 |
Водород - автомобильное топливо XXI в.
|
|
|
|
Использование водорода в качестве основного вида топлива может коренным образом изменить всю будущую техническую цивилизацию. Важнейшая проблема современности - охрана окружающей среды от загрязнения - будет практически решена.
Характеристики водорода как моторного топлива уникальны: высокая теплота сгорания - 120 МГж/кг (у бензина почти в 3 раза ниже); хорошая воспламеняемость; безвредность отработанных газов; высокая скорость сгорания (в 4 раза выше, чем у смеси «бензин-воздух»).
В мире производится около 50 млн. т водорода в год. В основном путем конверсии жидкого и газообразного топлива. Под конверсией понимают химическую реакцию углеводородов с водяным паром (паровая конверсия) либо с паром и кислородом (парокислородная конверсия), либо с кислородом (кислородная конверсия), в результате которых образуются водород и окиси углерода.
Разработан ряд перспективных методов получения водорода. Например, путем электролиза воды. По различным данным из воды ежегодно получают от 0,5 до 1,5 млн. т. водорода (1-3% общего количества). Пока получение электролизного водорода обходится более чем в 2 раза дороже, чем конверсионного, но при использовании промышленных электролизеров следующего поколения в будущем водород может сравняться со стоимостью с конверсионным, а затем стать дешевле.
Хорошо известны процессы получения водорода с помощью угля. Чаще таким путем вырабатывают не чистый водород, а его смесь с монооксидом углерода - синтез-газ и искусственные энергоносители. Совершенствование этих процессов должно привести к снижению затрат на получение водорода и синтез газа и к их применению в районах крупных угольных месторождений.
|
|
|
В Институте водородной энергетики и плазменных технологий разработана принципиальная новая схема водородного автомобиля. Окисление происходит не в двигателе внутреннего сгорания, а в электрохимическом генераторе, где и вырабатывается электрическая энергия, вращающая основной вал двигателя. Трансформация энергии водорода в электроэнергию с помощью электро-химического генератора, основанная на полимерных мембранах, позволяет это делать при температуре кипения воды, что исключает синтез окислов азота из воздуха, неизбежно возникающий при высоких температурах в других системах. В итоге на выхлопе - чистая вода.
Топливные элементы - это прорыв в технологии на пути к экологически чистому автомобильному двигателю. Основным горючим является водород - его пропускают через полимерные мембраны с катализаторами, которые вызывают химическую реакцию с кислородом воздуха: водород превращается в воду, а химическая энергия его сгорания - в электрическую. Еще одно достоинство двигателя на топливных элементах - высокий КПД.
Заключение
Количество выделяемых в окружающую среду вредных веществ зависит от численности и структуры автомобильного парка, а также от технического состояния автомобилей и в первую очередь их двигателей. Только из-за отсутствия необходимой регулировки карбюратора бензинового двигателя внутреннего сгорания выброс оксида углерода может возрасти в 4-5 раз.
На состав отработанных газов двигателя большое влияние оказывает режим работы автомобиля в городских условиях. Низкая скорость движения и частые её изменения, многократные торможения и разгоны способствуют повышенному выделению вредных веществ.
Проверки показывают, чтокаждый пятый автомобиль эксплуатируется с повышенной токсичностью или дымностью отработанных газов. В крупных городах доля загрязнения воздуха автотранспортом достигает 70-80% общего уровня загрязнения. По оценкам медиков и экологов, автотранспорт заметно сокращает среднюю продолжительность жизни населения.
|
|
|
По данным Министерства здравоохранения Великобритании, загрязнение атмосферного воздуха выхлопами автотранспорта является причиной поражения сердечно-сосудистой системы человека. Самыми опасными признаны элементы, содержащиеся в выхлопных газах автомобилей. Именно они во время перепадов давления, жары и повышенной влажности воздействуют на сердечно-сосудистую систему, а также являются причиной возникновения респираторных заболеваний.
Количество автотранспортных средств в России в 1998 г. достигло 23,7 млн. единиц подвижного состава, в том числе 18,8 млн. легковых автомобилей, 627 тыс. автобусов и 4,626 млн. грузовых автомобилей.
В 2000 г. по сравнению с 1999 г. Москве удалось снизить выбросы в атмосферу от автотранспорта на 160 тыс. т. Этому способствовало открытие новых участков третьего транспортного кольца, там выше средняя скорость и, соответственно, меньше выбросов.
В Российском НИИ технологии материалов для этого процесса разработан новый катализатор, обеспечивающий полную конверсию метанола, высокую стабильность и отсутствие побочных продуктов. Причем свойства этого катализатора не ухудшаются при использовании технического метанола.
Метанол имеет следующие недостатки. Выхлопы автомобилей на метаноле содержат в 2 раза больше формальдегида, чем выхлопы автомобилей на бензине, однако при работе на метаноле количество выбрасываемых углеводородов, способных превращаться в формальдегид, уменьшается в десятки раз. Следовательно, уровень формальдегида даже понизится. Если же полностью контролировать метанол в «синтез-газ», то ни один канцероген, включая формальдегид, присутствовать в выхлопе не будет.
Самым перспективным сырьем для получения метанола является уголь, запасы которого в отличие от нефти и газа намного больше. Спрос на метанол как транспортное топливо откроет новый рынок сбыта для угля.
Список литературы
1. Большая Российская энциклопедия: В зот. / Председатель Науч. - ред. совета Ю.С. Осипов. Отв. ред. С.Л. Кравец. Т. «Россия». - М.: Большая Российская энциклопедия, 2004.
2. Новиков Ю.В. Экология среды и человека: Учебное пособие для вузов. - М.: Агентство «ФАИР», 1998.
. Новиков Ю.В. Экология окружающей среды и человек: Учебное пособие для вузов, средних школ и колледжей. - 2-е изд., испр. и под. / Ю.В. Новиков. - М.: ФАИР-ПРЕСС, 2003.
. Охрана окружающей среды: Учебник для вузов / Автор-состовитель А.С. Степановских. - М.: ЮНИТН-ДАНА, 2001.
|
|
|
