Невыгодные изобретения, которых боится мир
Прогресс, как известно, не стоит на месте, а движется вперед. Но почему-то за последние сто лет не нашли альтернативу бензину, лекарство от рака или способ накормить население этой планеты. Или нашли? Нет, если бы нашли, то обязательно уже применили бы, и все мы жили бы счастливо. Ведь так?
Альтернативное топливо
Разговоры про более экологичное и дешевое топливо идут уже несколько десятков лет, но так и остаются разговорами. Тот же водород горит не намного хуже бензина, а продукты его горения гораздо менее ядовиты. Что же касается добычи этого газа, то его в природе очень много, а способы его добычи известны и широко используются в промышленности.
В качестве отговорки от использования водорода, приводят его взрывоопасность и то, что ездить с баком, наполненным взрывчатым веществом, как минимум неспокойно. Но разве бензин не взрывоопасен? К тому же есть один старый способ получения водорода из воды - электролиз. Наверняка, при некотором количестве желания и финансирования можно построить небольшую установку, которая могла бы из воды добывать водород и пере гонять его в камеру сгорания автомобиля. И тогда проблема взрывоопасности была бы решена.
Кому и почему не выгоден переход с нефтяных продуктов на заправку автомобилей водой, думаю, объяснять излишне. Отмечу только, что российский оборот бензина и дизельного топлива составляет "скромных" 62 миллиона тонн в год, а на экспорт уходит еще 140 миллионов горючего. А, помимо российских нефтедобывающих компаний, как вы понимаете, есть и другие.
- Водород - очень перспективный энергоноситель, позволяющий одновременно решить сложные экологические проблемы. Предметом нашего разговора будет собственно водородный двигатель - двигатель внутреннего сгорания, использующий в качестве энергоносителя водород. При его сгорании (быстро протекающей экзотермической реакции окисления кислородом) получаются лишь вода и тепло. Да, образуются еще окислы азота, количество которых зависит от температуры сгорания смеси в цилиндре двигателя. И здесь важно, что в водородных двигателях температура сгорания топлива на режимах городской эксплуатации существенно ниже, чем в углеводородных (бензиновых, спиртовых, метановых, пропан-бутановых и т.д.).
Очевидно, что если под "водородным двигателем" понимать электрический, получающий энергию от реакции соединения водорода и кислорода в топливных элементах, то окислов азота не будет совсем. А углеводородное топливо "поставляет" при сжигании целый букет токсичных соединений, среди которых сажа - далеко не самая вредная.
Мне представляется, что первый этап становления водородной энергетики - это применение водорода в качестве моторного топлива. Пока топливные элементы, при всей их перспективности, удовольствие очень дорогое. Не все технологии отработаны, и процесс этот идет достаточно медленно, еще далеко не все вопросы решены. Ожидают, что … вот-вот будет. Еще двадцать пять лет назад можно было видеть "Рафик" на топливных элементах. Впрочем, истории водорода как топлива тоже не один десяток лет.
- Разговоры, проекты… Где же машины?
- Практическое применение водорода упирается в экономические проблемы. Свободного водорода в природе практически нет. Его необходимо получать, разлагая соединения тем или иным способом. Один из наиболее известных (и наиболее энергозатратных - дорогих) - электролиз воды. Однако при избытке электроэнергии (например, на АЭС или ГЭС) он вполне рентабелен. Самый же дешевый путь получения водорода - паровая конверсия метана.
- Чтобы "уйти" от углеводородов, надо их шире использовать?
- При таком способе получения водорода его сжигание затем в ДВС перспективно. Так, у водородных смесей существенно шире, чем у углеводородных, пределы воспламенения. Это позволяет ДВС работать на очень бедных смесях на частичных нагрузках и, как следствие, существенно повысить КПД двигателя при движении в городе. Кроме того, можно снизить практически до нуля негативное экологическое воздействие на природу отработавших газов двигателя. Да, получение водорода сегодня относительно дорого и энергозатратно. Но и запасы углеводородов накапливались сотни миллионов лет. Их "дешевизна" - совершенно условна: мы "прожигаем" наследство детей и внуков. И еще загрязняем окружающую среду, провоцируем катастрофические глобальные изменения климата… Большинство ученых сегодня сходятся во мнении, что будущее - за водородной энергетикой. Но я считаю, что переход к ней будет постепенным и займет несколько десятилетий.
Действительно, водород как замена углеводородов в ДВС пока дорог. Именно поэтому его надо использовать наиболее рационально. Подавляющее большинство автомобилей во всем мире эксплуатируется в городских условиях. Что это значит? Холостой ход (пробка) - разгон - торможение - холостой ход (пробка) - разгон. КПД бензинового двигателя при скорости движения автомобиля 60 км в час не превышает 13%. Доказано, что добавка в смеси водорода на определенных режимах позволяет увеличить КПД до 18%, то есть на 30%. Общая схема такая: на холостом ходу в цилиндры поступает водородо-воздушная смесь, при максимальной мощности - бензиновая. Так работает экспериментальная "Газель", на которой, кстати, я сам езжу по Москве. При расходе водорода 1,5 кг на 100 км реально можно снизить в 2-2,5 раза расход бензина, обеспечивая общую экономию топлива на 25-30%.
- И сколько стоит один килограмм водорода?
- Пока дорого - от пяти до десяти долларов. Но ведь речь идет об экспериментальном производстве, экспериментальных заправках, уникальных, по сути, машинах. При массовом внедрении таких двигателей, расширении производства водорода стоимость его, как убедительно свидетельствуют расчеты, значительно, в несколько раз, снизится.
- Поехал я, значит, к теще на блины, а домик у нее в деревне. И - бац: водород кончился. Интересно, куда мне с сосудом Дьюара бежать? В город Королев или еще куда?
- В промышленно развитых странах разработаны и эксплуатируются автомобили с водородными двигателями двух типов: на водороде, применяемом в качестве топлива, и на топливных элементах. Одновременно с программами его широкого распространения создается и сеть специальных заправочных станций. Например, в США рядом с министерством энергетики находятся сразу две такие станции. Но трудности с заправкой, хранением водорода, конечно, относятся к серьезным ограничительным факторам для его широкого распространения.
То, что предлагается у нас, - "мягкий", компромиссный путь. Никто не помешает вам заливать в бак только бензин. Так что за тещу можете не волноваться. Между прочим, сто лет назад воскликнуть: "кончился бензин, и я один стою на берегу…" - мог любой автолюбитель: при вояжах на природу каждый должен был заботиться о бензине сам. Теперь проблем нет. Думаю, скоро не будет проблем и с водородом. А пока в нашей программе - компактные автозаправки на 10-15 автомобилей, которые должны поставляться вместе с необходимым оборудованием для модернизации серийных бензиновых ДВС, позволяющей применять комбинированные смеси. Стеклопластикового бака с водородом хватает на 400-450 км.
- А на чистом водороде нельзя ездить?
- Можно. Но, повторюсь, это должен быть специальный двигатель. Таким путем пошли, скажем, конструкторы BMW, Mazda. Интересно, что старые бензиновые двигатели были более всеядны: после небольшого переоборудования могли работать и на чистом водороде. Так, еще в 1941 году в блокадном Ленинграде младший воентехник Б.Шелищ использовал в качестве топлива водород из аэростатов ПВО.И этот эксперимент, давший экономию дефицитного в блокадном городе горючего, был вполне успешен. Но у водорода низкая детонационная стойкость, поэтому в современных двигателях, имеющих большую степень компрессии, его использовать на всех режимах работы невозможно. Мы предложили экономить бензин за счет подмешивания водорода, без замены серийного двигателя. Разработан и уже предложен правительству Москвы проект перевода 2000 "Газелей" на комбинированное бензоводородное топливо. Кстати, в окрестностях столицы есть необходимые мощности для производства водорода.
- Идем "своим путем", кто еще в мире ездит на бензоводороде?
- Реальным путем - с точки зрения возможностей отечественной экономики и покупательной способности населения. Водородные программы промышленно развитых стран предусматривают выпуск новых моделей автомобилей. Предполагается, что уже скоро представительские авто продемонстрируют престижность и надежность новинок. Но осуществление этих программ требует миллиардных инвестиций, на которые бизнес в ближайшее время вряд ли пойдет. Не уверен, что в нашей стране пришло время госфинансирования в таком объеме. Но государственная поддержка все же есть.
Вообще же, отношения бизнеса и науки всегда непросты. Сейчас основная задача - соединить то, что было сделано, с тем, что можно сделать, перевести наконец и в нашей стране водородную энергетику из разряда дискуссий в плоскость реальных дел.
Прогресс, как известно, не стоит на месте, а движется вперед. Но почему-то за последние сто лет не нашли альтернативу бензину, лекарство от рака или способ накормить население этой планеты. Или нашли? Нет, если бы нашли, то обязательно уже применили бы, и все мы жили бы счастливо. Ведь так?
Альтернативное топливо
Разговоры про более экологичное и дешевое топливо идут уже несколько десятков лет, но так и остаются разговорами. Тот же водород горит не намного хуже бензина, а продукты его горения гораздо менее ядовиты. Что же касается добычи этого газа, то его в природе очень много, а способы его добычи известны и широко используются в промышленности.
В качестве отговорки от использования водорода, приводят его взрывоопасность и то, что ездить с баком, наполненным взрывчатым веществом, как минимум неспокойно. Но разве бензин не взрывоопасен? К тому же есть один старый способ получения водорода из воды - электролиз. Наверняка, при некотором количестве желания и финансирования можно построить небольшую установку, которая могла бы из воды добывать водород и пере гонять его в камеру сгорания автомобиля. И тогда проблема взрывоопасности была бы решена.
Кому и почему не выгоден переход с нефтяных продуктов на заправку автомобилей водой, думаю, объяснять излишне. Отмечу только, что российский оборот бензина и дизельного топлива составляет "скромных" 62 миллиона тонн в год, а на экспорт уходит еще 140 миллионов горючего. А, помимо российских нефтедобывающих компаний, как вы понимаете, есть и другие.
ДВС на водороде
на водороде. Неужели нет альтернативы этому самому легкому газу в автостроении?- Водород - очень перспективный энергоноситель, позволяющий одновременно решить сложные экологические проблемы. Предметом нашего разговора будет собственно водородный двигатель - двигатель внутреннего сгорания, использующий в качестве энергоносителя водород. При его сгорании (быстро протекающей экзотермической реакции окисления кислородом) получаются лишь вода и тепло. Да, образуются еще окислы азота, количество которых зависит от температуры сгорания смеси в цилиндре двигателя. И здесь важно, что в водородных двигателях температура сгорания топлива на режимах городской эксплуатации существенно ниже, чем в углеводородных (бензиновых, спиртовых, метановых, пропан-бутановых и т.д.).
Очевидно, что если под "водородным двигателем" понимать электрический, получающий энергию от реакции соединения водорода и кислорода в топливных элементах, то окислов азота не будет совсем. А углеводородное топливо "поставляет" при сжигании целый букет токсичных соединений, среди которых сажа - далеко не самая вредная.
Мне представляется, что первый этап становления водородной энергетики - это применение водорода в качестве моторного топлива. Пока топливные элементы, при всей их перспективности, удовольствие очень дорогое. Не все технологии отработаны, и процесс этот идет достаточно медленно, еще далеко не все вопросы решены. Ожидают, что … вот-вот будет. Еще двадцать пять лет назад можно было видеть "Рафик" на топливных элементах. Впрочем, истории водорода как топлива тоже не один десяток лет.
- Разговоры, проекты… Где же машины?
- Практическое применение водорода упирается в экономические проблемы. Свободного водорода в природе практически нет. Его необходимо получать, разлагая соединения тем или иным способом. Один из наиболее известных (и наиболее энергозатратных - дорогих) - электролиз воды. Однако при избытке электроэнергии (например, на АЭС или ГЭС) он вполне рентабелен. Самый же дешевый путь получения водорода - паровая конверсия метана.
- Чтобы "уйти" от углеводородов, надо их шире использовать?
- При таком способе получения водорода его сжигание затем в ДВС перспективно. Так, у водородных смесей существенно шире, чем у углеводородных, пределы воспламенения. Это позволяет ДВС работать на очень бедных смесях на частичных нагрузках и, как следствие, существенно повысить КПД двигателя при движении в городе. Кроме того, можно снизить практически до нуля негативное экологическое воздействие на природу отработавших газов двигателя. Да, получение водорода сегодня относительно дорого и энергозатратно. Но и запасы углеводородов накапливались сотни миллионов лет. Их "дешевизна" - совершенно условна: мы "прожигаем" наследство детей и внуков. И еще загрязняем окружающую среду, провоцируем катастрофические глобальные изменения климата… Большинство ученых сегодня сходятся во мнении, что будущее - за водородной энергетикой. Но я считаю, что переход к ней будет постепенным и займет несколько десятилетий.
Действительно, водород как замена углеводородов в ДВС пока дорог. Именно поэтому его надо использовать наиболее рационально. Подавляющее большинство автомобилей во всем мире эксплуатируется в городских условиях. Что это значит? Холостой ход (пробка) - разгон - торможение - холостой ход (пробка) - разгон. КПД бензинового двигателя при скорости движения автомобиля 60 км в час не превышает 13%. Доказано, что добавка в смеси водорода на определенных режимах позволяет увеличить КПД до 18%, то есть на 30%. Общая схема такая: на холостом ходу в цилиндры поступает водородо-воздушная смесь, при максимальной мощности - бензиновая. Так работает экспериментальная "Газель", на которой, кстати, я сам езжу по Москве. При расходе водорода 1,5 кг на 100 км реально можно снизить в 2-2,5 раза расход бензина, обеспечивая общую экономию топлива на 25-30%.
- И сколько стоит один килограмм водорода?
- Пока дорого - от пяти до десяти долларов. Но ведь речь идет об экспериментальном производстве, экспериментальных заправках, уникальных, по сути, машинах. При массовом внедрении таких двигателей, расширении производства водорода стоимость его, как убедительно свидетельствуют расчеты, значительно, в несколько раз, снизится.
- Поехал я, значит, к теще на блины, а домик у нее в деревне. И - бац: водород кончился. Интересно, куда мне с сосудом Дьюара бежать? В город Королев или еще куда?
- В промышленно развитых странах разработаны и эксплуатируются автомобили с водородными двигателями двух типов: на водороде, применяемом в качестве топлива, и на топливных элементах. Одновременно с программами его широкого распространения создается и сеть специальных заправочных станций. Например, в США рядом с министерством энергетики находятся сразу две такие станции. Но трудности с заправкой, хранением водорода, конечно, относятся к серьезным ограничительным факторам для его широкого распространения.
То, что предлагается у нас, - "мягкий", компромиссный путь. Никто не помешает вам заливать в бак только бензин. Так что за тещу можете не волноваться. Между прочим, сто лет назад воскликнуть: "кончился бензин, и я один стою на берегу…" - мог любой автолюбитель: при вояжах на природу каждый должен был заботиться о бензине сам. Теперь проблем нет. Думаю, скоро не будет проблем и с водородом. А пока в нашей программе - компактные автозаправки на 10-15 автомобилей, которые должны поставляться вместе с необходимым оборудованием для модернизации серийных бензиновых ДВС, позволяющей применять комбинированные смеси. Стеклопластикового бака с водородом хватает на 400-450 км.
- А на чистом водороде нельзя ездить?
- Можно. Но, повторюсь, это должен быть специальный двигатель. Таким путем пошли, скажем, конструкторы BMW, Mazda. Интересно, что старые бензиновые двигатели были более всеядны: после небольшого переоборудования могли работать и на чистом водороде. Так, еще в 1941 году в блокадном Ленинграде младший воентехник Б.Шелищ использовал в качестве топлива водород из аэростатов ПВО.И этот эксперимент, давший экономию дефицитного в блокадном городе горючего, был вполне успешен. Но у водорода низкая детонационная стойкость, поэтому в современных двигателях, имеющих большую степень компрессии, его использовать на всех режимах работы невозможно. Мы предложили экономить бензин за счет подмешивания водорода, без замены серийного двигателя. Разработан и уже предложен правительству Москвы проект перевода 2000 "Газелей" на комбинированное бензоводородное топливо. Кстати, в окрестностях столицы есть необходимые мощности для производства водорода.
- Идем "своим путем", кто еще в мире ездит на бензоводороде?
- Реальным путем - с точки зрения возможностей отечественной экономики и покупательной способности населения. Водородные программы промышленно развитых стран предусматривают выпуск новых моделей автомобилей. Предполагается, что уже скоро представительские авто продемонстрируют престижность и надежность новинок. Но осуществление этих программ требует миллиардных инвестиций, на которые бизнес в ближайшее время вряд ли пойдет. Не уверен, что в нашей стране пришло время госфинансирования в таком объеме. Но государственная поддержка все же есть.
Вообще же, отношения бизнеса и науки всегда непросты. Сейчас основная задача - соединить то, что было сделано, с тем, что можно сделать, перевести наконец и в нашей стране водородную энергетику из разряда дискуссий в плоскость реальных дел.
