพื้นที่นี้ในช่วงครึ่งหลังของศตวรรษที่ผ่านมา นอกจากนี้ นักวิทยาศาสตร์จากเกือบทุกประเทศที่พัฒนาแล้วยังมีส่วนร่วมในการพัฒนาดังกล่าว

ควรสังเกตว่ามีความคืบหน้าในด้านนี้ เช่น ผู้ผลิตที่มีชื่อเสียงเช่น Honda, Toyota, Hyundai และอื่นๆ กำลังเปิดตัวรถยนต์ไฮโดรเจนของตัวเอง

ทางเลือกในการใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิง

มีหลายวิธีในการใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงสำหรับรถยนต์:

1. โดยใช้ไฮโดรเจนเท่านั้นนั่นเอง
2. ใช้ผสมกับเชื้อเพลิงชนิดอื่น
3. การใช้ไฮโดรเจนในเซลล์เชื้อเพลิง

วิธีการผลิตไฮโดรเจนที่เข้าถึงได้มากที่สุดในปัจจุบันคือวิธีอิเล็กโทรไลต์ ซึ่งไฮโดรเจนได้มาจากน้ำโดยการสัมผัสกับกระแสไฟฟ้าแรงสูงที่เกิดขึ้นระหว่างขั้วไฟฟ้าที่มีขั้วต่างกัน ทุกวันนี้ ไฮโดรเจนที่ผลิตได้กว่า 90% ผลิตจากก๊าซไฮโดรคาร์บอน

การใช้ไฮโดรเจนบริสุทธิ์เพื่อขับเคลื่อนเครื่องยนต์สันดาปภายในได้รับการทดสอบมาอย่างยาวนาน และไม่ได้ใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ด้วยเหตุผลหลายประการ กล่าวคือ:

1. การใช้พลังงานสูงของวิธีการรับเชื้อเพลิงชนิดนี้ในปัจจุบัน
2. ความจำเป็นในการสร้างและใช้ภาชนะที่ปิดสนิทเป็นพิเศษเพื่อเก็บไฮโดรเจนที่ได้
3. ขาดเครือข่ายสถานีบริการเติมน้ำมันรถยนต์ไฮโดรเจน

จาก อุปกรณ์เพิ่มเติมสำหรับการเผาไหม้ไฮโดรเจนในเครื่องยนต์สันดาปภายในของรถยนต์จะมีการติดตั้งระบบจ่ายไฮโดรเจนและถังสำหรับจัดเก็บเท่านั้น วิธีนี้ทำให้สามารถใช้ทั้งไฮโดรเจนและน้ำมันเบนซินเป็นเชื้อเพลิงได้ มันถูกใช้ในรถยนต์ไฮโดรเจนโดยบริษัทยักษ์ใหญ่อย่าง BMW และ Mazda

สามารถใช้ไฮโดรเจนผสมกับเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนแบบดั้งเดิมได้ การใช้วิธีนี้เกิดจากปัญหาเดียวกันกับวิธีการ การทำงานของ ICEกับไฮโดรเจนบริสุทธิ์ และช่วยประหยัดน้ำมันเบนซินหรือดีเซลได้มาก

แต่ผู้เชี่ยวชาญและผู้ผลิตรถยนต์หลายคนชอบใจที่สุด รู้จักรถยนต์ที่ทำงานโดยใช้เซลล์เชื้อเพลิง โดยไม่ต้องเข้า รายละเอียดทางเทคนิคกระบวนการนี้สามารถอธิบายได้ว่าเป็นการรวมกันของไฮโดรเจนและออกซิเจนในอุปกรณ์ที่เรียกว่าเซลล์เชื้อเพลิง ซึ่งผลิตกระแสไฟฟ้าที่จ่ายให้กับมอเตอร์ไฟฟ้าที่ขับเคลื่อนรถยนต์ ผลพลอยได้จากกระบวนการนี้คือน้ำซึ่งถูกขับออกมาเป็นไอน้ำ วิธีนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายโดยผู้ผลิตรถยนต์เช่น Nissan, Toyota และ Ford

ประโยชน์ของการใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจน ข้อได้เปรียบที่สำคัญที่สุดของเครื่องยนต์ไฮโดรเจนคือ การใช้ไฮโดรเจนจะกำจัดสารอันตรายทุกชนิดจำนวนมากที่เข้าสู่สิ่งแวดล้อมในรูปของไอเสียเมื่อใช้เชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอน

สิ่งที่น่าสนใจในความเป็นจริงในปัจจุบันคือความจริงที่ว่าความเป็นไปได้ของการใช้น้ำมันเบนซินแบบเดียวกันจะไม่สูญหายไป

การไม่มีระบบจ่ายเชื้อเพลิงที่ซับซ้อนและมีราคาแพงสามารถนำมาประกอบกับระบบที่มีนัยสำคัญอย่างไม่ต้องสงสัย ข้อดีของเครื่องยนต์สันดาปภายในเกี่ยวกับไฮโดรเจนก่อนแบบเดิมๆ

และแน่นอน ไม่มีใครพูดถึงประสิทธิภาพที่สูงกว่าของเครื่องยนต์ไฮโดรเจนอย่างมีนัยสำคัญเมื่อเทียบกับ ตัวเลือกคลาสสิกน้ำแข็ง.

ข้อเสียของรถยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจน ซึ่งรวมถึงการเพิ่มน้ำหนักของรถเนื่องจากการติดตั้งถังไฮโดรเจนและอุปกรณ์เพิ่มเติมอื่นๆ

ความปลอดภัยค่อนข้างต่ำเมื่อเผาไหม้ไฮโดรเจนบริสุทธิ์ในเครื่องยนต์สันดาปภายใน ความน่าจะเป็นของการจุดระเบิดและการระเบิดนั้นสูงมาก

เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่มีราคาสูงซึ่งผู้ผลิตรถยนต์หลายรายเน้นย้ำถึงการใช้งาน

ความไม่สมบูรณ์ของถังเก็บไฮโดรเจนในปัจจุบันในรถยนต์ จนถึงขณะนี้ นักวิทยาศาสตร์ยังไม่มีความคิดเห็นที่ชัดเจนเกี่ยวกับวัสดุที่จำเป็นสำหรับการผลิตถังไฮโดรเจนสำหรับรถยนต์

การขาดเครือข่ายสถานีสำหรับเติมเชื้อเพลิงรถยนต์ด้วยไฮโดรเจนทำให้การทำงานของรถยนต์ไฮโดรเจนทำได้ยากมาก

ข้อสรุป

แม้จะมีปัญหาทางเทคนิคและข้อบกพร่องที่สำคัญ แต่การใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงหลักในอนาคตก็มี ไม่มีทางเลือกอื่น อย่างน้อยก็ไม่ใช่วันนี้

ไฮโดรเจน -นี่คือ เชื้อเพลิงบริสุทธิ์อย่างแท้จริงซึ่งให้ H 2 O เท่านั้นในระหว่างการเผาไหม้มีค่าความร้อนสูงเป็นพิเศษ - 143 kJ / g วิธีทางเคมีและไฟฟ้าเคมีสำหรับการผลิต H 2 นั้นไม่ประหยัดจึงเป็นเรื่องดีที่จะใช้จุลินทรีย์ที่สามารถปล่อยไฮโดรเจนได้ ความสามารถนี้ครอบครองโดยแบคทีเรียเคมีบำบัดแบบแอโรบิกและไม่ใช้ออกซิเจน แบคทีเรียโฟโตโทรฟิสีม่วงและสีเขียว ไซยาโนแบคทีเรีย สาหร่ายต่างๆ และโปรโตซัวบางชนิด กระบวนการดำเนินการด้วยการมีส่วนร่วมของไฮโดรเจนหรือไนโตรเจน

ไฮโดรจีเนสเป็นเอนไซม์ที่มีศูนย์ FeS มันเร่งปฏิกิริยา 2H + + 2e = H 2

ความเป็นไปได้ทางเทคโนโลยีประการหนึ่งขึ้นอยู่กับการรวมไฮโดรเจนเนสที่แยกได้ในองค์ประกอบของระบบสร้าง H 2 เทียม ปัญหาที่ยากคือความไม่เสถียรของเอนไซม์ที่แยกได้และการยับยั้งการทำงานของมันอย่างรวดเร็วโดยไฮโดรเจน (ผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยา) และออกซิเจน การเพิ่มความเสถียรของไฮโดรเจนสามารถทำได้โดยการตรึง การตรึงป้องกันการยับยั้งไฮโดรเจนโดยออกซิเจน

ขึ้นอยู่กับการใช้แหล่งพลังงานและผู้บริจาคอิเล็กตรอนโดยจุลินทรีย์ กระบวนการทางจุลชีววิทยาของวิวัฒนาการไฮโดรเจนสามารถแบ่งออกเป็นแบบไม่ใช้ออกซิเจนในความมืด ขึ้นอยู่กับแสงโดยไม่มีการวิวัฒนาการของออกซิเจน และขึ้นอยู่กับแสงที่มีการวิวัฒนาการของออกซิเจน (biophotolysis)

กระบวนการไม่ใช้ออกซิเจน ปล่อยไฮโดรเจนในที่มืด

จุลินทรีย์ในกลุ่มอนุกรมวิธานต่างๆ ในระหว่างการหมักสำหรับตัวรับอิเล็กตรอนปลายทางที่ขาดหายไปในตัวกลาง เช่น ออกซิเจน ไนเตรต ไนไตรต์ ซัลเฟต ฟื้นฟูโปรตอน จึงกำจัดสารรีดิวซ์ส่วนเกิน อัตราการผลิตไฮโดรเจนโดยแบคทีเรียในระหว่างการหมักถึง 400 มล./ชม. ต่อกรัมของชีวมวลแห้ง ด้วยวิถีเมแทบอลิซึมที่หลากหลายอันเป็นผลมาจากการที่ไฮโดรเจนถูกปลดปล่อยออกมาในเฟสมืดโดยจุลินทรีย์ที่ทำหน้าที่ ประเภทต่างๆการหมัก ปฏิกิริยาสุดท้ายเกี่ยวข้องกับการสลายตัวของไพรูเวต (1) รูปแบบ (2) อะซีตัลดีไฮด์ (3) ไพริดีนนิวคลีโอไทด์ (NAD (P) H) (4) และการเปลี่ยนรูปของคาร์บอนมอนอกไซด์ (II) (5) :

CH 3 COCOOH + HS-CoA → CH 3 CO-SCoA + CO 2 + H 2 (1)

HCOOH → CO 2 + H 2 (2)

CH 3 -CHO + H 2 O → CH 3 COOH + H 2 (3)

OVER (F) H + H + → OVER (F) + H 2 (4)

CO + H 2 O → H 2 + CO 2 (5)

ประสิทธิภาพการเกิดไฮโดรเจนในระหว่างการหมักคือ 30% เนื่องจากสารอื่นๆ (เอธานอล อะซิเตต โพรพิโอเนต บิวทานอล ฯลฯ) ก่อตัวขึ้นถัดจาก H 2 ซึ่งทำให้แบคทีเรียมีพลังงานที่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโต การคำนวณทางทฤษฎีของการสลายตัวของกลูโคสเพื่อให้ได้ผลผลิตไฮโดรเจนที่เหมาะสมที่สุดให้ปฏิกิริยาต่อไปนี้:

C 6 H 12 O 6 + 4 H 2 O → 2 CH 3 COOH + H 2 CO 3 + 4 H 2, ΔH 0 \u003d - 206 kJ / mol

ในการทดลองกับแบคทีเรียหลายชนิดและกลุ่มของพวกมันมักจะได้รับค่ากลูโคส 0.5-4.0 mol H 2 /mol โดยมีค่าผลผลิตสูงสุดที่ได้รับโดยใช้แบคทีเรียแบบไม่ใช้ออกซิเจนในอุณหภูมิ

ที่ เงื่อนไขที่แท้จริงกำลังจะเปลี่ยนกระบวนการ การผลิตไฮโดรเจนในเมทาโนเจเนซิสหรือการหมักแบบอื่นๆ ใช้วิธีการต่าง ๆ ในการยับยั้งการเจริญเติบโตของแบคทีเรียมีเทนโดยเลือกตามลักษณะทางสรีรวิทยา: ไม่สามารถสร้างสปอร์, พิษของออกซิเจน, ช่วง pH ที่แคบลงสำหรับการเจริญเติบโต, การปรากฏตัวของสารยับยั้งเฉพาะ (กรด 2-bromomethanesulfonic ,ไอโอโดโพรเพนและอะเซทิลีน). แนวโน้มที่ดีที่สุดภายใต้สภาวะจริงคือการเลือก pH ของตัวกลางเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ

ความเร็ว ปล่อยไฮโดรเจนขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารชีวมวลที่ใช้งานและลักษณะของการถ่ายโอนมวลของถังหมักเอง การปล่อยไฮโดรเจนเกิดขึ้นในอัตราที่เร็วกว่าโดยการใช้จุลินทรีย์ตรึงหรือเป็นเม็ดกว่าในกรณีของสารแขวนลอย ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม ที่ความเข้มข้นของสารชีวมวล 35 g/l อัตราการวิวัฒนาการของไฮโดรเจนถึง 15 l H 2 /l ชั่วโมง และประสิทธิภาพคือ 3.5 mol H 2 / mol ซูโครส เมื่อใช้เส้นใยประดิษฐ์ในการบำบัดน้ำเสียในครัวเรือน เราได้รับอัตราการวิวัฒนาการของไฮโดรเจนที่ 0.6 ลิตรต่อชั่วโมง ล. สารละลาย

วิวัฒนาการของไฮโดรเจนในระยะมืดมีแนวโน้มว่าจะนำไปปฏิบัติในการประมวลผลของเสียจากการผลิตอินทรีย์ (เศษไม้ เศษอาหาร ฯลฯ) ในการแนะนำเทคโนโลยีการผลิตไฮโดรเจน ไม่เพียงแต่จำเป็นต้องเพิ่มประสิทธิภาพแต่ละขั้นตอนของกระบวนการเท่านั้น แต่ยังต้องรวมกระบวนการในการเตรียมวัตถุดิบเข้าเป็นห่วงโซ่เทคโนโลยีเดียว ปล่อยไฮโดรเจนและกำจัดผลพลอยได้อันไม่พึงประสงค์โดยเฉพาะกรดอินทรีย์

ข้อดี: ข้อได้เปรียบหลักและไม่อาจโต้แย้งได้ของรถยนต์ที่ใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนคือความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมสูง ลองเขียน:
ความเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมของเชื้อเพลิงไฮโดรเจน ผลคูณของการเผาไหม้ไฮโดรเจนคือน้ำ ไอน้ำที่แม่นยำยิ่งขึ้น แน่นอนว่านี่ไม่ได้หมายความว่าก๊าซพิษจะไม่ถูกปล่อยออกมาเมื่อขับขี่ยานพาหนะดังกล่าว เพราะนอกจากไฮโดรเจนแล้ว ICE ยังเผาไหม้อีกด้วย น้ำมันต่างๆ. อย่างไรก็ตามปริมาณการปล่อยก๊าซเรือนกระจกนั้นเทียบไม่ได้กับน้ำมันเบนซินที่เป็นควัน อันที่จริงสภาพสิ่งแวดล้อมที่เสื่อมโทรมเป็นปัญหาสำหรับมนุษยชาติ และหากจำนวน "สัตว์ประหลาด" น้ำมันเบนซินยังคงเพิ่มขึ้นในอัตราดังกล่าว เชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่เคยทำในช่วงสงครามจะไม่ใช่เชื้อเพลิงเพียงอย่างเดียวอีกต่อไป ความรอดของเมือง แต่สำหรับมวลมนุษยชาติ
ICE กับไฮโดรเจนยังสามารถใช้เชื้อเพลิงแบบคลาสสิก เช่น น้ำมันเบนซิน ในการทำเช่นนี้ คุณจะต้องติดตั้งถังน้ำมันเพิ่มเติมบนรถ ไฮบริดดังกล่าวสามารถ "ส่งเสริม" สู่ตลาดได้ง่ายกว่าเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบไฮโดรเจนบริสุทธิ์
ไร้เสียง
ความเรียบง่ายของการออกแบบและไม่มีระบบที่มีราคาแพง ไม่น่าเชื่อถือ และเป็นอันตรายสำหรับการจ่ายเชื้อเพลิง การระบายความร้อน ฯลฯ
ค่าสัมประสิทธิ์ การกระทำที่เป็นประโยชน์มอเตอร์ไฟฟ้าที่ใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนนั้นสูงกว่าเครื่องยนต์สันดาปภายในแบบคลาสสิกหลายเท่า

ข้อเสีย: รถหนัก. ในการใช้งานมอเตอร์ไฟฟ้ากับเชื้อเพลิงไฮโดรเจน จำเป็นต้องใช้แบตเตอรี่ทรงพลังและตัวแปลงกระแสไฮโดรเจน ซึ่งใน การออกแบบทั่วไปน้ำหนักไม่มากและมีขนาดใหญ่

เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนมีราคาสูง

เมื่อใช้ไฮโดรเจนกับเชื้อเพลิงทั่วไป มีความเสี่ยงสูงที่จะระเบิดและไฟไหม้
เทคโนโลยีการจัดเก็บเชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่ไม่สมบูรณ์ กล่าวคือ นักวิทยาศาสตร์และนักพัฒนายังไม่ได้ตัดสินใจว่าจะใช้โลหะผสมชนิดใดสำหรับถังเก็บไฮโดรเจน
มาตรฐานที่จำเป็นสำหรับการจัดเก็บ การขนส่ง และการใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนยังไม่ได้รับการพัฒนา
การขาดโครงสร้างพื้นฐานเชื้อเพลิงไฮโดรเจนอย่างสมบูรณ์สำหรับรถยนต์
วิธีที่ซับซ้อนและมีราคาแพงสำหรับการผลิตไฮโดรเจนในระดับอุตสาหกรรม
หลังจากอ่านข้อดีและข้อเสียของเชื้อเพลิงไฮโดรเจนแล้ว เราสามารถสรุปได้ว่าในแง่ของระบบนิเวศที่เสื่อมโทรม ไฮโดรเจนจากแหล่งพลังงานทางเลือกจะเป็นทางออกเดียวที่มีประสิทธิภาพสำหรับปัญหา แต่ถ้าเราหันไปหาจุดอ่อน มันจะชัดเจนว่าทำไมจนถึงตอนนี้ การผลิตต่อเนื่องรถยนต์ไฮโดรเจนถูกเลื่อนออกไปอย่างไม่มีกำหนด

วิธีการรับ H2:

1) การปฏิรูปก๊าซมีเทนด้วยไอน้ำ - PCM มันดำเนินการในโลกส่วนใหญ่โดยการปฏิรูปไอน้ำของมีเทนที่อุณหภูมิ 750-850 ° C ในเครื่องปฏิรูปไอน้ำเคมีและพื้นผิวเร่งปฏิกิริยา ในระยะแรก ก๊าซมีเทนและไอน้ำจะถูกแปลงเป็นไฮโดรเจนและคาร์บอนมอนอกไซด์ (ก๊าซสังเคราะห์) ต่อจากนี้ "ปฏิกิริยากะ" จะแปลงคาร์บอนมอนอกไซด์และน้ำให้เป็นคาร์บอนไดออกไซด์และไฮโดรเจน ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 200-250 °C ในการใช้กระบวนการดูดความร้อนของ PCM ประมาณครึ่งหนึ่งของก๊าซต้นทางจะถูกเผา เมื่อใช้ไอน้ำปฏิรูปมีเทนร่วมกับเครื่องปฏิกรณ์ฮีเลียมอุณหภูมิสูง (HTGR) พลังงานความร้อนที่ต้องการของ HTGR จะอยู่ที่ประมาณ 6.5 GW ต่อไฮโดรเจน 5 ล้านตัน

2) การแปลงพลาสมาของไฮโดรคาร์บอน . การตรวจสอบการแปลงพลาสมาของเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนธรรมชาติ (มีเทน น้ำมันก๊าด) เป็นก๊าซสังเคราะห์ได้ดำเนินการที่ RCC "สถาบัน Kurchatov" เทคโนโลยีนี้สามารถนำไปใช้กับ สถานีเติมน้ำมันหรือบนยานพาหนะไฮโดรเจนที่ใช้เชื้อเพลิงเหลวธรรมดา วิธีการเคมีในพลาสมาได้รับการพัฒนาเพื่อผลิตไฮโดรเจนโดยใช้เทคโนโลยี RF และเทคโนโลยีไมโครเวฟโดยใช้เป็นวัตถุดิบ สารประกอบทางเคมี ซึ่งไฮโดรเจนอยู่ในสถานะจับตัวอ่อน เช่น ไฮโดรเจนซัลไฟด์

3) การสลายตัวด้วยไฟฟ้าของน้ำ (อิเล็กโทรไลซิส). ไฮโดรเจนด้วยไฟฟ้าเป็นผลิตภัณฑ์ที่หาได้ง่ายที่สุดแต่มีราคาแพง ในการย่อยสลายน้ำบริสุทธิ์ภายใต้สภาวะปกติ ต้องใช้แรงดันไฟฟ้า 1.24 โวลต์ ขนาดของแรงดันไฟฟ้าขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดัน คุณสมบัติของอิเล็กโทรไลต์และพารามิเตอร์อื่นๆ ของเซลล์ ประสิทธิภาพได้ถูกนำไปใช้ในโรงงานอุตสาหกรรมและโรงงานนำร่อง อิเล็กโทรไลเซอร์ ~70-80% รวมทั้งอิเล็กโทรไลซิสภายใต้แรงดัน อิเล็กโทรไลซิสด้วยไอน้ำเป็นรูปแบบหนึ่งของอิเล็กโทรลิซิสแบบธรรมดา ส่วนหนึ่งของพลังงานที่จำเป็นในการแยกน้ำในกรณีนี้คือการลงทุนในรูปแบบของความร้อนที่อุณหภูมิสูงเพื่อให้ไอน้ำร้อน (สูงถึง 900 °C) ทำให้กระบวนการนี้มีประสิทธิภาพมากขึ้น การเทียบท่าของ HTGR กับอิเล็กโทรไลต์ที่อุณหภูมิสูงจะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตไฮโดรเจนจากน้ำได้มากถึง 50%

ข้อจำกัดที่สำคัญประการหนึ่งของการผลิตไฮโดรเจนด้วยไฟฟ้าในปริมาณมากคือความต้องการโลหะมีค่า (แพลตตินัม โรเดียม และแพลเลเดียม) สำหรับตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งเป็นสัดส่วนกับกำลังไฟฟ้าและดังนั้น พื้นผิวของอิเล็กโทรด

4) การแยกน้ำ เห็นได้ชัดว่าในอนาคตอันใกล้นี้ วิธีการผลิตไฮโดรเจนโดยใช้วัตถุดิบคาร์บอนจะเป็นวิธีหลัก อย่างไรก็ตาม ข้อจำกัดด้านวัตถุดิบและสิ่งแวดล้อมของไอน้ำปฏิรูปมีเทนกระตุ้นการพัฒนากระบวนการผลิตไฮโดรเจนจากน้ำ

5) วัฏจักรเทอร์โมเคมีและเทอร์โมอิเล็กโทรเคมี น้ำยังสามารถย่อยสลายด้วยความร้อนที่อุณหภูมิต่ำกว่าโดยใช้ลำดับ ปฏิกริยาเคมีซึ่งทำหน้าที่ดังต่อไปนี้: จับน้ำ, แยกไฮโดรเจนและออกซิเจน, การสร้างรีเอเจนต์ใหม่ กระบวนการทางความร้อนเคมีสำหรับการผลิตไฮโดรเจนที่มีประสิทธิภาพสูงถึง 50% ใช้ลำดับของปฏิกิริยาเคมี (เช่น กระบวนการกรดซัลฟิวริก-ไอโอดีน) และต้องการการจ่ายความร้อนที่อุณหภูมิประมาณ 1,000 °C เครื่องปฏิกรณ์อุณหภูมิสูงยังสามารถทำหน้าที่เป็นแหล่งความร้อนสำหรับการสลายตัวทางความร้อนของน้ำ ในขั้นตอนที่แยกจากกันของกระบวนการประเภทนี้ ควบคู่ไปกับการกระทำทางความร้อน ไฟฟ้า (อิเล็กโทรไลซิส พลาสมา) สามารถใช้เพื่อแยกไฮโดรเจนออก

ประวัติเครื่องยนต์ไฮโดรเจน หากน้ำมันถูกเรียกว่าเชื้อเพลิงของวันนี้ (เชื้อเพลิงแห่งศตวรรษ) ไฮโดรเจนสามารถเรียกได้ว่าเป็นเชื้อเพลิงแห่งอนาคต

ภายใต้สภาวะปกติ ไฮโดรเจนเป็นก๊าซไม่มีสี ไม่มีกลิ่น และรสจืด ซึ่งเป็นสารที่เบาที่สุด (เบากว่าอากาศ 14.4 เท่า) มีจุดเดือดและจุดหลอมเหลวต่ำมาก ตามลำดับ -252.6 และ -259.1 CC

ไฮโดรเจนเหลวเป็นของเหลวไม่มีสีไม่มีกลิ่นที่อุณหภูมิ -253 ° C มีมวล 0.0708 g / cm 3

ไฮโดรเจนเป็นชื่อของนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Antoine Laurent Lavoisier ซึ่งในปี ค.ศ. 1787 ได้ย่อยสลายและสังเคราะห์น้ำใหม่ เสนอให้ตั้งชื่อองค์ประกอบที่สอง (รู้จักออกซิเจน) - hydrophene ซึ่งหมายถึง "การให้กำเนิดน้ำ" หรือ "ไฮโดรเจน" . ก่อนหน้านี้ ก๊าซที่ปล่อยออกมาระหว่างปฏิกิริยาของกรดกับโลหะเรียกว่า "อากาศที่ติดไฟได้"

สิทธิบัตรครั้งแรกสำหรับเครื่องยนต์ที่ใช้ส่วนผสมของไฮโดรเจนและออกซิเจนปรากฏในปี 1841 ในอังกฤษ และ 11 ปีต่อมา Christian Teiman ช่างซ่อมนาฬิกาในราชสำนักได้สร้างเครื่องยนต์ในมิวนิกซึ่งใช้ส่วนผสมของไฮโดรเจนและอากาศเป็นเวลาหลายปี

สาเหตุหนึ่งที่เครื่องยนต์เหล่านี้ไม่ได้รับความนิยมคือการขาดไฮโดรเจนอิสระในธรรมชาติ

เครื่องยนต์ไฮโดรเจนกลับมาใช้อีกครั้งในศตวรรษของเรา - ในยุค 70 ในอังกฤษ นักวิทยาศาสตร์ Ricardo และ Brustal ได้ทำการวิจัยอย่างจริงจัง จากการทดลอง - โดยการเปลี่ยนเฉพาะการจ่ายไฮโดรเจน - พวกเขาพบว่าเครื่องยนต์ไฮโดรเจนสามารถทำงานได้ตลอดช่วงโหลดทั้งหมด จาก ไม่ได้ใช้งานจนถึงโหลดเต็มที่ นอกจากนี้สำหรับส่วนผสมที่ไม่ดีจะได้ค่าประสิทธิภาพของตัวบ่งชี้ที่สูงกว่าน้ำมันเบนซิน

ในเยอรมนีในปี 1928 บริษัทเรือเหาะ Zeppelin ใช้ไฮโดรเจนเป็นสารเติมแต่งเชื้อเพลิงเพื่อทำการบินทดสอบระยะไกลข้ามทะเลเมดิเตอร์เรเนียน

ก่อนสงครามโลกครั้งที่สอง ในเยอรมนีเดียวกัน รถรางที่ขับเคลื่อนด้วยไฮโดรเจนถูกนำมาใช้ ไฮโดรเจนสำหรับพวกเขาได้รับในอิเล็กโทรไลเซอร์แรงดันสูงที่ทำงานจากแหล่งจ่ายไฟหลักที่ปั๊มน้ำมันซึ่งอยู่ใกล้กับทางรถไฟ

งานของรูดอล์ฟ เออร์เรนมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาเครื่องยนต์ไฮโดรเจน เขาสมัครครั้งแรก การผสมภายในซึ่งทำให้สามารถเปลี่ยนเครื่องยนต์เชื้อเพลิงเหลวเป็นไฮโดรเจนได้ในขณะที่ยังคงรักษาเครื่องยนต์หลักไว้ ระบบเชื้อเพลิงและด้วยเหตุนี้จึงรับประกันการทำงานของเครื่องยนต์ด้วยเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอน ไฮโดรเจน และเชื้อเพลิงเหลวที่มีสารเติมแต่งไฮโดรเจน เป็นที่น่าสนใจที่จะสังเกตว่าสามารถเปลี่ยนจากเชื้อเพลิงประเภทหนึ่งเป็นเชื้อเพลิงชนิดอื่นได้โดยไม่ต้องหยุดเครื่องยนต์

หนึ่งในเครื่องยนต์ที่ Erren ดัดแปลงคือรถบัสดีเซลของ Leyland ซึ่งการทดลองแสดงให้เห็นว่ามีประสิทธิภาพสูงเมื่อเติมไฮโดรเจนลงในเชื้อเพลิงดีเซล

เออร์เรนยังได้พัฒนาเครื่องยนต์ไฮโดรเจน-ออกซิเจนซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้ซึ่งก็คือไอน้ำ ไอน้ำบางส่วนกลับคืนสู่กระบอกสูบพร้อมกับออกซิเจนและที่เหลือก็ควบแน่น ความสามารถในการใช้งานเครื่องยนต์ที่ไม่มีไอเสียภายนอกถูกใช้ในเรือดำน้ำเยอรมันก่อนสงคราม ในตำแหน่งพื้นผิว เครื่องยนต์ดีเซลทำให้มั่นใจได้ถึงความคืบหน้าของเรือและให้พลังงานสำหรับการสลายตัวของน้ำให้เป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน ในตำแหน่งที่จมอยู่ใต้น้ำ พวกมันทำงานโดยใช้ส่วนผสมของไอน้ำกับออกซิเจนและไฮโดรเจน ในเวลาเดียวกัน เรือดำน้ำไม่ต้องการอากาศสำหรับเครื่องยนต์ดีเซล และไม่ทิ้งร่องรอยบนพื้นผิวของน้ำในรูปของฟองอากาศของไนโตรเจน ออกซิเจน และผลิตภัณฑ์การเผาไหม้อื่นๆ

ในประเทศของเรา การวิจัยเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของการใช้ไฮโดรเจนในเครื่องยนต์สันดาปภายในเริ่มขึ้นในช่วงทศวรรษที่ 1930

ในระหว่างการปิดล้อมของเลนินกราดสำหรับการยกและลดระดับบอลลูนที่กั้นอากาศนั้นใช้รอกที่มีเครื่องยนต์ GAZ-AA ซึ่งเปลี่ยนเป็นพลังงานไฮโดรเจน ตั้งแต่ปีพ. ศ. 2485 มีการใช้ไฮโดรเจนในหน่วยป้องกันภัยทางอากาศของกรุงมอสโกอย่างประสบความสำเร็จทำให้บอลลูนพองตัว

ในปี 1950 มีการเสนอให้ใช้ไฮโดรเจนกับเรือในแม่น้ำ ซึ่งได้มาจากการสลายตัวของน้ำโดยกระแสไฟฟ้าของโรงไฟฟ้าพลังน้ำ

การใช้ไฮโดรเจนในปัจจุบัน

ที่สถาบันคาร์คอฟปัญหาวิศวกรรมเครื่องกลของ Academy of Sciences ของยูเครน SSR และสถาบันรถยนต์และถนนคาร์คอฟภายใต้การแนะนำของศาสตราจารย์ I. L. Varshavsky ได้ทำการศึกษาเกี่ยวกับความต้านทานการระเบิดของไฮโดรเจน - อากาศและน้ำมันเบนซิน - ไฮโดรเจน - ส่วนผสมของอากาศรวมถึงการพัฒนาในการแปลงเป็นไฮโดรเจนและเติมไฮโดรเจนลงในน้ำมันเบนซินของเครื่องยนต์รถยนต์ Moskvich-412, "VAZ-2101", "GAZ-24" โดยใช้สารกักเก็บพลังงานและโลหะหนักไฮไดรด์สำหรับการผลิต และกักเก็บไฮโดรเจน การพัฒนาเหล่านี้ได้มาถึงขั้นตอนของการทดลองใช้รถโดยสารและแท็กซี่แล้ว

ปรากฏในอวกาศ คลาสใหม่เครื่องบินที่มีความเร็วเหนือเสียงในชั้นบรรยากาศของโลก เพื่อให้ได้ความเร็วดังกล่าว จำเป็นต้องใช้เชื้อเพลิงที่มีค่าความร้อนสูงและผลิตภัณฑ์การเผาไหม้ที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่ำ นอกจากนี้จะต้องมีความสามารถในการทำความเย็นขนาดใหญ่

ไฮโดรเจนตรงตามข้อกำหนดเหล่านี้อย่างสมบูรณ์ สามารถดูดซับความร้อนได้มากกว่าน้ำมันก๊าด 30 เท่า เมื่อให้ความร้อนตั้งแต่ -253 ถึง +900 °C (อุณหภูมิที่ทางเข้าเครื่องยนต์) ไฮโดรเจน 1 กิโลกรัมสามารถดูดซับได้มากกว่า 4,000 กิโลแคลอรี

การล้างจากด้านในของเครื่องบินก่อนเข้าสู่ห้องเผาไหม้ ไฮโดรเจนเหลวจะดูดซับความร้อนทั้งหมดที่ปล่อยออกมาในระหว่างการเร่งความเร็วของเครื่องบินให้มีความเร็วมากกว่าความเร็วเสียงในอากาศ 10-12 เท่า

ไฮโดรเจนเหลวที่จับคู่กับออกซิเจนเหลวถูกใช้ในขั้นตอนสุดท้ายของยานยิงจรวด American Saturn-5 ที่มีน้ำหนักมากเป็นพิเศษ ซึ่งมีส่วนสนับสนุนความสำเร็จของโครงการอวกาศ Apollo และ Skylab ในระดับหนึ่ง

คุณสมบัติของมอเตอร์ของเชื้อเพลิง

ไฮโดรเจนมีตัวบ่งชี้พลังงานและมวลสูงสุด มากกว่าเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนแบบเดิม 2.5-3 เท่า และแอลกอฮอล์ - 5-6 เท่า อย่างไรก็ตาม เนื่องจากความหนาแน่นต่ำในแง่ของปริมาณความร้อนที่ส่งออก มันจึงด้อยกว่าเชื้อเพลิงของเหลวและก๊าซส่วนใหญ่ ความร้อนจากการเผาไหม้ 1 ม. 3 ของส่วนผสมของไฮโดรเจนกับอากาศนั้นน้อยกว่าความร้อนของน้ำมันเบนซิน 15% เนื่องจากการเติมกระบอกสูบที่แย่กว่าเนื่องจากความหนาแน่นต่ำ ความจุลิตร เครื่องยนต์เบนซินเมื่อเปลี่ยนเป็นไฮโดรเจนจะลดลง 20-25%

อุณหภูมิจุดติดไฟของสารผสมไฮโดรเจนจะสูงกว่าอุณหภูมิของสารผสมไฮโดรคาร์บอน แต่อุณหภูมิการจุดระเบิดของสารผสมไฮโดรเจนนั้นต้องการพลังงานน้อยกว่าในการจุดไฟ ส่วนผสมของไฮโดรเจนกับอากาศต่างกัน ความเร็วสูงการเผาไหม้ในเครื่องยนต์และการเผาไหม้ดำเนินการที่ปริมาตรเกือบคงที่ซึ่งนำไปสู่ความดันที่เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว (สูงกว่าน้ำมันเบนซินเทียบเท่า 3 เท่า) อย่างไรก็ตาม ในของผสมที่ไม่ติดมันและแม้แต่น้อยมากๆ อัตราการเผาไหม้ของไฮโดรเจนจะให้ ทำงานปกติเครื่องยนต์.

ส่วนผสมของไฮโดรเจนและอากาศมีช่วงความสามารถในการเผาไหม้ที่กว้างเป็นพิเศษ ซึ่งช่วยให้การเปลี่ยนแปลงใดๆ ในการโหลดใช้การควบคุมคุณภาพสูง ขีด จำกัด การติดไฟต่ำช่วยให้มั่นใจถึงการทำงานของเครื่องยนต์ไฮโดรเจนเลย โหมดความเร็วในองค์ประกอบส่วนผสมที่หลากหลายซึ่งเป็นผลมาจากประสิทธิภาพที่โหลดบางส่วนเพิ่มขึ้น 25-50%

วิธีการต่อไปนี้เป็นที่รู้จักกันในการจัดหาไฮโดรเจนให้กับเครื่องยนต์สันดาปภายใน: การฉีดเข้าไปในท่อร่วมไอดี โดยการปรับเปลี่ยนคาร์บูเรเตอร์คล้ายกับระบบจ่ายก๊าซเหลวและก๊าซธรรมชาติ การจ่ายไฮโดรเจนแต่ละครั้งใกล้กับวาล์วทางเข้า ฉีดตรงภายใต้แรงดันสูงเข้าไปในห้องเผาไหม้

เพื่อให้แน่ใจว่าเครื่องยนต์ทำงานได้อย่างเสถียร วิธีแรกและวิธีที่สองสามารถใช้ได้กับการหมุนเวียนก๊าซไอเสียบางส่วนเท่านั้น โดยใช้สารเติมแต่งในการเติมน้ำมันเชื้อเพลิงของน้ำและสารเติมแต่งน้ำมันเบนซิน

ผลลัพธ์ที่ดีที่สุดได้มาจากการฉีดไฮโดรเจนโดยตรงเข้าไปในห้องเผาไหม้ ซึ่งไม่รวมการสะท้อนกลับในทางเดินไอดีอย่างสมบูรณ์ ในขณะที่กำลังสูงสุดไม่เพียงแต่ไม่ลดลงเท่านั้น แต่ยังเพิ่มขึ้นได้ 10-15%

การจ่ายน้ำมันเชื้อเพลิง

ไฮโดรเจนเหลวในถังแช่เยือกแข็งที่มีผนังสองชั้น ซึ่งเป็นช่องว่างระหว่างฉนวนความร้อน

สิ่งที่น่าสนใจในทางปฏิบัติอย่างยิ่งคือการสะสมของไฮโดรเจนโดยใช้เมทัลไฮไดรด์ โลหะและโลหะผสมบางชนิด เช่น วานาเดียม ไนโอเบียม เหล็ก-ไททาเนียม (FeTi) แมงกานีส-นิกเกิล (Mg + 5% Ni) และอื่นๆ สามารถรวมกับไฮโดรเจนได้ภายใต้สภาวะบางประการ ในกรณีนี้จะเกิดไฮไดรด์ที่มีไฮโดรเจนอยู่เป็นจำนวนมาก หากใช้ความร้อนกับไฮไดรด์ มันจะสลายตัวและปล่อยไฮโดรเจนออกมา โลหะและโลหะผสมที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้สำหรับพันธะไฮโดรเจน

ระบบไฮไดรด์มักใช้ความร้อนจากก๊าซไอเสียของเครื่องยนต์เพื่อปล่อยไฮโดรเจน แบตเตอรี่ไฮไดรด์ถูกชาร์จด้วยไฮโดรเจนภายใต้แรงดันต่ำพร้อมกับระบายความร้อนด้วยน้ำไหลจากแหล่งจ่ายน้ำ ในแง่ของคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์และต้นทุนต่ำ โลหะผสม FeTi เป็นส่วนประกอบที่เหมาะสมที่สุด

แบตเตอรี่ไฮไดรด์คือชุดของท่อสแตนเลส (คาร์ทริดจ์ไฮไดรด์) ที่บรรจุด้วยผงโลหะผสม FeTi และอยู่ในเปลือกทั่วไป ก๊าซไอเสียของเครื่องยนต์หรือน้ำจะถูกส่งผ่านเข้าไปในช่องว่างระหว่างท่อ ท่อเชื่อมต่อที่ด้านหนึ่งด้วยตัวสะสม ซึ่งทำหน้าที่เก็บไฮโดรเจนจำนวนเล็กน้อยที่จำเป็นในการสตาร์ทเครื่องยนต์และใช้งานในสภาวะชั่วครู่ ในแง่ของมวลและปริมาตร แบตเตอรี่ไฮไดรด์เปรียบได้กับระบบจัดเก็บไฮโดรเจนเหลว ในแง่ของความเข้มของพลังงานนั้นด้อยกว่าน้ำมันเบนซิน แต่มีมากกว่าแบตเตอรี่ตะกั่วกรด

วิธีการจัดเก็บไฮไดรด์สอดคล้องกับโหมดการทำงานของเครื่องยนต์ผ่านการควบคุมอัตโนมัติของการไหลของก๊าซไอเสียผ่านตัวสะสมไฮไดรด์ ระบบไฮไดรด์ช่วยให้สามารถใช้การสูญเสียความร้อนกับก๊าซไอเสียและน้ำหล่อเย็นได้อย่างเต็มที่ ระบบไฮไดรด์-ไครโอเจนิกส์แบบทดลองถูกใช้ในเชฟโรเลต มอนติคาร์โล ในระบบนี้ เครื่องยนต์จะสตาร์ทด้วยไฮโดรเจนเหลว และเครื่องสะสมไฮไดรด์จะเปิดขึ้นหลังจากที่เครื่องยนต์อุ่นเครื่อง และใช้น้ำจากระบบหล่อเย็นเพื่อให้ความร้อนกับไฮไดรด์

ในเยอรมนีก่อนสงคราม ในระบบไฮไดรด์ทดลองที่พัฒนาโดย Daimler-Benz มีการใช้แบตเตอรี่ไฮไดรด์สองก้อน ซึ่งหนึ่งในนั้น - อุณหภูมิต่ำ - ดูดซับความร้อนจากสิ่งแวดล้อมและทำงานเป็นเครื่องปรับอากาศ อีกก้อนหนึ่งได้รับความร้อนจากน้ำหล่อเย็นจาก ระบบระบายความร้อนของเครื่องยนต์ เวลาที่ใช้ในการชาร์จแบตเตอรี่ไฮไดรด์ขึ้นอยู่กับระยะเวลาที่ใช้ในการระบายความร้อน เมื่อระบายความร้อนด้วยน้ำประปา เวลาในการชาร์จตัวสะสมไฮไดรด์ที่มีความจุ 65 ลิตร ซึ่งประกอบด้วยโลหะผสม FeTi 200 กก. และดูดซับไฮโดรเจน 50 ลบ.ม. คือ 45 นาที และเติม 75% ใน 10 นาทีแรก .

ประโยชน์ของไฮโดรเจน

ฐานวัตถุดิบสำหรับการผลิตไฮโดรเจนนั้นแทบไม่จำกัดในทางปฏิบัติ พอจะพูดได้ว่าเป็นองค์ประกอบที่อุดมสมบูรณ์ที่สุดในจักรวาล ในรูปของพลาสมา มีมวลเกือบครึ่งหนึ่งของดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์ส่วนใหญ่ ก๊าซของตัวกลางระหว่างดาวและเนบิวลาก๊าซยังประกอบด้วยไฮโดรเจนเป็นส่วนใหญ่

ในเปลือกโลก ปริมาณไฮโดรเจนคือ 1% โดยมวล และในน้ำ - สารที่พบมากที่สุดในโลก - 11.19% โดยมวล อย่างไรก็ตาม ไฮโดรเจนอิสระนั้นหายากมาก และเกิดขึ้นในปริมาณที่น้อยที่สุดในภูเขาไฟและก๊าซธรรมชาติอื่นๆ

ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงที่มีลักษณะเฉพาะที่สกัดจากน้ำ และหลังจากการเผาไหม้ จะเกิดเป็นน้ำอีกครั้ง หากใช้ออกซิเจนเป็นตัวออกซิไดซ์ ผลิตภัณฑ์จากการเผาไหม้เพียงอย่างเดียวก็คือน้ำกลั่น เมื่อใช้อากาศ ไนโตรเจนออกไซด์จะถูกเติมลงในน้ำ ซึ่งเนื้อหาจะขึ้นอยู่กับค่าสัมประสิทธิ์อากาศส่วนเกิน

เมื่อใช้ไฮโดรเจน ไม่จำเป็นต้องใช้สารต้านการกระแทกของตะกั่วที่เป็นพิษ

แม้จะไม่มีคาร์บอนในเชื้อเพลิงไฮโดรเจน แต่ก๊าซไอเสียที่เกิดจากความเหนื่อยหน่ายของสารหล่อลื่นไฮโดรคาร์บอนที่เข้าสู่ห้องเผาไหม้อาจมีคาร์บอนมอนอกไซด์และไฮโดรคาร์บอนจำนวนเล็กน้อย

ในปี 1972 เจนเนอรัล มอเตอร์ส (สหรัฐอเมริกา) ได้จัดการแข่งขันรถยนต์สำหรับท่อไอเสียที่สะอาดที่สุด การแข่งขันมีผู้เข้าร่วมโดยรถยนต์ไฟฟ้าแบตเตอรี่และรถยนต์ 63 คันที่ใช้เชื้อเพลิงต่างๆ รวมถึงก๊าซ - แอมโมเนีย โพรเพน สถานที่แรกได้รับรางวัล Volkswagen ที่แปลงเป็นไฮโดรเจนซึ่งก๊าซไอเสียนั้นสะอาดกว่าสภาพแวดล้อม อากาศในบรรยากาศบริโภคโดยเครื่องยนต์

เมื่อเครื่องยนต์สันดาปภายในทำงานด้วยไฮโดรเจน เนื่องจากการปล่อยอนุภาคของแข็งที่ลดลงอย่างมีนัยสำคัญและการไม่มีกรดอินทรีย์ที่เกิดขึ้นระหว่างการเผาไหม้เชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอน อายุการใช้งานของเครื่องยนต์จะเพิ่มขึ้นและค่าใช้จ่ายในการซ่อมแซมจะลดลง

เกี่ยวกับข้อเสีย

ความสามารถของไฮโดรเจนในการเจาะเข้าไปในความหนาของโลหะที่เรียกว่าไฮโดรจิเนชัน จะเพิ่มขึ้นตามความดันและอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น การแทรกซึมของไฮโดรเจนเข้าไปในตะแกรงคริสตัลของโลหะส่วนใหญ่ 4-6 มม. ระหว่างการชุบแข็งจะลดลง 1.5-2 มม. การเติมไฮโดรเจนของอะลูมิเนียมซึ่งมีขนาด 15–30 มม. จะลดลงเหลือ 4-6 มม. ระหว่างการชุบแข็งด้วยความเย็น การเติมไฮโดรเจนของโลหะส่วนใหญ่เกือบหมดสิ้นโดยการเติมโครเมียม โมลิบดีนัม และทังสเตน

เหล็กกล้าคาร์บอนไม่เหมาะสำหรับการผลิตชิ้นส่วนที่สัมผัสกับไฮโดรเจนเหลว เนื่องจากจะเปราะเมื่อ อุณหภูมิต่ำเพื่อจุดประสงค์เหล่านี้ เหล็กโครเมียม-นิกเกิล Kh18N10T, OH18N12B, Kh14G14NZT, ทองเหลือง L-62, LS 69-1, LZh MTs 59-1-1, BR OF10-1 ดีบุกฟอสฟอรัส, เบริลเลียม BRB2 และอลูมิเนียมบรอนซ์

ภาชนะแช่แข็ง (สำหรับสารที่อุณหภูมิต่ำ) สำหรับเก็บไฮโดรเจนเหลวมักจะทำจากอลูมิเนียมอัลลอยด์ AMts, AMg, AMg-5V เป็นต้น

ส่วนผสมของก๊าซไฮโดรเจนกับออกซิเจนในช่วงกว้างมีลักษณะเฉพาะโดยมีแนวโน้มที่จะติดไฟและระเบิดได้ ดังนั้น พื้นที่ปิดควรติดตั้งเครื่องตรวจจับที่ควบคุมความเข้มข้นในอากาศ

อุณหภูมิจุดติดไฟสูงและความสามารถในการกระจายอย่างรวดเร็วในอากาศทำให้ไฮโดรเจนในปริมาตรเปิดมีความปลอดภัยเทียบเท่ากับก๊าซธรรมชาติ

เพื่อตรวจสอบความปลอดภัยจากการระเบิดในอุบัติเหตุจราจร ไฮโดรเจนเหลวจากถังแช่เยือกแข็งถูกหกลงบนพื้นดิน แต่มันระเหยทันทีและไม่ติดไฟเมื่อพยายามจุดไฟ

ในสหรัฐอเมริกา คาดิลแลคเอลโดราโดแปลงเป็นเชื้อเพลิงไฮโดรเจนได้รับการทดสอบต่อไปนี้ ถังไฮไดรด์ที่ชาร์จเต็มแล้วที่มีไฮโดรเจนถูกยิงจากปืนไรเฟิลที่มีกระสุนเจาะเกราะ ในกรณีนี้ ไม่มีการระเบิด และถังแก๊สระเบิดระหว่างการทดสอบที่คล้ายกัน

ดังนั้นข้อเสียที่ร้ายแรงของไฮโดรเจน - การแพร่สูงและความสามารถในการติดไฟและการระเบิดได้หลากหลายของส่วนผสมของก๊าซไฮโดรเจน - ออกซิเจนจึงไม่ใช่เหตุผลที่ทำให้ไม่สามารถนำไปใช้ในการขนส่งได้อีกต่อไป

โอกาส

นักวิทยาศาสตร์คาดการณ์จุดเริ่มต้นของการใช้เครื่องยนต์ไฮโดรเจนอย่างแพร่หลายในรถยนต์ไม่ช้ากว่าปี 2543 จนกว่าจะถึงเวลานั้นคุณสามารถใช้สารเติมแต่งไฮโดรเจนกับน้ำมันเบนซินได้ สิ่งนี้จะช่วยปรับปรุงเศรษฐกิจและลดจำนวน การปล่อยมลพิษที่เป็นอันตรายสู่สิ่งแวดล้อม

สิ่งที่น่าสนใจคือการแปลงเป็นไฮโดรเจน เครื่องยนต์ลูกสูบโรตารี่เนื่องจากไม่มีเหวี่ยงและไม่ระเบิด

ปัจจุบันไฮโดรเจนผลิตจากก๊าซธรรมชาติ การใช้ไฮโดรเจนดังกล่าวเป็นเชื้อเพลิงไม่มีประโยชน์ แต่การเผาไหม้ก๊าซในเครื่องยนต์นั้นถูกกว่า การผลิตไฮโดรเจนโดยการสลายตัวของน้ำก็ไม่เกิดประโยชน์ทางเศรษฐกิจเช่นกันเนื่องจากการใช้พลังงานสูงสำหรับการแยกโมเลกุลของน้ำ อย่างไรก็ตาม การวิจัยกำลังดำเนินการในทิศทางนี้ มียานทดลองที่ติดตั้งโรงงานอิเล็กโทรลิซิสของตัวเองอยู่แล้ว ซึ่งสามารถเชื่อมต่อกับเครือข่ายไฟฟ้าทั่วไปได้ ไฮโดรเจนที่ผลิตขึ้นจะถูกเก็บไว้ในตัวสะสมไฮไดรด์

จนถึงปัจจุบัน ราคาของไฮโดรเจนอิเล็กโทรไลต์สูงกว่าก๊าซธรรมชาติถึง 2.5 เท่า นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าสิ่งนี้เกิดจากความไม่สมบูรณ์ทางเทคนิคของอิเล็กโทรไลเซอร์ และเชื่อว่าประสิทธิภาพของมันจะเพิ่มขึ้นเป็น 70-80% ในอนาคตอันใกล้ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ผ่านการใช้เทคโนโลยีอุณหภูมิสูง โดย เทคโนโลยีที่มีอยู่ประสิทธิภาพขั้นสุดท้ายของการผลิตไฮโดรเจนด้วยไฟฟ้าไม่เกิน 30%

การสลายตัวด้วยความร้อนโดยตรงของน้ำต้องใช้อุณหภูมิสูงประมาณ 5000 °C ดังนั้นการสลายตัวของน้ำโดยตรงจึงยังไม่สามารถทำได้แม้ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์แบบเทอร์โมนิวเคลียร์ - เป็นการยากที่จะหาวัสดุที่สามารถทำงานที่อุณหภูมิดังกล่าวได้ นักวิทยาศาสตร์ชาวญี่ปุ่น T. Nakimura เสนอวงจรการสลายตัวของน้ำแบบสองขั้นตอนสำหรับเตาอบพลังงานแสงอาทิตย์ซึ่งไม่ต้องการเช่นนั้น อุณหภูมิสูง. บางทีเวลาจะมาถึงในวัฏจักรสองขั้นตอน ไฮโดรเจนจะถูกผลิตโดยสถานีฮีเลียมไฮโดรเจนที่ตั้งอยู่ในมหาสมุทร และสถานีนิวเคลียร์ไฮโดรเจนซึ่งผลิตไฮโดรเจนมากกว่าไฟฟ้า

เช่นเดียวกับก๊าซธรรมชาติ ไฮโดรเจนสามารถขนส่งทางท่อได้ เนื่องจากความหนาแน่นและความหนืดที่ต่ำกว่าผ่านท่อเดียวกันที่ความดันเดียวกัน ไฮโดรเจนสามารถสูบได้มากกว่าก๊าซ 2.7 เท่า แต่ค่าขนส่งจะสูงขึ้น การใช้พลังงานสำหรับการขนส่งไฮโดรเจนผ่านท่อจะอยู่ที่ประมาณ 1% ต่อ 1,000 กก. ซึ่งไม่สามารถบรรลุได้สำหรับสายไฟ

ไฮโดรเจนสามารถเก็บไว้ในที่ใส่ก๊าซที่มีซีลของเหลวและในอ่างเก็บน้ำ ฝรั่งเศสมีประสบการณ์ในการจัดเก็บก๊าซใต้ดินที่มีไฮโดรเจน 50% อยู่แล้ว ไฮโดรเจนเหลวสามารถเก็บไว้ในถังแช่แข็ง ในโลหะไฮไดรด์ และในสารละลาย

ไฮไดรด์อาจไม่ไวต่อสารปนเปื้อนและสามารถเลือกดูดซับไฮโดรเจนจากส่วนผสมของแก๊สได้ สิ่งนี้เปิดโอกาสในการเติมเชื้อเพลิงในเวลากลางคืนจากเครือข่ายก๊าซในครัวเรือนที่เลี้ยงด้วยผลิตภัณฑ์แปรสภาพเป็นแก๊สจากถ่านหิน

วรรณกรรม

• 1. Vladimirov A. เชื้อเพลิงความเร็วสูง - เคมีและชีวิต. 2517 ฉบับที่ 12 น. 47-50.
• 2. Voronov G. เครื่องปฏิกรณ์เทอร์โมนิวเคลียร์ - แหล่งเชื้อเพลิงไฮโดรเจน - เคมีกับชีวิต 2522 ฉบับที่ 8 น. 17.
• 3. การใช้เชื้อเพลิงทดแทนในการขนส่งทางถนนในต่างประเทศ ข้อมูลภาพรวม ชุดที่ 5 เศรษฐศาสตร์การจัดการและองค์กรการผลิต TsBNTI มินาฟโททรานส์ RSFSR, 1S82, เลขที่ 2.
• 4. Struminsky VV Hydrogen เป็นเชื้อเพลิง - หลังพวงมาลัย, 1980, Co. 8, p. 10-11.
• 5. Khmyrov V. I. , Lavrov B. E. เครื่องยนต์ไฮโดรเจน. อัลมา-อตา, เนาคา, 1981.

หมายเหตุ

เราอยู่ในศตวรรษที่ 21 ถึงเวลาแล้วที่จะสร้างเชื้อเพลิงแห่งอนาคต ซึ่งจะมาแทนที่เชื้อเพลิงแบบดั้งเดิมและขจัดการพึ่งพาเชื้อเพลิงของเรา เชื้อเพลิงฟอสซิลเป็นแหล่งพลังงานหลักของเราในปัจจุบัน

ในช่วง 150 ปีที่ผ่านมา ปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศเพิ่มขึ้น 25% การเผาไหม้ของไฮโดรคาร์บอนส่งผลให้เกิดมลภาวะ เช่น หมอกควัน ฝนกรด และมลพิษทางอากาศ

เชื้อเพลิงแห่งอนาคตจะเป็นอย่างไร?

ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงทางเลือกแห่งอนาคต

ไฮโดรเจนเป็นก๊าซที่ไม่มีสีและไม่มีกลิ่นซึ่งคิดเป็น 75% ของมวลของจักรวาลทั้งหมด ไฮโดรเจนบนโลกมีอยู่ร่วมกับองค์ประกอบอื่นๆ เช่น ออกซิเจน คาร์บอน และไนโตรเจนเท่านั้น

ในการใช้ไฮโดรเจนบริสุทธิ์ จะต้องแยกออกจากองค์ประกอบอื่นๆ เหล่านี้เพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิง

การเปลี่ยนไปใช้ไฮโดรเจนของรถยนต์ทุกคันและทุกคัน สถานีบริการน้ำมันไม่ใช่เรื่องง่าย แต่ในระยะยาว การเปลี่ยนมาใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงทดแทนสำหรับรถยนต์จะเป็นประโยชน์อย่างมาก

เปลี่ยนน้ำเป็นเชื้อเพลิง

สัตว์น้ำ เทคโนโลยีเชื้อเพลิงใช้น้ำ เกลือ และโลหะผสมที่มีราคาไม่แพงมาก ก๊าซที่เกิดจากกระบวนการนี้คือไฮโดรเจนบริสุทธิ์ ซึ่งเผาไหม้เป็นเชื้อเพลิงโดยไม่ต้องใช้ออกซิเจนจากภายนอก และไม่ปล่อยมลพิษใดๆ

น้ำทะเลสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงหลักได้โดยตรง จึงไม่จำเป็นต้องเติมเกลือ

มีอีกวิธีหนึ่งในการเปลี่ยนน้ำให้เป็นเชื้อเพลิง เรียกว่าอิเล็กโทรไลซิส นี่เป็นวิธีการของบราวน์ในการเปลี่ยนน้ำให้เป็นก๊าซ ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงที่ดีเยี่ยมสำหรับเครื่องยนต์เบนซินในปัจจุบัน

ทำไมก๊าซของบราวน์ถึงเป็นเชื้อเพลิงที่ดีกว่าไฮโดรเจนบริสุทธิ์?

มาดูสารละลายเชื้อเพลิงไฮโดรเจนทั้งสามประเภทกัน - เซลล์เชื้อเพลิง ไฮโดรเจนบริสุทธิ์ และก๊าซของบราวน์ - และดูว่ามันทำงานอย่างไรเมื่อเทียบกับออกซิเจนและการบริโภค:

เซลล์เชื้อเพลิง:วิธีนี้ใช้ออกซิเจนจากบรรยากาศในขณะที่เผาไหม้ไฮโดรเจนในเซลล์เชื้อเพลิงจนหมด สิ่งที่ออกมาจาก ท่อไอเสีย? ออกซิเจนและไอน้ำ! แต่เดิมออกซิเจนมาจากบรรยากาศ ไม่ใช่จากเชื้อเพลิง

ดังนั้นการใช้เซลล์เชื้อเพลิงจึงไม่สามารถแก้ปัญหาได้: สิ่งแวดล้อมกำลังประสบปัญหาใหญ่ใน ช่วงเวลานี้ด้วยปริมาณออกซิเจนในอากาศ เราสูญเสียออกซิเจน

ไฮโดรเจน:เชื้อเพลิงนี้สมบูรณ์แบบถ้าไม่ใช่สำหรับ "แต่" การจัดเก็บและการกระจายไฮโดรเจนต้องใช้อุปกรณ์พิเศษและ ถังน้ำมันรถต้องทน ความดันสูงก๊าซไฮโดรเจนเหลว

ก๊าซสีน้ำตาล:เป็นเชื้อเพลิงที่ล้ำสมัยที่สุดสำหรับการทำงานของรถยนต์ทุกคันของเรา ไฮโดรเจนบริสุทธิ์มาจากน้ำโดยตรง นั่นคือ คู่ไฮโดรเจนกับออกซิเจน แต่ยิ่งไปกว่านั้น มันเผาไหม้ในเครื่องยนต์สันดาปภายใน โดยปล่อยออกซิเจนสู่ชั้นบรรยากาศ: ออกซิเจนและไอน้ำเข้าสู่บรรยากาศจากท่อไอเสีย

ดังนั้น การเผาไหม้ก๊าซของบราวน์เป็นเชื้อเพลิง จึงเป็นไปได้ที่จะเพิ่มออกซิเจนในอากาศ และเพิ่มปริมาณออกซิเจนในบรรยากาศของเรา สิ่งนี้มีส่วนช่วยในการแก้ปัญหาสิ่งแวดล้อมที่อันตรายมาก

ก๊าซของบราวน์คือเชื้อเพลิงในอุดมคติแห่งอนาคต

เกี่ยวกับการใช้น้ำเป็นเชื้อเพลิงทดแทนสำหรับรถยนต์ เกี่ยวกับแผนการที่จะเปลี่ยนเครื่องยนต์เบนซินให้ทำงานโดยใช้น้ำประปาธรรมดา สมมติฐานนี้เป็นการปฏิวัติโลกในจิตใจของผู้คน

ตอนนี้เหลืออีกนิดเดียวทุกคนจะรู้ตัวว่าน้ำ เชื้อเพลิงที่ดีที่สุดเพื่อการขนส่งของเรา บุคคลหรือบุคคลที่ให้ความรู้นี้แก่เรา เราต้องจำไว้เป็นวีรบุรุษ

พวกเขาถูกฆ่าตาย สิทธิบัตรของพวกเขาซื้อโดยบุคคลธรรมดาเพื่อกันการประดิษฐ์ของตนให้พ้นสายตาของสาธารณชน ข้อมูลเกี่ยวกับรถบนน้ำ อาศัยบนอินเทอร์เน็ต ไม่เกิน 1-2 ชั่วโมง ...
แต่ตอนนี้มีบางอย่างเปลี่ยนไป เห็นได้ชัดว่าผู้มีอำนาจตัดสินใจ "เริ่มเกมได้เลย"!

รถวิ่งบนน้ำและเรารู้แน่นอน การทำงานของเครื่องยนต์เบนซินในน้ำเปรียบเสมือนกระดานกระโดดน้ำสำหรับหลาย ๆ อย่าง เทคโนโลยีที่ดีที่สุดกว่าที่มีอยู่แล้วและจะมาแทนที่ความคิดในการขับรถบนน้ำอย่างรวดเร็ว

แต่ในขณะที่บริษัทน้ำมันระงับความคิดของรถยนต์บนน้ำ การเรียนรู้เทคโนโลยีที่สูงขึ้นจะไม่ทำงาน และการใช้น้ำมันจะดำเนินต่อไป นี่เป็นความคิดเห็นทั่วไปของนักวิทยาศาสตร์ ดังนั้นพวกเขาจึงพูดไปทั่วโลก

การใช้น้ำเป็นเชื้อเพลิงสามารถเปลี่ยนชีวิตของโลกได้หรือไม่?

คุณรู้หรือไม่ว่าแหล่งน้ำของโลกไม่คงที่? ปริมาณน้ำบนโลกเพิ่มขึ้นทุกวัน

มีการค้นพบว่าในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา น้ำปริมาณมากได้มาจากอวกาศทุกวันในรูปของดาวเคราะห์น้อยน้ำ!

ดาวเคราะห์น้อยขนาดใหญ่เหล่านี้เป็นเมกะตันของน้ำซึ่งเมื่ออยู่ในชั้นบรรยากาศชั้นบนจะระเหยทันทีและตกลงสู่พื้นโลกในที่สุด

คุณสามารถดูภาพถ่ายของ NASA ของดาวเคราะห์น้อยเหล่านี้ได้ในหนังสือเล่มแรกของ Dr. Emoto, The Water Message «. เหตุใดดาวเคราะห์น้อยในน้ำเหล่านี้จึงเข้าใกล้โลกและไม่ใช่ดาวเคราะห์ดวงอื่นอย่างดาวอังคารยังคงเป็นปริศนา

และมันกำลังเกิดขึ้นเพียงตอนนี้เท่านั้นหรือเกิดขึ้นตลอดประวัติศาสตร์ของโลก อีกอย่างคือไม่มีใครรู้คำตอบ

ธารน้ำแข็งที่กำลังละลาย. นอกจากนี้ ระดับน้ำทะเลที่สูงขึ้นเนื่องจากการละลายของธารน้ำแข็ง อันเป็นผลมาจากภาวะโลกร้อน น้ำบนดินเริ่มมีมากเกินไป

ฉันได้พูดคุยกับนักวิทยาศาสตร์ที่คิดว่ามันจะช่วยได้จริง ๆ ถ้าน้ำปริมาณเล็กน้อยสามารถนำมาใช้ในทางใดทางหนึ่งในช่วงเวลานี้ เช่น ในการขับเคลื่อนเครื่องจักร

รถวิ่งบนน้ำจะช่วยเติมออกซิเจนในบรรยากาศของเรา: เหตุผลหลักเพื่อเปลี่ยนเป็นน้ำเป็นเชื้อเพลิง - ปัญหาสิ่งแวดล้อมในปัจจุบันของเรา

พวกมันใหญ่มากจนถ้าเราไม่ทำอะไรเพื่อลดการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล โลกของเราจะถูกทำลาย และไม่ว่าโลกจะมีน้ำหรือไม่ก็ตาม

บางครั้งคนกินสิ่งที่อาจเป็นอันตรายเพื่อให้มีสุขภาพที่ดี รถวิ่งบนน้ำคล้ายกับแนวคิดนี้ นี่อาจเป็นอันตรายได้หากเราใช้น้ำเป็นเชื้อเพลิงต่อไปเป็นเวลานานเกินไป

แต่เมื่อพิจารณาแล้ว วิธีแก้ปัญหานี้เป็นวิธีที่ดีที่สุดที่รัฐบาลสามารถจ่ายได้ในขณะนี้

แม้แต่รัฐบาลเองก็กำลังเตรียมพร้อมที่จะเปิดตัวรถยนต์เซลล์เชื้อเพลิงที่ขับเคลื่อนด้วยไฮโดรเจน และเพื่อนำเทคโนโลยีนี้ไปใช้ เราจะไม่ต้องเปลี่ยนเครื่องยนต์ เชื้อเพลิงทางเลือกของเราอาจไม่ใช่แหล่งเดียว

บ้าน » ระบบทำความร้อน » ไฮโดรเจนในอนาคต เชื้อเพลิงไฮโดรเจน ข้อดีและข้อเสียของรถยนต์ที่ใช้ไฮโดรเจน