Интересные факты о водородном топливе
Дата публикации: 14 мая 2014
Как лейтенант выиграл бой с фашистами
Данную статью, (подсказывает профессиональное журналистское чутьё), надо начать со случая в блокадном Ленинграде. Об этом четыре года тому назад, в марте 2010 года, рассказал в районной газете «Сосновская нива» Челябинской области Юрий Завьялов в своём очерке «Лейтенант против группы «Север». Тот случай военных лет актуален по сей день. Поэтому стоит рассказать о нём подробнее.
Автор поведал, как в декабре 1941 года, в разгар суровой зимы, голода и строжайшей экономии от куска хлеба до литра бензина, удалось сэкономить тысячи литров топлива и защитить город с помощью аэростатов воздушного заграждения. Младший техник-лейтенант Б.Шелищ предложил невероятное: он утверждал, что можно использовать отработанный в аэростатах водород вместо бензина для двигателей внутреннего сгорания. Его идея пришлась кстати и заменила тысячи литров дорогостоящего бензина. Причём, никакого переоборудования двигателей под водород не потребовалось. На газ переведено было 200 машин, участвующих в воздушной обороне. Изобретение лейтенанта позволило регулярно поднимать в небо аэростаты для защиты осаждённого Ленинграда от бомбёжек с воздуха. Если бы не препятствия для авиационных налётов, от города остались бы одни руины.
Юрий Завьялов в конце очерка подчеркнул, что не только ради справедливой дани памяти он рассказал о лейтенанте-изобретателе военных лет, но с целью напоминания, как мы быстро забываем светлые идеи своих соотечественников, а спустя годы их изобретения внедряются далеко за пределами нашей Родины.
Итак, идея использования водорода вместо бензина в двигателях внутреннего сгорания не нова. Но по какой причине в России до сих пор к ней относятся с излишней предосторожностью, попытаюсь рассказать в следующем разделе.
А куда мы денем нефтегазовых магнатов?
И казалось бы, препятствий-то никаких нет, чтобы на полную катушку использовать водород вместо бензина. Судите сами, сколько преимуществ:
- Полная свобода от топливного рынка;
- В полтора-два раза увеличивается ресурс двигателя;
- В несколько раз сокращаются вредные выбросы в атмосферу;
- Короткий срок окупаемости вложенных средств.
Кроме всего, правительство идёт навстречу. Постановление № 31 от 15 января 1993 года гласит о необходимости замены традиционного топлива альтернативными видами энергии, предусматривает целевую программу развития автопромышленности, обещает льготы потребителям природного газа вместо бензина и т.д.
Но проходят годы, десятилетия, а воз застыл, как монумент бесхозяйственности. Где ответ на такое равнодушие? И государственная поддержка документально оформлена. Так в чём же дело?
Ответ прост до безобразия: у нас много ещё залежей нефти, газа, угля и к чему морочить голову какими-то альтернативными видами энергии. И дополнительно к ответу последний вопрос: куда деть доморощенную нефтегазовую и атомную братву, готовую уничтожить любой проект, угрожающий их монополии на энергоносители? Они родимые присосались к телу России, как клопы и оторвать их вряд ли удастся без мяса, безболезненно.
А в это время в Европе…
В связи с непредсказуемостью топливного рынка, ростом цен и дефицита нефти переход на альтернативные виды топлива стал особо актуальным. Принимая во внимание, что водород можно производить из множества видов органического сырья, углеводородов, даже из воды, все развитые страны мира ставку сделали на водородном топливе. Согласно расчётам специалистов, для любого легкового автомобиля 5 килограммов водорода хватает на 640 км пробега.
Не случайно крупнейшая европейская компания BMW сделала ставку на альтернативное топливо. Был выпущен серийный автомобиль 7-ой серии с мотором, работающим на водороде. В результате никаких вредных выбросов в атмосферу из выхлопной трубы, кроме водяного пара.
Ещё 10 лет тому назад спортивный автомобиль, выпущенный компанией BMW, достиг скоростного рекорда для двигателей, работающих на водородном топливе – 302 километра в час. То есть, наглядно видно, что Европа давно и планомерно занимается проблемой освоения водорода в качестве альтернативного топлива для автомобилей. Компании BMW и Mazda выпускают двигатели внутреннего сгорания для водорода, готовят производство к серийному выпуску.
Характерная деталь. Автомобильные компании Toyota, Ford, General Motors, Nissan пошли дальше своих конкурентов и создали двигатель, состоящий из двух частей. Водород в них используется в топливной части, где вырабатывается электричество, которое приводит в движение электродвигатель. То есть, в развитых странах мира давно появились разновидности автомобилей, работающих на водородном топливе (см. статью в Википедии).
История и прогноз
Несколько столетий углеводородное сырьё служило человечеству источником энергии. По инерции нашему поколению досталось такое наследство: сегодня около 2/3 части электроэнергии в мировом масштабе производится на угле, газе и жидком топливе.
Впервые гидроэлектростанции появились в Германии и Англии в конце 19 века, атомные электростанции взяли старт в средине 20 века. Сейчас в 31 стране действуют АЭС и вырабатывают 16 % электричества, гидростанции – 19%. В нескольких прибрежных странах построены приливные, волновые станции, победным шагом идут по планете ветровые, солнечные, а также геотермальные, растёт доля производства топлива для автомобилей из сырья растительного происхождения, из биомассы. Но в общем мировом балансе производство электричества и топлива из возобновляемых источников энергии занимает довольно скромное место.
В прошлое мельком заглянули. Теперь остановимся и заглянем в недалёкое будущее. К 2050 году по всем расчётам ведущих специалистов мировая потребность в энергии, по крайней мере, удвоится, если не сказать больше. А ископаемые ресурсы не безмерны. Мало того, что их с каждым годом становится меньше. Реальность такова, что их всё сложнее добывать на больших глубинах, что непременно влияет на увеличение дороговизны. Но и это не все беды. Качество ископаемого сырья тоже снижается и приходится затрачивать дополнительные средства на доработку до нормальной кондиции. Снова нежелательные минусы к стоимости энергии и топлива.
Ещё жирный минус в адрес традиционных ископаемых источников энергии – они залегают на земном шаре далеко не везде. Бесперебойная поставка в страны-потребители становится всё дороже и нет никакой гарантии в её стабильности.
И, наконец, последний штрих не в пользу не возобновляемых источников: при их отработке остаются шлаки, которые необходимо утилизировать. Газовые отбросы загрязняют воздух, твёрдые попадают в водные бассейны. И все они очень вредны для здоровья человека, всего животного и растительного мира. По предварительным подсчётам, в наше цивилизованное время ежегодно выбрасывается в атмосферу 25 миллиардов тонн углекислого газа. Совсем не случайно участились неизлечимые заболевания людей и животных, на растения нападают новые вредители. Сейчас даже пшеницу нельзя вырастить без обильного применения ядовитых веществ. А это значит, что в безобидной булке хлеба уже изначально, ещё в муке, заложена доля вредных веществ.
Выход один – надёжный выверенный годами, но плохо используемый человечеством: как можно скорее отказаться добывать ископаемые и переходить на безвредные, возобновляемые самой природой, источники энергии. Энергетики отдают предпочтение, как самому безвредному виду, — использованию водородного топлива.
У него есть много преимуществ перед другими видами возобновляемых источников: полностью сгорает, оставляя только пар без всяких вредных выбросов, транспортабелен на любые расстояния, запасы безмерны и распределены равномерно по всей планете.
Экологические сказки и экономическая реальность
Писатели, журналисты, рекламисты призывают никогда не сомневаться, чтобы достичь поставленной цели советуют «сжечь мосты», чтобы не оглядываться и не возвращаться к прошлому укладу жизни. С ними стоит согласиться. Но там, где речь идёт об огромных капиталовложениях, вряд ли такая тактика приемлема. Здесь всё до мельчайших деталей надо подвергать сомнению и скрупулёзным расчётам. С этим не поспоришь.
Давайте обсудим названную проблему о внедрении в жизнь водородного топлива с двух точек зрения – «за» и «против». С одной стороны – экология криком кричит, взывая о помощи. Здесь и повышенное содержание углекислого газа в воздухе, и климатические фокусы, ранее не наблюдавшиеся, и много других аномалий.
С другой – есть путь спасения. Он предлагает перейти повсеместно к водородному источнику энергии, как к самому простому виду возобновляемой энергетики.
Властные структуры, «денежные мешки» заявляют о пользе водорода, выделяют средства, но почему-то вся эта возня похожа больше на бесконечную рекламную кампанию, а не на деловой настрой. Оказалось, что для этого есть причина. И не одна.
Сначала приведём аргументы в пользу «за». Нам известно, что двигатель внутреннего сгорания отлично работает на водородном топливе. Достаточно вспомнить, как в 1980 году во время Московской олимпиады эти авто обслуживали стайеров – бегунов на длинные дистанции. И более далёкий военный эпизод, когда талантливый лейтенант спас многие здания осаждённого Ленинграда своим изобретением.
С конца 19 столетия был известен приём выделения электрической энергии во время реакции водорода с кислородом. В то далёкое время учёные выяснили, что если водород и кислород отделить электролитной перегородкой, то реакция даст электроток. Сегодня на этом принципе работают космические корабли.
Автомобиль с такими топливными элементами будет иметь невероятно компактный двигатель без системы зажигания, питания, охлаждения, смазки… Ничего этого не потребуется. Он бесшумен, безотказен в пути, без коробки передач, не имеет выхлопной трубы. Кондиционер и печка не зависимы от мотора и если вас занесёт в пути снегом, то можно дождаться помощи несколько дней в комфортной салонной температуре. Сказка, а не автомобиль.
Теперь аргументы в пользу «против». Что ждёт в реальности тех, кто намерен идти к сказке. К примеру, компания General Motors вложила более 50 млн. долларов и выпустила 14 лет назад экспериментальный образец чудо-машины, которая могла проехать 800 километров на одной заправке водородом. Неплохо? – Без всякого сомнения, если не углубляться в детали.
А детали таковы. Во-первых, где взять водород в таком количестве, если все машины мира перевести на водородное топливо? На земле он есть в виде воды – две части водорода и одна часть кислорода (Н2О). Через электролиз получим водород. Вот тут-то и заковыка: при получении водорода затратим больше энергии, чем от полученного. Как говорится, овчинка выделки не стоит.
Ещё одно сомнение учёных: если интенсивно использовать водород в качестве автомобильного топлива, то в атмосфере увеличится его концентрация. Это приведёт к нарушению озонового слоя, который защищает Землю от излучения, что приведёт к изменению климата и размножению микробов. Так что же, выходит — тупик?
Ответить на вопрос помогает строение Земли. Силикатная оболочка нашей планеты расположена неравномерно. В некоторых местах пласты подходят близко к поверхности земли. Надо найти эти места и научиться добывать селициды. Один килограмм селицидов после реакции с водой способен выдавать 1200 литров водорода. Есть выход из любого тупика: так устроена вселенная.
А вот нарушится ли озоновый слой от интенсивного употребления водорода в качестве топлива – это ещё надо выяснить.
От ворот поворот или, всё же, водород?
На экзамене преподаватель: — Как получить водород из сероводорода?
Студент: Надо взять сероводород, подогреть его. Сера улетучится, водород остаётся.
Преподаватель; — Правильно. Ставим вам пятёрку, подогреваем тёплыми словами. Тройка улетучивается, а двойка остаётся.
Анекдот намекает, что не всё так просто при получении водорода. Иначе бы мы не сжигали бензин до сих пор в своих баках. Чтобы добыть его из воды с помощью электролиза, на процедуру уходит больше энергии, чем отдаст её полученный водород. Надо искать более дешёвый способ получения газа.
Не развита инфраструктура. На неё тоже надо затратить немалые средства: надо построить множество заправочных станций, способы доставки топлива потребителю тоже требуют денег. Но главное – водорода в чистом виде в природе нет. Его ещё надо получить.
Изобретатели прошли начальный курс получения водорода путём сжигания угля в парах воды и последующего отделения нужного газа. Но какой смысл использовать не возобновляемый источник энергии – уголь, запасы которого тоже иссякают и природа по-прежнему засоряется отходами.
Электролиз воды – тоже не дешёвое мероприятие, да и сама вода на планете скоро будет на вес золота. Получение водородного топлива сегодня в несколько раз дороже обыкновенного бензина. Проблема и с водородной инфраструктурой, как было сказано выше. По прикидке американской лаборатории в масштабах США потребуется затратить только на оборудование инфраструктуры более 600 миллиардов долларов.
То есть, чтобы водород стал конкурентоспособным с привычными для нас видами топлива, потребуются немалые капиталовложения. Самые доступные технологии получения водорода потребуют десяти и более кратного снижения их стоимости. Именно поэтому сроки внедрения водорода в повседневную жизнь отодвигаются на более отдалённые перспективы. В США, Японии и Западной Европе предположительно к 2030 году, у нас – не ранее 2050.
Институт нефти США прогнозирует, что традиционные источники энергии будут исчерпаны в ближайшие 50 — 80 лет. Значит, миру дано максимум 30 лет для замены традиционной нефти.
Невозможно перевести в одно мгновение весь транспорт на водород. Для этого потребуется капитальная многолетняя подготовка. Во-первых, строительство производственных мощностей для получения водорода, наладка всей инфраструктуры, строительство заправочных станций. Со стороны правительства надо сделать огромный шаг в сторону экономического стимулирования предпринимателей, кардинально изменить налоговую политику к тем, кто выпускает и применяет альтернативную энергетику.
Готовиться к переходу на альтернативную энергетику, в частности, на водород, надо с сегодняшнего дня, поэтапно. Ведь 2050–ый год не за горами.
В.Ильин
Видео о водородном топливе:
