MAQATE-nin məlumatına görə, karbohidrogen xammalının enerji potensialı hazırda 55 10 12 MVt/saat həcmində qiymətləndirilir və cari illik istehlak 3 10 10 MVt/saat hesablanır. 500 il, qaz və neft isə cəmi 20-50 il. Onların təcili dəyişdirilməsi lazımdır, indi hazırlanmalıdır. Karbohidrogen xammalını uğurla əvəz edə bilən və insanları uzun əsrlər boyu qeyri-məhdud miqdarda ucuz enerji ilə təmin edə bilən enerji daşıyıcılarının ən perspektivli növlərindən biri hidrogen yanacağıdır.
“Hidrogen daxili yanma mühərrikləri üçün perspektivli yanacaqdır... Hidrogen əldə etmək üçün suyun elektrolizi perspektivlidir, lakin ucuz elektrik enerjisi mövcud olduqda...”(G.A. Terentyev, V.M. Tyukov, F.V. Smal. Alternativ xammaldan motor yanacaqları. 1989, s. 223).
Amma atom elektrik stansiyasının enerjisindən istifadə etməklə suyun elektrolizi yolu ilə hidrogen istehsalının dəyəri (səmərəlilik 27%) 1427-1732 dollar/t təşkil edir. Müqayisə üçün qeyd edək ki, neft hasilatının orta cari dəyəri 44 dollar/ton səviyyəsində qiymətləndirilir. Beləliklə, hazırda hidrogen, bütün üstünlüklərinə baxmayaraq, ənənəvi yanacaqları əvəz etmək üçün çox bahalıdır və yalnız raket yanacaqları üçün mövcuddur. Onun dəyəri ənənəvi yanacaqlardan 1500/44 = 34 dəfə bahadır. Aşağı temperaturlu nüvə sintezinin enerjisindən istifadə edildikdə, hidrogenin qiyməti təxminən 4,33 dollar/t təşkil edir, yəni onun dəyəri benzindən 10 dəfə ucuz olacaq. Beləliklə, karbohidrogen yanacaqlarının hidrogenlə əvəz edilməsi problemi aşağı temperaturlu nüvə sintezi ixtiralarının istifadəsində öz həllini tapır: “İdarə olunan termonüvə reaksiyaları probleminin uğurlu həlli ilə bəşəriyyət bütün digər mənbələrdən üstün olan praktiki olaraq tükənməz enerji mənbələri ilə təmin olunacaqdı. Əslində, 1 litr suda təxminən 1/30 q deyterium var və onun termonüvə yanacağı kimi kalorifik dəyəri təxminən 300 litr benzinə bərabərdir.
Yer okeanlarında təxminən 5 var? 10 t deyterium. Enerji ehtiyacının hazırkı səviyyəsində Yerdəki deyterium ehtiyatları 20 milyard il davam edə bilər”.(P.E.Kolpakov. Nüvə fizikasının əsasları. - M., 1989, s. 328).
Aşağı temperaturlu nüvə birləşmə reaksiyaları mümkündür və bir atom nüvəsinin digərinə çevrilməsinə imkan verir və böyük miqdarda enerji buraxır. Beləliklə, məsələn, azot-14-ün atom nüvəsini oksigen-16-nın atom nüvəsinə çevirsəniz, 23,79 MeV-lik bir enerji ayrılır. 1 kq azot-14-ün oksigenə çevrilməsi 3,9-10 10 kkal enerjinin ayrılması ilə müşayiət olunur. Bu enerji 6 min ton suyu oksigen və hidrogenə parçalamaq üçün kifayətdir.
“Bir qram deyteriumun dəyəri təxminən bir qram uran-235-in dəyərinə bərabər olduğundan və onun təbii ehtiyatları praktiki olaraq tükənməz olduğundan, parçalanan maddələrin ehtiyatları haqqında demək mümkün deyil, yolların tapılması işlərinin geniş yayılması. idarə olunan nüvə sintezi reaksiyalarını həyata keçirmək iqtisadi cəhətdən əsaslandırılır”.(A.K.Volter, İ.İ.Zalyubovski. Nüvə fizikası. - Xarkov, 1991, s. 365).
Beləliklə, aşağı temperaturlu nüvə sintezindən istifadə edərək nüvə enerjisi istehsalını suyun elektrolizi ilə hidrogen istehsalı ilə birləşdirsəniz, bərabər şəraitdə hidrogenin dəyəri atom elektrik stansiyasının enerjisindən istifadə edildikdən 400-700 dəfə az olacaqdır. (1 kq deyterium 1 kq uran-235-dən 4-7 dəfə çox enerji buraxa bilər). Elektrolitik hidrogenin dəyəri harada 1732/400 = = 4,33 dollar/t olur.
Beləliklə, G. A. Evsyukovun ixtirası mühərrik yanacağının təmin edilməsi problemini həll edir və kalorili məzmunu əvvəlkindən milyonlarla dəfə yüksək olan qeyri-məhdud nüvə yanacağı ehtiyatına malik olan aşağı temperaturlu nüvə sintezinin köməyi ilə necə qurulacağını göstərir. benzinin kalorili məzmunu, insanların gələcək nəsillərini bir çox əsrlər boyu ucuz ekoloji yanacaqla təmin etmək.
Nüvə enerjisinin istehsalı üçün reagent kimi utilizasiya olunmalı nüvə reaktorlarının reallaşdırılmamış radioaktiv tullantılarından, məsələn, stronsium-90, sezium-137 və s. istifadə etmək daha məqsədəuyğundur. Bu halda hidrogen istehsalı ilə eyni vaxtda. , nüvə tullantılarının məhsuldar utilizasiyası həyata keçiriləcək ki, bu da hasil edilən hidrogenin maya dəyərinin daha da azalmasına təsir edəcək.
Bu ixtira ilə həll edilən digər mühüm problem ətraf mühitin çirklənməsinin azaldılması və nüvə tullantılarının aktiv şəkildə utilizasiyasıdır.
Təklif olunan üsula aşağıdakı əməliyyatlar daxildir:
- 1) reagent (stronsium-90) aşağı temperaturda nüvə sintezi üçün nəzərdə tutulmuş nüvə reaktoruna yüklənir;
- 2) nüvə reaktorunu işə hazırlamaq;
- 3) elektrolizatorları işə hazırlamaq;
- 4) nüvə reaktorunu və elektrolizatorları işə salın.
Nüvə reaktorunun işləməsi zamanı reagent əsas neytron generatoru tərəfindən istehsal olunan neytronlarla şüalanır və aşağıdakı nüvə reaksiyaları zənciri baş verir:
Radiativ neytronların tutulması prosesi bununla bitmir, dəfələrlə davam edə bilər. Bu halda reagent istehlak edilmir və neytronları radiasiya ilə tutmaq qabiliyyətini itirmir. Reaktorun dövrü 40 yavaş neytron reaktiv nüvə (stronsium-90) tərəfindən tutulduqdan sonra tamamlanır, nəticədə o, qaz komponenti şəklində sabit ksenon-130 nüvəsinə çevrilir və bu nüvədən çıxarılacaq. reaktor nüvəsi. Bu halda təxminən 314,3 MeV enerji ayrılacaq. Beləliklə, yalnız stronsium-90 nüvələrindən ibarət olan 1 kq reagent 20,9-10 26 MeV enerji buraxacaq ki, bu da 7,18 min ton benzinin yanmasına bərabərdir. Bu, 1 kq uran-235-in buraxa biləcəyi enerjidən 4 dəfə çoxdur.
Enerji, neytronların şüalanma prosesində istehlakı və nuklonlar arasında nüvədaxili bağların dəyişməsi və nuklonların çevrilməsi səbəbindən ayrılır. Verilən nümunədə 2 neytron sərf olunur. Neytronlar əsas neytron generatoru tərəfindən ağır suyu qamma şüaları və ya digər vasitələrlə şüalandırmaq yolu ilə istehsal olunur. Beləliklə, 2 deuteron istehlak olunur. Tutulan neytron 18.68/2 = 9.34 MeV enerjisini buraxır. Bir deytronu proton və neytrona bölmək üçün 2,2 MeV enerji sərf olunur, buna görə də hər reaksiyaya girən deytron 9,34-2,2 = 7,14 MeV-ə bərabər faydalı nüvə bağlama enerjisi verir (1 MeV 2,83 10 "17 kkal-a uyğundur) .
Beləliklə, 1 kq deyterium istehlakı 8,2 10 10 kkal enerji buraxa bilər ki, bu da 1 kq uran-235-dən 4,1 dəfə çoxdur. Buraxılan nüvə sintez enerjisi soyuducu tərəfindən tutulur və istilik mübadiləsi dövrəsinə daxil olur və burada 27% səmərəliliklə elektrikə çevrilir.
Enerji məqsədləri üçün hidrogen əldə etməyin ən perspektivli yolu, aşağı temperaturlu nüvə birləşməsinin nüvə enerjisindən istifadə edərək suyun parçalanmasının müxtəlif üsullarıdır. Ənənəvi qalıq yanacaqların ehtiyatları, qiyməti, əməliyyat və ətraf mühit göstəriciləri təklif olunan üsulla əldə edilən elektroliz hidrogeni ilə rəqabət apara bilmədiyi üçün bu xüsusilə doğrudur.
Elektrik enerjisi mənbəyinə qoşulmuş, suyun elektrolizi və hidrogen və oksigen istehsalı üçün aqreqat olan ekoloji cəhətdən təmiz kimyəvi yanacağın istehsalı üçün qurğu. Onun enerjiyə çevrilmə qurğusu və aşağı temperaturlu nüvə sintezi reaksiyalarını həyata keçirə bilən nüvə reaktoru və stronsium-90 daxil olmaqla nüvə tullantılarından istifadə etmək imkanı olan aşağı temperaturlu nüvə sintezi qurğusu ilə təchiz edilməsi ilə xarakterizə olunur. enerji azad edən elementlər. Quraşdırmaya ağır suyu qamma şüaları ilə şüalandırmaq yolu ilə neytron istehsal etmək üçün konfiqurasiya edilmiş əsas neytron generatoru, neytron multiplikatoru və başlanğıc neytron generatoru daxildir. Su elektroliz qurğusu enerjiyə çevrilmə qurğusuna və onun xidmət etdiyi mənbə elektrik enerjisi istehsalına qoşulur.
Qurğu, ilk növbədə, aşağı temperaturda nüvə sintezi nəticəsində əldə edilən ən ucuz elektrik enerjisindən istifadə etməklə suyun elektrolizi yolu ilə hidrogen və oksigen istehsal etmək üçün nəzərdə tutulub. Belə bir quraşdırma öz müstəqil enerji mənbəyi ilə təmin edilir və xarici enerji istehlakı tələb etmir. İkincisi, quraşdırmanın həll etdiyi vəzifə təkmilləşdirməkdir ekoloji vəziyyət atılmalı və basdırılmalı olan nüvə tullantılarından faydalı istifadə və zaman keçdikcə ehtiyac sürətlə artan ucuz ekoloji cəhətdən təmiz yanan materialların istehsalı vasitəsilə.
O, ibarətdir (Şəkil 8.1):
- 1) aşağı temperaturlu nüvə birləşməsi;
- 2) enerjinin çevrilməsi və elektrik enerjisi istehsalı bölməsi;
- 3) suyun elektrolizi və hidrogen və oksigen istehsalı üçün blok.
düyü. 8.1.
Aşağı temperaturlu nüvə birləşməsi nüvə reaktorunun nüvəsində yaranan radioaktiv şüalanmadan əməliyyat işçiləri və ətraf mühitin qorunmasına xidmət edən qalın divarlı beton konstruksiyaya yerləşdirilir. Bu, aşağı temperaturlu nüvə birləşmə reaksiyalarını yerinə yetirmək üçün nəzərdə tutulmuş nüvə reaktorudur və qrafit moderatoru ilə termal neytronlarda işləyir. Nüvə yanacağı (reagent) ağır atom nüvələrinin nüvə parçalanma reaktorlarının tullantılarıdır, məsələn, stronsium-90. Aşağıdakı funksional elementlərdən ibarətdir (şək. 8.2):
- - reagent 1, plitələr reaktor nüvəsinin iş həcmi boyunca bərabər paylanmışdır;
- - nazik divarlı borular vasitəsilə dövr edən soyuducu maye 6, soyuducu borular reagent plitələrinə yaxın yerdə yerləşir, distillə edilmiş su və ya maye metal borular vasitəsilə hərəkət edir, reagent plitələrini soyudulur və istilik enerjisini reagentdən istilik dəyişdiricisinə 7 çıxarır ( Şəkil 8.3);
- - əsas neytron generatoru 3, reagent plitələri arasındakı boşluqlarda yerləşən nazik borular sistemi olan ağır su borular vasitəsilə dövr edir. Reagentdən çıxan qamma şüaları ilə şüalanma nəticəsində ağır su reagent nüvələri tərəfindən tutulan neytronlar buraxır və ekzotermik birləşmə reaksiyası baş verir;
düyü. 8.2.
- 1 - ilkin reagentin lövhələri (stronsium-90); 2 - neytron moderator plitələri (qrafit); 3 - əsas ağır su neytron generatoru; 4 - ağır parçalanan nüvələrdə neytron çarpanı; 5 - başlanğıc neytron generatoru; b - soyuducunun dövr etdiyi borular
- - ağır atom nüvələrini təmsil edən neytron çarpan 4, neytronları tutarkən tutulandan daha çox sayda neytrondan radiasiya ilə bölünməyə qadirdir. Multiplikatorun parçalanan elementləri əsas neytron generatorunun boruları ilə reagent plitələri arasında yerləşdirilir və reagent tərəfindən verilən gücün çıxış səviyyəsinin saxlanmasını və ya onun tələb olunan qiymətə artırılmasını təmin edir;
- - neytron moderatoru 2, reaktor nüvəsinin bütün boş sahəsinin qrafit doldurucusu olan. Sürətli neytronların sürətini azaltmağa və reagent nüvələri tərəfindən neytronların tutulması üçün kəsiyi artırmağa xidmət edir;
- - uzun yarımparçalanma dövrü olan radioaktiv izotop olan başlanğıc neytron generatoru 5. O, işə salınma anında nüvədə yerləşən xüsusi rozetkalarda quraşdırılır və birləşmə reaksiyasını həyəcanlandırmaq və əsas neytron generatorunu işə salmaq üçün kifayət qədər ilkin neytron axınına başlayır.
Funksional olaraq reaktorun işləməsi ondan ibarətdir ki, ilkin reagentin lövhələri əsas neytron generatoru tərəfindən buraxılan yavaş neytron axını ilə şüalanır. Neytronlar radiasiyalı neytronların tutulması və neytronların protonlara çevrilməsi reaksiyaları zamanı ilkin reagentdən çıxan qamma şüaları axını ilə şüalandıqda ağır su ilə buraxılır. Reaksiyaya başlamazdan əvvəl generator tərəfindən yaradılan neytronlar çarpan və moderatordan keçir, burada neytron axını tələb olunan sıxlığa qədər artırılır və neytron sürəti bir neytronun radiasiya ilə tutulması üçün maksimum en kəsiyə uyğun gələn tələb olunan enerjiyə qədər yavaşlayır. orijinal reagentin nüvəsi ilə nüvə reaktoru.
Nüvə reaktorunda neytronların radiativ tutulmasının təsiri altında reagent nüvələrində nuklonların aşağı temperaturlu nüvə birləşməsi baş verir ki, bu da yığılmış neytronların artıq hissəsinin protonlara çevrilməsindən və tutulanların qalan hissəsi ilə birləşməsindən ibarətdir. deyterium və ya helium nüvələrini meydana gətirən neytronlar, sonra orijinal reagent nüvəsi ilə birləşirlər. Nuklonlar arasında bağlanma enerjisinin artması səbəbindən enerji ayrılır. Birləşmə reaksiyası zamanı yalnız xidmət edən neytronlar istehlak olunur tikinti materialı nüvənin tərkibini artırmaq üçün, lakin ağır nüvələrin parçalanması zamanı baş verdiyi kimi, yeni neytron nəsilləri doğulmur. Onlar xüsusi (əsas) neytron generatorundan istifadə edərək neytronları təmin etməyə məcbur olurlar. Hal-hazırda istifadə olunan neytron generatorlarının bir növü reaktorun nüvəsinə nüfuz edən və ağır su ilə doldurulmuş dar borular sistemindən ibarət generatordur.
müasir tərəfindən istehsal olunan enerji
düyü. 8.3.
İlkin vəziyyətdə ağır su nüvədən çıxarılır və xüsusi bir tankda saxlanılır. Əməliyyat zamanı borular vasitəsilə ağır su vurulur, birləşmə reaksiyası zamanı yaranan qamma şüaları axını ilə şüalanır və birləşmə reaksiyasını davam etdirmək üçün yeni nəsil neytronlar əmələ gətirir. Neytronlar reagentə daxil olur, birləşmə reaksiyalarını həyəcanlandırır və onlarda fəal iştirak edirlər. Sərbəst buraxılan enerjinin gücü nüvədə mövcud olan ağır suyun miqdarını dəyişdirməklə idarə olunur. Gücü azaltmaq üçün ağır suyun bir hissəsi borulardan kənarlaşdırılmalıdır. Bu zaman vahid vaxtda neytron axınının azalması və nüvə sintezi hadisələrinin azalması baş verəcəkdir. Gücü artırmaq üçün nüvədə ağır suyun miqdarını artırmaq kifayətdir. Neytronların tullantılarını azaltmaq üçün nüvə qrafit plitələr və qrafit örtük kimi istifadə olunan neytron reflektorları ilə məhdudlaşdırılır. Belə aşağı temperaturlu nüvə sintezi qurğusunun istehsal etdiyi enerji atom elektrik stansiyalarından 400-700 dəfə ucuzdur.
nüvə enerjisini təxminən 27% səmərəliliklə elektrik enerjisinə çevirmək üçün tipik bir dövrədir. (Şəkil 8.3). Buraya daxildir: 1 - generator, istilik dəyişdiricisi 7, sirkulyasiya nasosları 8, turbogenerator 9, kondensator 10, yem nasosu 11, xidmət və köməkçi sistemlər.
Suyun elektrolizi və hidrogen və oksigen istehsalı üçün qurğuən perspektivli məlum konstruksiyaların və yeni işlənmiş növ və konstruksiyaların bir sıra elektrolizatorları, həmçinin qazların və metalların hidrogenləşdirilməsi, saxlanması, sıxılması, mayeləşdirilməsi üçün qablar və vasitələrdən ibarətdir.
Ən sadə və sənayedə ən çox istifadə olunur məlum bir şəkildə Hidrogen qələvi mühitdə (25-30% KOH) suyun elektrolizi ilə əldə edilir. Bu proses enerji tələb edir: 1 m 3 hidrogen və 0,5 m 3 oksigen istehsal etmək üçün təxminən 6 kVt/saat elektrik enerjisi tələb olunur. Buna görə də istehsal olunan hidrogenin maya dəyərini azaltmaq üçün aşağı temperaturda nüvə sintezi nəticəsində əldə edilən ucuz elektrik enerjisindən istifadə edilməlidir.
Cərəyan keçməzdən əvvəl qələvi güclü elektrolit kimi KOH ionlarına ayrılırmı? K + + OH." Su, zəif elektrolit kimi qismən H 2 0 U H + + OH ionlarına parçalanır." Beləliklə, məhlulda K + ionları var; H +; OH" (Şəkil 8.4).
düyü. 8.4.
Cərəyan keçdikdə, K + və H + ionları katoda, OH ionları isə anoda yaxınlaşır." Hidrogen ionları katodda boşaldılacaq (K + ionlarının boşaldılması daha çətindir).
Anodda OH ionlarından elektron itkisi baş verir." Elektroliz nəticəsində katodda hidrogen ayrılır və katodun yaxınlığındakı məhlulda K + ionları olan OH ionları KOH əmələ gətirir.
Anodda oksigen ayrılır və anodun yaxınlığındakı məhlulda OH ionları ilə H + ionları H 2 0 əmələ gətirir. Elektrolit qarışdırıldıqda qələvi suda həll olunur, dissosiasiya olunur və bu halda proses davam edir elektroliz məhsulları yalnız hidrogen və oksigen olacaq, yəni suyun elektrik cərəyanı ilə parçalanması baş verəcəkdir.
Ənənəvi mühərrik yanacağının daha perspektivli olanları ilə əvəz edilməsi zərurəti aşağıdakı tanınmış müddəalarla təsdiqlənir.
Təbiətin bəşəriyyətə bəxş etdiyi, hazırda intensiv şəkildə istifadə edilən ənənəvi yanacaq növləri təbii üzvi maddələrdir: neft, kömür, təbii qaz. Yüksək performansa, yüksək enerji intensivliyinə və nisbətən aşağı qiymətə baxmayaraq, təcili həllər tələb edən bir sıra aspektlər var. Əsas olanlar bunlardır:
- 1. Kəmiyyəti durmadan azalan təbii yanan materialların məhdud ehtiyatları. Nəşr edilmiş hesablamalar təsdiq edir ki, mineral yanacaq ehtiyatları məhduddur və enerjinin hazırkı inkişaf templəri qorunub saxlanılarsa, onlar növbəti onilliklər (neft, yanar qazlar) və ya əsrlər (kömür) ərzində tükənəcəklər.
- 2. Ənənəvi yanacaqlardan istifadə nəticəsində ətraf mühitin çirklənməsi həddən artıq çoxdur və canlı orqanizmlərə və bitkilərə zərər verir. 1992-ci ilin martından qüvvədə olan ətraf mühitin mühafizəsi haqqında qanun ölkədə ekoloji vəziyyəti sabitləşdirməyib. Üstəlik, daha da pisləşməyə davam edir. Bəzi şəhərlər kritik vəziyyətdə, bəziləri isə fəlakətli vəziyyətdə idi. Norilsk son illərdə ölkənin ekoloji cəhətdən ən əlverişsiz şəhəri kimi tanınıb, burada ətraf mühiti çirkləndirən əsas mənbə metallurgiya zavodudur. Şəhərin atmosferi, eləcə də torpaqlar və ətraf su obyektləri zərərli birləşmələrlə, o cümlədən nikel, mis, selen, kobalt, qurğuşun və digər metallarla doymuşdur. Burada havanın çirklənməsi də kükürd dioksid və azot oksidlərinin yüksək konsentrasiyası ilə artır. Moskva uzun müddət təkcə Rusiyanın deyil, bütün dünyanın ən çirkli şəhərləri sırasındadır. Əsas hissə zərərli maddələr O, atmosferinə formaldehid, benzopiren və karbonmonoksit ehtiva edən avtomobil qazı vasitəsilə daxil olur. Onlar da Moskva atmosferinin zəhərlənməsinə öz paylarını verirlər sənaye müəssisələri, və ilk növbədə Kapotnyadakı neft emalı zavodu. Ən çox çirklənmiş 35-in siyahısı yaşayış məntəqələriÖlkəmizə həmçinin Sankt-Peterburq, Volqoqrad, Nijni Novqorod, Çapaevsk, Novokuybışevsk, Tomsk, Nijni Taqil, Lipetsk, Maqnitoqorsk və bir sıra başqa şəhərlər daxildir. Buradakı havadakı zərərli çirklərin miqdarı icazə verilən maksimum normaları onlarla dəfə üstələyir ki, bu da təbii olaraq onun həyatını qısaldır və onun sakinlərinin sağlamlığını xeyli korlayır. BMT-nin konfransında mühit, Rusiyanın Rio-de-Janeyro şəhərində keçirilən tədbir planetin ekoloji cəhətdən ən əlverişsiz ölkələri sırasına daxil edilib.
- 3. Alternativ ekoloji cəhətdən təmiz yanacağın seçilməsi. Ənənəvi yanacaq növünü əvəz etmək üçün bir sıra tələblərə daha yaxşı cavab verən bütün mövcud alternativ yanacaq növlərini seçmək lazımdır:
- - onun ehtiyatları ənənəvi yanacaqlardan dəfələrlə çox olmalıdır;
- - yanacaq ehtiyatlarının yataqları onların kütləvi istifadəsi üçün asanlıqla əldə edilə bilən və istifadə yerinə yaxın olmalıdır;
- - yanacağın dəyəri ənənəvi yanacaq növlərinin qiymətindən əhəmiyyətli dərəcədə artıq olmamalıdır;
- - ekoloji göstəricilər ənənəvi yanacaq növlərinin göstəricilərindən əhəmiyyətli dərəcədə yüksək olmalıdır (avtomobil və ya elektrik avtomobili ətraf mühiti çirkləndirməməlidir);
- - ənənəvi yanacaqlardan heç də aşağı olmayan yüksək texniki və istismar xüsusiyyətlərinə malikdir.
Məlum alternativ yanacaq növləri arasında ən uyğun yanacaq növü aşağı temperaturlu nüvə sintezinin ən ucuz enerjisindən istifadə etməklə suyun elektrolizi yolu ilə əldə edilən hidrogendir.
“Hidrogen təmiz enerji daşıyıcısıdır və bərpa olunan enerji mənbələrindən istehsal oluna bilər. Tipik nümunələr yeni hidrogen texnologiyalarının tətbiqi zərərli maddələrin atmosferə az və ya sıfır emissiyası olan nəqliyyat vasitələri və yaşayış binalarıdır. avtonom enerji təchizatı» (“Enerji” jurnalı, 1996, 5, səh. 19. “Vodorod-96”).
“Hidrogen əldə etmək üçün suyun elektrolizi perspektivlidir, ancaq ucuz elektrik enerjisi mövcud olduqda. Bu üsulla Norveç və Misirdə müəyyən miqdarda hidrogen hasil edilir, Fransada hidrogenin istehsalı üçün işlər aparılır müxtəlif üsullar gecələr atom elektrik stansiyalarından ucuz elektrik enerjisindən istifadə”(G. A. Terentyev, V. M. Tyukov, F. V. Smal. Alternativ xammaldan motor yanacaqları. 1989, s. 223).
“Motor yanacağı kimi hidrogenə maraq onun yüksək enerji göstəriciləri, yanma məhsullarında zərərli maddələrin olmaması və ən əsası, - praktiki olaraq qeyri-məhdud xammal bazası. Hidrogen kimyəvi yanacaqlar arasında ən yüksək enerji və kütlə göstəriciləri ilə xarakterizə olunur"(yenə orada, səh. 176).
İddia edilən metod elektroliz hidrogeninin maya dəyərini 400-700 dəfə azaltmağa imkan verir ki, bu da hidrogeni özünün məlum üstünlüklərinə əlavə olaraq bütün mövcud müasir yanacaq növləri arasında ən sərfəli hala gətirəcək.
Hal-hazırda avtomobil istehsalçıları yalnız hidrogenin inkişafı haqqında danışırlar. hidrogen nədir? Gəlin buna bir az daha ətraflı baxaq.
Hidrogen kimyəvi cədvəlin ilk elementidir, onun atom çəkisi 1-dir. Kainatda ən çox yayılmış maddələrdən biridir, məsələn, planetimizi təşkil edən 100 atom 17 hidrogendir.
Hidrogen gələcəyin yanacağıdır. O, digər yanacaq növləri ilə müqayisədə bir çox üstünlüklərə malikdir və onu əvəz etmək üçün böyük perspektivlərə malikdir. Tamamilə bütün sənaye sahələrində istifadə edilə bilər müasir istehsal və nəqliyyat, hətta yemək bişirmək üçün istifadə olunan qaz heç bir dəyişiklik etmədən asanlıqla hidrogenlə əvəz edilə bilər.
Niyə hidrogen hələ də geniş istifadə olunmayıb? Problemlərdən biri onu əldə etmək texnologiyalarındadır. Bəlkə də yeganə təsirli Bu an Onu əldə etmə üsulu elektrolitik üsuldur - onu güclü elektrik cərəyanının təsiri altında olan maddədən əldə etmək. Amma hazırda elektrik enerjisinin böyük hissəsi istilik elektrik stansiyalarından alınır və buna görə də sual yaranır: “Oyun şama dəyərmi?” Amma elektrik enerjisi istehsalına nüvə enerjisi, külək və günəş enerjisinin tətbiqi yəqin ki, bu problemləri düzəldəcək.
Bu maddə demək olar ki, bütün maddələrdə olur, lakin ən çox suda olur. Elmi fantastika yazıçısı Jül Vernin dediyi kimi: “Su gələcək əsrlərin kömürüdür”. Bu bəyanatı proqnoz kimi təsnif etmək olar. Səthdə hər şeydən daha çox bu "kömür" var, buna görə də biz uzun illər hidrogenlə təmin olunacağıq.
Hidrogenin ekoloji təmizliyi haqqında yalnız bir şey demək olar: onun yanması və yanacaq hüceyrələrində reaksiyaları zamanı su və sudan başqa heç bir şey əmələ gəlmir.
Yanacaq hüceyrəsi bəlkə də ən çox təsirli üsul hidrogendən enerji əldə etmək. Batareya prinsipi ilə işləyir: yanacaq hüceyrəsində iki elektrod var, hidrogen onların arasında hərəkət edir, kimyəvi reaksiya baş verir, elektrodlarda elektrik cərəyanı görünür və maddə suya çevrilir.
Gəlin avtomobillərdə hidrogenin istifadəsindən danışaq. Adi səs-küylü və dumanlı benzinin tamamilə təmiz qazla əvəz edilməsi ideyası həm Avropada, həm də SSRİ-də illər əvvəl yaranıb. Lakin bu sahədə inkişaflar müxtəlif dərəcədə müvəffəqiyyətlə həyata keçirilib. İndi isə avtomobil istehsalçılarının neftdən müstəqillik əldə etmək istəyinin zirvəsi gəlib çatıb. Özünə hörmət edən hər bir şirkətin bu sahədə inkişafı var.
Avtomobildə hidrogen iki şəkildə istifadə edilə bilər: ya daxili yanma mühərrikində yandırılır, ya da yanacaq elementlərində istifadə olunur. Yeni konsept avtomobillərin əksəriyyəti yanacaq hüceyrəsi texnologiyasından istifadə edir. Ancaq Mazda və BMW kimi şirkətlər ikinci yolu tutdular və bunun yaxşı səbəbi var.
Yanacaq hüceyrəsi vasitəsi sadə və son dərəcə etibarlı sistemdir, lakin onun geniş yayılmasına infrastruktur mane olur. Məsələn, yanacaq elementli avtomobil alıb bizdə istifadə etsəniz, yanacaq doldurmaq üçün Almaniyaya getməli olacaqsınız. Lakin BMW mühəndisləri fərqli bir yol tutdular. Onlar hidrogendən yanan yanacaq kimi istifadə edən avtomobil düzəldiblər və bu avtomobil qaz-benzin enerji sistemi ilə təchiz edilmiş bir çox müasir avtomobillər kimi həm benzindən, həm də hidrogendən istifadə edə bilir. Beləliklə, şəhərinizdə belə yanacaq satan ən azı bir yanacaqdoldurma məntəqəsi varsa, BMW Hydrogen 7 hidrogenini təhlükəsiz ala bilərsiniz.
Hidrogenin tətbiqi ilə bağlı başqa bir problem onun saxlanma üsuludur. Bütün çətinlik, hidrogen atomunun kimyəvi cədvəldə ən kiçik ölçüdə olmasıdır, yəni demək olar ki, hər hansı bir maddəyə nüfuz edə bilər. Bu o deməkdir ki, hətta ən qalın polad divarlar da yavaş-yavaş, lakin şübhəsiz ki, onu keçəcək. Bu problem indi kimyaçılar tərəfindən həll edilir.
Başqa bir tutma tankın özüdür. 10 kq hidrogen 40 kq benzini əvəz edə bilər, amma fakt budur ki, 10 kq maddə 8000 litr həcm tutur! Və bu, bütöv bir Olimpiya hovuzudur! Qazın həcmini azaltmaq üçün onu mayeləşdirmək, mayeləşdirilmiş hidrogeni isə təhlükəsiz və rahat saxlamaq lazımdır. Müasir hidrogen avtomobillərinin çənlərinin çəkisi təxminən 120 kq-dır ki, bu da standart çənlərdən demək olar ki, iki dəfə çoxdur. Amma bu problem tezliklə həll olunacaq.
Hidrogen yanacağının mənfi cəhətlərindən daha çox üstünlükləri var. Hidrogen daha səmərəli yanar, zərərli maddələr buraxmır, his yaratmır və bu, avtomobillərin xidmət müddətini əhəmiyyətli dərəcədə artırır. Hidrogen asanlıqla bərpa olunan yanacaqdır, ona görə də təbiət faktiki olaraq heç bir zərər görməyəcək.
Hidrogen texnologiyasına əsas maneə infrastrukturdur. Hazırda dünyada çox az yanacaqdoldurma məntəqəsi avtomobili hidrogenlə doldurmağa hazırdır, baxmayaraq ki, Honda artıq hidrogen istehsal edən avtomobillər istehsal edir və BMW onları istehsal etməyə hazırlaşır. Keçmiş Sovet İttifaqı ölkələrində hələ hidrogen avtomobili xəyal belə edə bilməz. Hidrogen yanacaqdoldurma stansiyalarının yaranmasına bir ildən çox, bəlkə də on ildən çox vaxt lazım olacaq. Bütün dünya ilə birlikdə planeti ekoloji fəlakətdən xilas etməyə nə vaxt başlayacağımızı görmək qalır.
Rus alimləri dizel yanacağından 100 dəfə ucuz, daha səmərəli və istehsalı asan olan yeni yanacaq tapıblar... Sizcə, kimsə buna sevindi? Heç nə olmadı! Moskva nazirləri artıq 3 ildir ki, öz kabinetlərində təpikləyirlər - görünür, icra üçün aldıqları birbaşa icra əmrini necə yerinə yetirmək barədə hələ də düşünürlər. Və belə çıxır ki, bu əmri verənlər də onun tez həyata keçirilməsində maraqlı deyillər, çünki... nazirlərin Rusiya və bütün dünya üçün həyati əhəmiyyət kəsb edən vəzifələrin həllini cəzasız olaraq sabotaj etməsinə mane olmayın. Elə isə indi düşünün: bu nazirlər həqiqətən kimə işləyirlər?.. Yuri İvanoviç Krasnov və adına NPO-dan Yevgeni Quryeviç Antonov. Lavoçkin prinsipcə icad edilmişdir yeni növ strukturlaşdırılmış suya əsaslanan yanacaqlar. Ancaq belə çıxır ki, bugünkü padşahların onların ixtirasına ehtiyacı yoxdur! Bu, hətta bizi karbohidrogen yanacaqlarının tam tükənməsinə doğru tələsmələrinə mane olur və ekoloji fəlakət bir vaxtlar gözəl Yer planetində...
Əslində avtomobilləri, təyyarələri, gəmiləri və lokomotivləri hidrogen yanacağına çevirmək çox cəlbedici bir fikirdir. H 2-nin istifadəsi heç bir karbon izi qoymur. Maşın Hidrogen yanacağı akkumulyatorları ilə işləyən Toyota Mirai 100 km yol qət edərkən təxminən yarım vedrə su istehsal edir. Hamısı budur! İstixana qazları yoxdur. Zəhərli emissiyalar yoxdur. Bu, karbohidrogen yanacaqları üçün əla əvəzedici deyilmi? Əvəzetmə əladır, lakin problem ondadır ki, təbiət bizim üçün böyük neft və qaz yataqları yaradıb, lakin hidrogen yataqları yoxdur. Dövri cədvəlin ən yüngül elementi ətraf aləmdə bolca mövcuddur, lakin birləşmələr şəklində - əsasən karbon və oksigenlə. Hidrogeni sərbəst formada əldə etmək üçün enerji xərcləri tələb edən bu birləşmələri məhv etmək lazımdır və texnologiyanın hazırkı inkişaf səviyyəsində hidrogeni təkrar emal etməklə əldə edə biləcəyimizdən çox daha çox enerji lazımdır.
Günəşdən gələn radiasiya, gelgitlər və külək bu gün alternativ enerji mənbələri adlanır, lakin hidrogen onlardan biri deyil. H2 ekoloji cəhətdən təmiz yanacaqdır və mahiyyətcə onu istehsal etmək üçün istifadə olunan enerjini saxlayır (qaçılmaz itkilər çıxılmaqla). Hal-hazırda hidrogen istehsalı üçün bir sıra istifadə olunan və perspektivli texnologiyalar var, lakin əsas olanlar iki növə bölünür: hidrogenin karbondan çıxarılması və hidrogenin oksigendən çıxarılması.
Toyota Mirai necə işləyir?
1. Yanacaq elementi yığını Vahid həcmə görə yüksək güc sıxlığı (3,2 kVt/L) olan Toyota-nın ilk kütləvi istehsal edilmiş yanacaq elementindən istifadə edir Maksimum güc: 124 kVt 2. Gücləndirici çevirici yanacaq elementi tərəfindən yaradılan birbaşa cərəyanı artan gərginliklə alternativ cərəyana çevirir. 650 V-ə qədər 3. Nikel-metal hidrid batareyası əyləc zamanı bərpa olunan enerjini saxlayır. İşə başladıqda mühərriki yanacaq elementi 4 ilə birlikdə gücləndirir. Yüksək təzyiqli silindrlər Daxildə iş təzyiqi: 700 atm. Daxili həcm: 60 l (ön çən) 62,4 l (arxa çən) 5. Elektrik mühərriki AC sinxron elektrik mühərriki: maksimum güc - 113 kVt (153,6 at) maksimum fırlanma anı - 335 Nm 6. İdarəetmə bloku yanacaq elementini idarə edir, həmçinin batareyanın doldurulması/boşaldılması 7 Əlavə aksesuarlar Hidrogenin vurulması üçün nasos və s.
Çirkli təmiz yanacaq?
Dünyadakı hidrogenin yarıdan çoxu metanın buxar reformasiyası yolu ilə istehsal olunur - bu, ən ucuz və əlçatan üsuldur. Yüksək temperatur və katalizatorlardan istifadə edilən çoxmərhələli prosesdə metan molekulları hidrogen və karbonmonoksitə (karbonmonoksid) parçalanır. Prosesdə qalıq yanacaqlardan istifadə edildiyi üçün bu şəkildə əldə edilən hidrogeni karbon neytral adlandırmaq olmaz.
Başqa bir olduqca ümumi sənaye prosesi- Bu, məktəb kimyəvi təcrübələrindən hər kəsə tanış olan elektrolizdir. Artıq burada neft, qaz və ya kömür yoxdur - adi su elektrik enerjisi tətbiq edildikdə oksigen və hidrogenə parçalanır. Bəs bu enerji haradan gəlir? Əgər hidrogen istehsalının yanında mazutla işləyən istilik elektrik stansiyası varsa, burada da karbon izi ilə bağlı hər şey yaxşı olmayacaq. Gələcəyin enerji vizyonerləri yalnız külək fermalarından, günəş elektrik stansiyalarından və digər bərpa olunan mənbələrdən elektrik enerjisi ilə işləyən hidrogen fabriklərindən danışırlar. Bu halda, həqiqətən karbonsuz yanacaq istehsalı zənciri yaranacaq, lakin bunun üçün "yaşıl" enerji sahəsində istehsal gücündə böyük artım tələb olunacaq.
Biotexnologiyadan istifadə edərək hidrogen istehsalı
Hindenburqun taleyi haqqında
Hidrogenə tam keçid onun istehsalı üçün təkcə enerji resursları deyil, həm də onun nəqli və saxlanması üçün inkişaf etmiş infrastruktur - boru kəmərləri, dəmir yolu çənləri, dəniz tankerləri, su anbarları, yanacaqdoldurma məntəqələri tələb edəcəkdir. Cəmiyyətin hidrogen inqilabına bir qədər ehtiyatlı yanaşmasının əsas səbəblərindən biri də hidrogenin çox uçucu və partlayıcı olmasıdır. Hidrogenin saxlanacağı, daşınacağı və ya istifadə ediləcəyi yerlərdə ən kiçik sızma barədə siqnal verəcək yüksək həssas qaz analizatorları olmalıdır. Doğrudur, hidrogenin aktiv istifadəsinin tərəfdarları təhlükənin şişirdildiyini iddia edirlər. Metan kimi ağır qazlardan fərqli olaraq, silindrdən sızan yüngül hidrogen dərhal yüksəlir və dağılır. Buna misal olaraq, alovlanan hidrogenin cəmi 32 saniyə ərzində yandığı, 97 sərnişindən 62-nin yanğında tələf olmamağa və sağ qalmasına imkan verən Hindenburq dirijablının fəlakəti hekayəsidir. Amma istənilən halda, təzyiq altında partlayıcı qaz olan çoxlu sayda avtomobilin küçələrdə olması yol hərəkəti təhlükəsizliyinin yeni səviyyəsini tələb edəcək.
Hidrogenin geniş istifadəsini məhdudlaşdıran bütün bu amillər yeni yanacağa keçidin çox yüksək sürətlə baş verməyəcəyini göstərir. 2015-ci ildə başlayan hidrogen yanacaq elementləri ilə qabaqcıl Toyota Mirai-nin satışı cəmi 3000-ə yaxınlaşdı - və bu, təkcə Yaponiyanı deyil, ABŞ, Aİ və BƏƏ-ni də əhatə edən nəhəng bazardadır. Aydındır ki, yanacaq kimi hidrogen həm ənənəvi karbohidrogenlərlə, həm də litium-ion akkumulyatorlarla (elektrikli nəqliyyat vasitələrində) uzun müddət mövcud olacaq. Eyni zamanda, hidrogen texnologiyaları bəzi perspektivli nişlərdə, məsələn, elektrik PUA-ları sahəsində daha sürətli inkişaf edə biləcək. Fakt budur ki, hidrogen yanacaq elementinin səmərəliliyi çox yüksəkdir, çünki hidrogenlə oksigen birləşdirildikdə ayrılan enerji yanacaq yandırarkən olduğu kimi istilik şəklində əhəmiyyətli itkilər olmadan birbaşa elektrik enerjisinə sərf olunur. Carnot dövründə. Yanacağın enerjisindən maksimum istifadə edərək, yanacaq hüceyrəsi ilə təchiz edilmiş İHA, müqayisə edilə bilən uçuş çəkisi olan, lakin tez-tez istifadə olunan litium-ion batareyaları ilə təchiz edilmiş drondan daha uzun müddət havada qala bilər.
Bərk hidrogen?
Ölkəmizdə İHA-lar üçün hidrogen-hava yanacaq elementlərinin (HAFC) yaradılmasında liderlər təkcə Rusiya Elmlər Akademiyasının Fiziki Kimya İnstitutunun Fiziki Kimya Problemləri İnstitutu və Mərkəzi Aviasiya Mühərriki İnstitutudur. adına Mühəndislik CIAM. Baranova. 2016-cı ilin aprel ayında VTEC IPCh NELK və IPCh RAS-ın birgə istehsal etdiyi NELK-88 konseptual oktokopterinin 3 saat 10 dəqiqəlik rekord uçuşunu təmin etdi.
İHA-nın qanadında "bərk hidrogen" qranullarının düzülüşü
Bortda olan hidrogen sistemi çox yaxşı HFC-yə malikdir və səmərəli işləyir, lakin gəmidə sıxılmış şüşə hidrogenin meydana çıxması ilə xeyli çəki və ölçüdə problemlər yarandı. Bundan əlavə, hələ də qaz sızması ehtimalı var ki, bu da təhlükəlidir. Ən son ultra güclü materiallar və texnologiyalar bu problemi tam həll etməmişdir.
Təyyarədə və daha yüngül bir saxlama sistemində daha çox hidrogenin olması üçün onlar -253°C temperaturda mayeləşdirilmiş hidrogenə keçməyə çalışdılar ki, onun sıxlığı balon üçün standart təzyiqlərə qədər sıxılmış hidrogenin sıxlığından üç dəfə yüksəkdir. 300-350 atm olan sistemlər enerji intensivliyi sistemlərini artıra bilər. Amma Devar gəmisi, istilik izolyasiyası, doldurma və s. ilə bağlı problemlər bizi bu fikirdən vaz keçməyə məcbur etdi. Bərk metal hidridləri xatırlayanda bir həll tapıldı. Hidriddə hidrogen o qədər sıx şəkildə yığılıb ki, heç bir sızma söhbəti yoxdur. Buna görə də, "bərk" hidrogen həm insanların, həm də avadanlıqların təhlükəsizliyi probleminin həllində ciddi bir arqumentdir.
Müxtəlif hidridlərdə - natrium, maqnezium, bor və s. - hidrogen çəkiyə görə müxtəlif miqdarda mövcuddur və burada çempion 20% hidrogen tərkibli ammonyak borudur (borazan). Yüksək təzyiqli yanacaq elementləri üçün lazım olan hidrogen qazını əldə etmək üçün ammonyak borunu köpüklə əriməsinin qarşısını almaq üçün diqqətlə 85−100°C temperatura qədər qızdırmaq lazımdır. İHA-nın göyərtəsində belə bir temperaturun əldə edilməsi problem deyil: iş zamanı, məsələn, yüksək gərginlikli yanacaq elementləri ona qədər qızdırılır.
Planşetlərdə uçuş
Bu yaxınlarda bu sahədə iki əlamətdar hadisə baş verdi. Birincisi, 2016-cı il fevralın lap əvvəlində Böyük Britaniyanın Cella Energy şirkəti Şotlandiya Dəniz Elmləri Assosiasiyası SAMS ilə birlikdə Argyll sınaq poliqonunda dron nümayişçisində bərk hidrogen texnologiyasını uğurla sınaqdan keçirdi. Plana görə, uçuş on dəqiqə davam etdi, İHA 80 m yüksəkliyə qalxdı.
İkinci hadisə 2016-cı ilin fevral ayının ortalarında Sinqapurda, 2016-cı ilin Hava Şousunun açılışı ərəfəsində baş verdi. Sonra HES Energy Systems şirkətinin seriyalı mini-UAV Skyblade 360 PUA altı saat ərzində idarə olunan uçuş həyata keçirdi. 50-55 km/saat sürətlə cəmi 300 km uçdu. Hər iki halda tərtibatçılar hidrogen daşıyıcı materialın istehsalı və ondan hidrogen qazının alınması üçün oxşar texnologiyalardan istifadə ediblər.
Hidrid materialı çap edilmiş montaj lentinə yerləşdirilən qranullar şəklində hazırlanmışdır ki, bu da bort istilik mənbəyindən ardıcıl, dənəvərdən qranula qədər, ehtiyatla qızdırmağı asanlaşdırdı. Cella'nın boran ammonyak qranulları bir tərəfi 1 sm olan bir kvadrat kəsiyi var idi, onlar silindrik bir qaz generatoru patronuna yerləşdirildi, burada hidrogen qazı buraxıldıqdan sonra lazımi iş təzyiqi saxlanılırdı - yeri gəlmişkən. kiçik. Pelet-in-kartric texnologiyası xüsusi missiyadan asılı olaraq yanacaq yükünü miqyaslandırmağa imkan verir ki, bu da dronun istifadəsində çevikliyi təmin edir.
Heç bir şey itirilməyəcək
Borazan qranullarının istehsalında 4-6 nm ölçülü hidrid nanohissəcikləri (Cella ilə olduğu kimi qum dənəsinin ölçüsündən 30 dəfə kiçik) əldə etmək üçün nanostruktur texnologiyasından istifadə edilmişdir və bu, yüksək hidrogen hasilatı. 1 q strukturlaşdırılmış qranul 90−95%-dən çox səmərəliliyi olan 1 litr hidrogen qazı buraxır.
Bəs hidriddən hidrogeni çıxardıqdan sonra çox şey qaldığı istifadə olunan patronla nə etməli faydalı material? Əlbəttə ki, heç kim belə bir patronu atmaq niyyətində deyil və onun içindəki qalan hissə - poliborazilen - məsələn, rutenium əsasında xüsusi katalizatorun iştirakı ilə hidrogenlə doyma yolu ilə ammonyak borunun vəziyyətinə endirilir. Artıq hər şeyin "bir qazanda" baş verdiyi bir regenerasiya texnologiyası var - birbaşa istifadə olunan kartuşda, bu prosesi təhlükəsiz edir və istehsal zəncirini asanlaşdırır.
Enerji mənbəyi kimi hidrogenin perspektivlərini qiymətləndirərkən, biz əsasən onun istehsalı və tətbiqi üçün mövcud texnologiyalara etibar edirik. Bununla belə, demək olar ki, hər gün bu sahədə yeni bir şey baş verir (“bərk hidrogenin” sürətli gəlişi bunu göstərir) və bəlkə də hidrogen iqtisadiyyatı sonda bizə tamamilə fərqli bir görünüşdə gələcək.
Uzun illərdir ki, tədqiqatçılar avtomobillər üçün əsas yanacaq növü kimi benzinə alternativ tapmaq uğrunda mübarizə aparırlar. Ekoloji və resurs səbəblərini sadalamağın mənası yoxdur - yalnız tənbəllər işlənmiş qazların toksikliyi haqqında danışmırlar. Alimlər problemin həllini ən çox, bəzən qeyri-adi yanacaq növlərində tapırlar. Recycle ən çox seçdi maraqlı fikirlər, benzinin yanacaq hegemonluğuna meydan oxuyur.
Bitki yağlarına əsaslanan biodizel
Biodizel həm təmiz formada, həm də dizel yanacağı ilə müxtəlif qarışıqlar kimi istifadə olunan bitki yağlarına əsaslanan bioyanacaq növüdür. Bitki yağından yanacaq kimi istifadə ideyası 1895-ci ildə bitki yağı ilə işləyən ilk dizel mühərrikini yaradan Rudolf Dizelə məxsusdur.
Tipik olaraq, kolza, günəbaxan və soya yağları biodizel istehsalında istifadə olunur. Təbii ki, bitki yağlarının özləri yanacaq kimi qaz çəninə tökülmür. Bitki yağı tərkibində yağlar var - qliserin ilə yağ turşularının efirləri. "Biosolar" istehsal prosesində qliserin esterləri məhv edilir və qliserin daha sadə spirtlərlə - metanol və daha az hallarda etanol ilə əvəz olunur (bir əlavə məhsul kimi buraxılır). Bu, biodizelin tərkib hissəsinə çevrilir.
Bir çox Avropa ölkələrində, eləcə də ABŞ, Yaponiya və Braziliyada biodizel artıq adi benzinə yaxşı alternativə çevrilib. Belə ki, Almaniyada kolza metil efiri artıq 800-dən çox satılır yanacaqdoldurma məntəqələri. 2010-cu ilin iyul ayında Avropa İttifaqında ümumi gücü 22 milyon ton olan 245 biodizel istehsalı zavodu fəaliyyət göstərirdi. Oil World analitikləri 2020-ci ilə qədər Braziliya, Avropa, Çin və Hindistanda istehlak edilən motor yanacağının strukturunda biodizelin payının 20% olacağını proqnozlaşdırırlar.
Biodizel nəqliyyat üçün ekoloji cəhətdən təmiz yanacaqdır: adi dizel yanacağı ilə müqayisədə onun tərkibində kükürd yoxdur və eyni zamanda demək olar ki, tam bioloji parçalanmaya məruz qalır. Torpaqda və ya suda mikroorqanizmlər 28 gündə 99% biodizel emal edir - bu, çayların və göllərin çirklənmə dərəcəsini minimuma endirir.
Sıxılmış hava
Pnevmatik avtomobillərin modelləri - sıxılmış hava ilə işləyən avtomobillər - artıq bir neçə şirkət tərəfindən istehsal edilmişdir. Peugeot mühəndisləri bir dəfə daxili yanma mühərrikinə sıxılmış hava enerjisi əlavə edən hibridin yaradılmasını elan edərək avtomobil sənayesində sıçrayış etdi. Fransız mühəndislər ümid edirdilər ki, belə bir inkişaf kiçik avtomobillərə yanacaq sərfiyyatını 100 km-də 3 litrə qədər azaltmağa kömək edəcək. Peugeot mütəxəssisləri iddia edirlər ki, şəhərdə pnevmatik hibrid bir milliqram zərərli emissiya yaratmadan vaxtın 80%-nə qədər sıxılmış hava ilə işləyə bilər.
"Hava avtomobilinin" işləmə prinsipi olduqca sadədir: avtomobil mühərrik silindrlərində yanan benzin qarışığı ilə deyil, silindrdən güclü hava axını ilə idarə olunur (silindrdəki təzyiq təxminən 300 atmosferdir) . Pnevmatik mühərrik sıxılmış havanın enerjisini ox vallarının fırlanmasına çevirir.
Təəssüf ki, tamamilə sıxılmış hava və ya hava hibridləri ilə işləyən maşınlar əsasən kiçik partiyalarda - xüsusi şəraitdə və məhdud məkanda işləmək üçün (məsələn, yanğın təhlükəsizliyinin maksimum səviyyəsini tələb edən istehsal sahələrində) yaradılır. Baxmayaraq ki, "standart" alıcılar üçün bəzi modellər var.
Engineair-in ekoloji cəhətdən təmiz Gator mikro yük maşını Avstraliyanın kommersiya istismarına girən ilk sıxılmış hava vasitəsidir. Onu artıq Melburn küçələrində görmək olar. Yükgötürmə qabiliyyəti - 500 kq, hava silindrlərinin həcmi - 105 litr. Bir yanacaqdoldurma məntəqəsində yük maşınının yürüşü 16 km-dir.
Tullantı məhsulları
Nə irəliləyiş oldu - bəzi avtomobillərin mühərriklərini işlətmək üçün benzinə deyil, kanalizasiya sisteminə axıdılan insan tullantılarına ehtiyac var. Avtomobil sənayesinin belə bir möcüzəsi Böyük Britaniyada yaradılmışdır. Yanacaq kimi insan nəcisindən ayrılan metandan istifadə edən avtomobil Bristol küçələrinə çıxarılıb. Prototip modeli Volkswagen Beetle, innovativ yanacaqdan istifadə edən VW Bio-Bug avtomobilinin istehsalçısı isə GENeco idi. Volkswagen kabrioletinə quraşdırılmış nəcis emalı mühərriki ona 15 min kilometr yol getməyə imkan verdi.
GEneco-nun ixtirası enerjiyə qənaət edən texnologiyaların və ekoloji cəhətdən təmiz yanacağın tətbiqində irəliləyiş adlandırılmağa tələsdi. Orta insan üçün bu fikir irreal görünür, ona görə də izah etməyə dəyər: avtomobil, əlbəttə ki, artıq işlənmiş yanacaqla - tullantılardan əvvəlcədən alınmış, istifadəyə hazır metan şəklində yüklənir.
Bu halda, VW Bio-Bug mühərriki eyni vaxtda iki növ yanacaq istifadə edir: avtomobil benzinlə işə düşür, lakin mühərrik isinən və avtomobil müəyyən sürət yığan kimi GENeco zavodlarında emal edilən insan mədə qazının tədarükü həyata keçirilir. işə salınır. İstehlakçılar fərqi belə hiss edə bilməzlər. Bununla belə, əsas marketinq problemi olaraq qalır - bioqazın istehsal olunduğu xammalın insan tərəfindən mənfi qəbul edilməsi.
Günəş panelləri
Günəş enerjisi ilə işləyən avtomobillərin istehsalı, bəlkə də eko-yanacaqdan istifadəyə yönəlmiş avtomobil sənayesinin ən inkişaf etmiş sahəsidir. Maşınlar günəş enerjisi ilə işləyir bütün dünyada və müxtəlif variasiyalarda yaradılmışdır. Hələ 1982-ci ildə ixtiraçı Hans Tolstrup “Quiet Achiever” günəş avtomobili ilə (saatda cəmi 20 km sürətlə) Avstraliyanı qərbdən şərqə doğru keçdi.
2014-cü ilin sentyabrında Stella avtomobili Los-Ancelesdən San Fransiskoya 560 km olan marşrutu qət edə bilməyib. Hollandiya Eyndhoven Universitetinin komandası tərəfindən hazırlanmış günəş avtomobili günəş enerjisi toplayan panellər və altı kilovat-saat tutumlu 60 kiloqramlıq akkumulyatorla təchiz edilib. Stellanın orta sürəti saatda 70 km-dir. Günəş işığı olmadıqda, batareya ehtiyatı 600 km üçün kifayətdir. 2014-cü ilin oktyabrında Eyndhovendən olan tələbələr öz möcüzə avtomobilləri ilə günəş enerjisi ilə işləyən avtomobillər üçün Avstraliya boyu 3000 kilometrlik yürüşdə World Solar Challenge yarışında iştirak etdilər.
Hazırda günəş enerjisi ilə işləyən ən sürətli elektrik avtomobili Avstraliyanın Yeni Cənubi Uels Universitetinin tələbələrindən ibarət komanda tərəfindən yaradılmış Sunswift-dir. 2014-cü ilin avqustunda keçirilən sınaqlar zamanı bu günəş avtomobili bir dəfə akkumulyatorun doldurulması ilə 500 kilometr yol qət etdi və orta sürət saatda 100 km idi ki, bu da belə bir avtomobil üçün heyrətamizdir.
Kulinariya tullantılarından biodizel
2011-ci ildə Nazirlik Kənd təsərrüfatı ABŞ Milli Bərpa Olunan Enerji Laboratoriyası ilə birlikdə alternativ yanacaqlar üzərində araşdırma aparıb. Təəccüblü nəticələrdən biri də heyvan mənşəli xammal əsasında biodizel yanacağından istifadənin perspektivli olduğu qənaəti oldu. Yağ qalıqlarından biodizel hələ çox inkişaf etməmiş, lakin artıq Asiya ölkələrində istifadə olunan bir texnologiyadır.
Yaponiyada hər il milli xörək olan tempura hazırlandıqdan sonra təxminən 400 min ton işlənmiş yemək yağı qalır. Əvvəllər o, heyvan yemi, gübrə və sabun kimi emal edilirdi, lakin 1990-cı illərin əvvəllərində qənaətcil yaponlar bitki dizel yanacağı istehsal etmək üçün istifadə edərək, bunun üçün başqa bir istifadə tapdılar.
Benzinlə müqayisədə bu qeyri-standart yanacaqdoldurma məntəqəsi atmosferə daha az kükürd oksidi buraxır - turşu yağışlarının əsas səbəbidir və digər zəhərli tullantıların miqdarını üçdə iki azaldır. Yeni yanacağın daha populyar olması üçün onun istehsalçıları maraqlı bir sxem hazırladılar. RDT zavoduna istifadə edilmiş yemək yağı olan on partiya plastik butulka göndərən hər kəsə Yaponiya prefekturalarından birində 3,3 kvadratmetr meşə sahəsi veriləcək.
Texnologiya hələ Rusiyaya o qədər də çatmayıb, amma boş yerə: Rusiya tullantılarının illik miqdarı Qida sənayesi 14 milyon tondur ki, bu da öz enerji potensialına görə 7 milyon ton neftə bərabərdir. Rusiyada biodizelə çevrilən tullantılar nəqliyyat ehtiyacını 10 faiz ödəyəcək.
Maye hidrogen
Maye hidrogen uzun müddətdir benzin və dizellə mübarizə apara bilən əsas yanacaqlardan biri hesab olunurdu. Nəqliyyat vasitələri hidrogen yanacağı ilə işləyən mühərriklər qeyri-adi deyil, lakin bir çox amillərə görə onlar geniş populyarlıq qazanmamışdır. Bu yaxınlarda olsa da, "yaşıl" texnologiyalara qarşı yeni narahatlıq dalğası sayəsində hidrogen mühərriki ideyası yeni tərəfdarlar qazandı.
Birdən bir neçə böyük istehsalçılarİndi onların sıralarında hidrogenlə işləyən avtomobillər var. Ən məşhur nümunələrdən biri həm benzinlə, həm də maye hidrogenlə işləyə bilən daxili yanma mühərriki olan BMW Hydrogen 7 avtomobilidir. BMW Hydrogen 7-də 74 litrlik benzin çəni və 8 kq maye hidrogen üçün saxlama çəni var.
Beləliklə, avtomobil bir səfər zamanı hər iki yanacaq növündən istifadə edə bilər: bir yanacaq növündən digərinə keçid avtomatik olaraq baş verir, üstünlük hidrogenə verilir. Eyni tipli mühərrik, məsələn, hibrid hidrogen-benzinli avtomobil Aston Martin Rapide S-də təchiz edilmişdir. Onda mühərrik hər iki yanacaq növü ilə işləyə bilər və onlar arasında keçidlər həyata keçirilir. ağıllı sistem atmosferə zərərli maddələrin istehlakının və emissiyasının optimallaşdırılması.
Digər avtomobil nəhəngləri - Mazda, Nissan və Toyota da hidrogen yanacağının hazırlanmasını planlaşdırır. Maye hidrogenin ekoloji cəhətdən təmiz olduğuna inanılır, çünki təmiz oksigenli bir mühitdə yandırıldıqda heç bir çirkləndirici buraxmır.
Yaşıl yosunlar
Yosun yanacağı avtomobil üçün enerji istehsal etmək üçün ekzotik bir üsuldur. Yosunlar ilk növbədə ABŞ və Yaponiyada bioyanacaq kimi qəbul olunmağa başladı.
Yaponiyada kolza və ya sorqo (başqa ölkələrdə bitki yağlarından bioyanacaq istehsal etmək üçün istifadə olunur) yetişdirmək üçün çox münbit torpaq yoxdur. Lakin Çıxan Günəş Ölkəsi böyük miqdarda yaşıl yosunlar istehsal edir. Əvvəllər yemək üçün istifadə olunurdusa, indi müasir avtomobillər üçün qaz istehsalında istifadə olunur. Bir müddət əvvəl Yaponiyanın Fujisava şəhərində bir hissəsi yosunlardan əldə edilən yanacaqla işləyən “Isuzu” şirkətinin “DeuSEL” markalı sərnişin avtobusu küçələrə çıxıb. Əsas elementlərdən biri yaşıl evqlena idi.
İndi "yosun" əlavələri nəqliyyat çənlərindəki yanacağın ümumi kütləsinin yalnız bir neçə faizini təşkil edir, lakin gələcəkdə Asiya istehsalçı şirkəti biokomponentdən 100 faiz istifadə etməyə imkan verəcək mühərrik hazırlamağı vəd edir.
ABŞ yosun əsaslı bioyanacaq məsələsini də öz üzərinə götürüb. Şimali Kaliforniyadakı Propel yanacaqdoldurma məntəqələri şəbəkəsi hər kəsə Soladiesel biodizelini satmağa başlayıb. Yanacaq yosunlardan fermentasiya yolu ilə əldə edilir və sonra karbohidrogenlər buraxılır. Bioyanacaqların ixtiraçıları karbon qazı emissiyalarının iyirmi faiz azalacağını və digər aspektlərdə toksikliyin nəzərəçarpacaq dərəcədə azalacağını vəd edirlər.
İndiyə qədər biz sözdə ilkin enerji daşıyıcılarını nəzərdən keçirdik, lakin ikinci dərəcəli enerji daşıyıcısı da var - yanması su istehsal edən hidrogen, ekoloji cəhətdən təmiz yanacaq kimi hidrogenin geniş yayılmasına səbəb oldu. Reallıqda isə vəziyyət daha mürəkkəbdir. Hidrogenin özü həqiqətən ekoloji baxımdan nisbətən təmizdir. Bununla belə, nəzərə almaq lazımdır ki, hidrogen avtomobillər üçün yanacaq kimi istifadə edildikdə, mühərrik silindrlərində çox yüksək temperatur yaranır, bu zaman hava azotu oksidləşməyə başlayır və buna görə də egzozda az miqdarda azot oksidləri olur. .
Əsas ekoloji problemlər hətta hidrogen istehsal edərkən yaranır - axı hidrogen təmiz formada yer üzündə yoxdur, onu sudan və ya karbohidrogenlərdən sintez etmək lazımdır; Buradan belə nəticə çıxır ki, “hidrogen enerjisi” adlı gözəl və cazibədar ideyanı həyata keçirmək üçün hidrogen alınmalı, yəni enerji sərf edilməlidir. Üstəlik, bu enerji daşıyıcısının enerji ekvivalentinin dəyəri ənənəvi enerji daşıyıcılarının və hidrogen istehsalında istifadə olunan enerji daşıyıcısının dəyərinə uyğun olması üçün onu iqtisadi cəhətdən mümkün bir şəkildə əldə etmək.
Hidrogen enerjisinin birinci və əsas vəzifəsi neftin, təbii qazın və kömürün hidrogenlə əvəz edilməsi elan edilir. Amma bu gün dünya bu qlobal vəzifənin bütün tələblərinə cavab verən texnologiyanı bilmir. Bu gün məlum olan hidrogen istehsalının bütün üsulları mükəmməllikdən uzaqdır: birincisi, onlar enerji sərf edir, ikincisi, karbohidrogenlərdən hidrogenin alınması böyük miqdarda karbon qazı və digər zəhərli maddələrin ayrılması ilə müşayiət olunur. İndi karbon qazının atmosferdə istixana qazlarının konsentrasiyasının artmasına töhfəsi hələ də nisbətən kiçikdirsə və yalnız narahatlıq doğurursa, o zaman, məsələn, metandan əldə ediləcək hidrogen yanacağına keçid, karbon qazı emissiyalarının on dəfə artması.
Ənənəvi enerji mənbələrindən istifadə edərək suyun elektrolizi ilə hidrogen əldə etmək təbii olaraq rədd edilməlidir, çünki nəticədə hidrogenin yandırılması ilə əldə ediləndən bir qədər çox enerji sərf olunacaq. Buna görə də, günəş işığına məruz qaldıqda suyu parçalayan materialların hazırlanması üçün intensiv tədqiqatlar aparılır. Paralel olaraq, günəş enerjisini elektrik enerjisinə çevirmək üçün yarımkeçirici fotoelementlərin yaradılması istiqamətində işlər aparılır ki, bu da daha sonra suyun elektrolizində istifadə olunur. Bu tədqiqatların perspektivləri hələ də qeyri-müəyyəndir, lakin onlar uğurlu olarsa, biz bütün sonrakı nəticələrlə yeni sənayenin yaradılması haqqında danışacağıq. Hidrogenin boru kəməri ilə nəqli üçün materialların hazırlanması zamanı da hidrogen enerjisində ekoloji problemlər yaranacaq - o, partlayıcıdır, yüksək diffuziya hərəkətliliyinə malikdir (adi konstruktiv materiallardan asanlıqla süzülür), bu o deməkdir ki, yeni nəsil materiallar və texnologiyalar tələb olunacaqdır ki, bu da mümkün olmayacaqdır. ekoloji olaraq təmiz.
Hidrogenin saxlanması problemi hələ də həll olunmaqdan uzaqdır. ABŞ Energetika Departamenti hidrogen toplayan material üçün tələbləri formalaşdırmışdır: otaq temperaturunda onun tərkibində ən azı 5,5% kütlə hidrogen olmalıdır, hidrogenin sorbsiya-desorbsiya prosesi 120 ° C-dən çox olmayan temperaturda geri çevrilməlidir, sistem təhlükəsiz olmalı və ən azı 5000 boşalma-boşaltma dövrü ərzində işlək vəziyyətdə qalmalıdır. Bu gün hətta təxminən bu tələblərə cavab verən bir material yoxdur. Hidrogenin udulması fiziki adsorbsiyaya əsaslanan sorbentlər, fenomenin təbiətinə görə bu tələblərə yaxınlaşa bilmirlər, çünki onlar üçün nisbətən yüksək adsorbat tərkibi yalnız aşağı temperaturda (77 K) əldə edilə bilər. Əksinə, yüksək hidrogen tərkibli metal hidridlər və intermetal birləşmələr üçün onun buraxılması və bağlanması üçün yüksək temperatur tələb olunur. Bu nəinki çətinləşdirir texniki həllər bir tapşırığı həyata keçirərkən, həm də sistemin bütövlükdə istifadəsi təhlükəsini kəskin şəkildə artırır.
Yenə də ümid etmək olar ki, zaman keçdikcə hidrogenin saxlanması və yığılması problemi həll olunacaq, lakin inkişaf etmiş sənaye texnologiyalarının tam ekoloji təhlükəsizliyinə ümid etmək olmaz.
Hidrogen enerjisinin elmi-texniki problemləri, görünür, aradan qaldırılacaq, baxmayaraq ki, bu, müxtəlif proqnozlara görə, 10 ildən 50 ilə qədər çəkəcək, lakin ekoloji çətinliklər hər halda qalacaq. Buna görə hidrogen enerjisinin ekoloji cəhətdən təmizliyi haqqında danışmağa ehtiyac yoxdur - Hidrogen enerjisi ekoloji cəhətdən təmiz deyil.
"Elektrikli avtomobillər- ekoloji cəhətdən təmiz nəqliyyat."
Digər son dərəcə davamlı mif elektrik nəqliyyat vasitələri ilə əlaqələndirilir: avtomobil nəqliyyatının elektrik dartma sisteminə keçidi, güman ki, təmiz atmosferi təmin edəcəkdir. Birincisi, bu gün avtomobil daxili yanma mühərriklərinin əhəmiyyətli bir hissəsi elektrik mühərrikləri ilə əvəz edilərsə, nə olacağını anlamağa çalışaq. Bildiyiniz kimi, elektrik mühərrikləri atmosferə heç bir emissiya buraxmır və eyni zamanda yüksək səmərəliliyə malikdir - 90% -dən yuxarı. Təəssüf ki, hazırda avtomobil elektrik mühərrikləri üçün yeganə enerji mənbəyi akkumulyatorlardır. Onlar daim doldurulmalı və buna görə də mövcud elektrik stansiyalarının yaratdığı enerjidən istifadə etməlidirlər. Lakin elektrik enerjisinin təxminən 80%-i istilik elektrik stansiyaları tərəfindən istehsal olunur (Cədvəl 1), yanacaq kimi neft, qaz və ya kömürdən - ətraf mühiti çirkləndirən yanacaqlardan istifadə edir. Bu o deməkdir ki, mühərrik emissiyaları elektrik stansiyalarından təxminən eyni həcmdə emissiyalarla əvəzlənəcək, yəni. ətraf mühitlə bağlı problemlər bir sahədən digərinə.