A mistura de hidrogênio-oxigênio, como a mais energética energeticamente, foi proposta para uso em motores por K. E. Tsiolkovsky em 1903. O hidrogênio já é usado como combustível: para carros (de um e meio até Toyota Mirai), aviões a jato (de Heinkel a Tu-155), torpedos (de GT 1200A a Shkval), foguetes (de Saturno a Burana ). Novos aspectos são abertos com a produção do hidrogênio metálico e a aplicação prática do reator Rossi. Num futuro próximo, o desenvolvimento de tecnologias para a obtenção de hidrogênio barato do sulfeto de hidrogênio do Mar Negro e diretamente das fontes de desgaseificação da Terra. Apesar da oposição do lobby do petróleo, estamos inexoravelmente entrando na era do hidrogênio!
Mudando nosso consumo - juntos mudamos o mundo!
Os prós e contras do combustível de hidrogênio
O combustível de hidrogênio tem uma série de recursos:
- A transferência de calor do hidrogênio é 250% maior do que a de uma mistura ar-combustível.
- Após a combustão da mistura de hidrogênio, apenas vapor é gerado na saída.
- A reação de ignição é mais rápida do que com outros combustíveis.
- Graças à estabilidade de detonação, é possível aumentar a taxa de compressão.
- O armazenamento de tal combustível ocorre na forma líquida ou comprimida. No caso de quebra do tanque, o hidrogênio se vaporiza.
- O nível mais baixo da proporção de gás para reagir com o oxigênio é de 4%. Graças a este recurso, é possível ajustar os modos de operação do motor dosando a consistência.
- A eficiência de um motor a hidrogênio chega a 90%. Para efeito de comparação, um motor diesel tem uma eficiência de 50%, e um motor de combustão interna convencional - 35%.
- O hidrogênio é um gás volátil, por isso entra nas menores lacunas e cavidades. Por esse motivo, poucos metais são capazes de suportar seus efeitos destrutivos.
- Há menos ruído quando o motor está funcionando.
O primeiro motor a hidrogênio começou a funcionar na URSS em 1941
Você ficará surpreso, mas o primeiro motor de um "caminhão" comum começou a funcionar com hidrogênio na sitiada Leningrado em setembro de 1941! O jovem tenente-técnico júnior Boris Shchelishch, encarregado do levantamento do balão barragem, foi encarregado, na ausência de gasolina e eletricidade, de estabelecer o trabalho dos guinchos. Como os balões estavam cheios de hidrogênio, ele teve a ideia de usá-lo como combustível.
Vídeo promocional:
Durante experimentos perigosos, dois balões queimaram, um tanque de gasolina explodiu e o próprio Boris Isaakovich recebeu um choque de bomba. Em seguida, para o funcionamento seguro da mistura "explosiva" ar-hidrogênio, ele inventou um selo d'água especial, que excluía a ignição em caso de faísca na tubulação de admissão do motor. Quando tudo finalmente deu certo, os líderes militares chegaram, verificaram se o sistema estava funcionando corretamente e mandaram transferir todos os guinchos aerostáticos para um novo tipo de combustível em 10 dias. Em vista dos recursos e tempo limitados, Shchelishch habilmente usou extintores de incêndio desativados para fazer um selo d'água. E o problema de levantar balões de barragem foi resolvido com sucesso!
Boris Isaakovich recebeu a Ordem da "Estrela Vermelha" e foi enviado a Moscou, sua experiência foi usada nas unidades de defesa aérea da capital - 300 motores foram transferidos para "hidrogênio sujo", o certificado do inventor nº 64209 para invenção foi emitido. Assim, ficou assegurada a prioridade da URSS no desenvolvimento do setor energético do futuro. Em 1942, um carro incomum foi mostrado em uma exposição de equipamentos adaptados às condições do bloqueio. Ao mesmo tempo, seu motor funcionou 200 horas sem parar em um espaço fechado. Os gases de escape - vapor comum - não poluíam o ar.
Em 1979, sob a supervisão científica de E. V. Shatrov. a equipe criativa de trabalhadores NAMI, composta por V. M. Kuznetsov Ramenskiy A. Yu., Kozlova Yu. A. um protótipo do microônibus RAF, movido a hidrogênio e gasolina, foi desenvolvido e testado.
Testes RAF 22031 (1979).
Veículos subaquáticos de peróxido de hidrogênio
Em 1938-1942, nos estaleiros de Kiel, sob a liderança do engenheiro Walter, foi construído um barco experimental U-80 que trabalhava com peróxido de hidrogênio. Nos testes, o navio mostrou uma velocidade subaquática total de 28,1 nós. Os vapores de água e oxigênio obtidos com a decomposição do peróxido foram utilizados como fluido de trabalho na turbina, após o que foram removidos ao mar.
A figura mostra convencionalmente o dispositivo de um submarino com um motor de peróxido de hidrogênio.
No total, os alemães conseguiram construir 11 barcos da Universidade Técnica Estadual de Perm.
Após a derrota da Alemanha de Hitler na Inglaterra, EUA, Suécia e URSS, o trabalho foi realizado para levar o plano de Walter à implementação prática. Um submarino soviético (projeto 617) com um motor Walter foi construído no escritório de projetos de Antipin.
O famoso VA-111 SUBAQUÁTICO TORPEDA ROCKET "SHKVAL".sim.
Nesse ínterim, os avanços da energia nuclear permitiram resolver melhor o problema dos motores submarinos potentes. E essas idéias foram aplicadas com sucesso em motores de torpedo. Walter HWK 573. (motor subaquático do primeiro míssil anti-navio guiado ar-superfície GT 1200A a atingir um navio abaixo da linha de água). O torpedo planador (UAB) GT 1200A tinha uma velocidade subaquática de 230 km / h, sendo o protótipo do torpedo de alta velocidade da URSS "Shkval". O torpedo DBT entrou em serviço em dezembro de 1957, operava com peróxido de hidrogênio e desenvolveu uma velocidade de 45 nós com um alcance de cruzeiro de até 18 km.
O gerador de gás através da cabeça de cavitação cria uma bolha de ar em torno do corpo do objeto (bolha de vapor-gás) e, devido à queda na resistência hidrodinâmica (resistência à água) e ao uso de motores a jato, a velocidade de movimento subaquática necessária (100 m / s) é alcançada, que é várias vezes maior do que a velocidade do torpedo convencional mais rápido. Para o trabalho, utiliza-se um combustível hidrorreativo (metais alcalinos, ao interagirem com a água, liberam hidrogênio).
O Tu-155 com hidrogênio estabeleceu 14 recordes mundiais
Durante a Segunda Guerra Mundial, a empresa "Heinkel" criou toda uma linha de aviões a jato sob o motor Walter Walter HWK-109-509 com empuxo de 2.000 kgf, trabalhando com peróxido de hidrogênio.
A Rússia teve bastante sucesso, mas, infelizmente, não se tornou uma experiência serial de criação de aeronaves "ecológicas" já no final dos anos 80 do século passado. O mundo foi apresentado com o Tu-155 (modelo experimental Tu-154), que funciona com hidrogênio liquefeito e depois com gás natural liquefeito. Em 15 de abril de 1988, o avião foi levado ao céu pela primeira vez. Ele estabeleceu 14 recordes mundiais e completou cerca de cem voos. No entanto, o projeto foi “para a prateleira”.
No final da década de 1990, por encomenda da Gazprom, o Tu-156 foi construído com motores a gás liquefeito e querosene de aviação tradicional. Este avião teve o mesmo destino do Tu-155. Você pode imaginar como é difícil até para a Gazprom lutar contra o lobby do petróleo!
Carros a hidrogênio
Os carros movidos a hidrogênio são divididos em vários grupos:
- Veículos movidos a hidrogênio puro ou misturas de ar / combustível. A peculiaridade de tais motores é o escapamento limpo e um aumento na eficiência de até 90%.
- Carros híbridos. Eles têm um motor econômico capaz de funcionar com hidrogênio puro ou uma mistura de gasolina. Esses veículos estão em conformidade com o padrão Euro-4.
- Carros com motor elétrico embutido que alimenta a célula de hidrogênio a bordo do veículo.
A principal característica dos veículos a hidrogênio é a maneira como o combustível é alimentado na câmara de combustão e inflamado.
Os seguintes modelos de veículos a hidrogênio já estão sendo produzidos em série:
- Ford Focus FCV;
- Hidrogênio Mazda RX-8;
- Classe A da Mercedes-Benz;
- Honda FCX;
- Toyota Mirai;
- Ônibus MAN Lion City Bus e Ford E-450;
- veículo híbrido de dois combustíveis BMW Hydrogen 7.
Carro de série a hidrogênio Toyota * Mirai *.
Este carro pode acelerar a 179 km / heo carro acelera a 100 km / h em 9,6 segundos e, o mais importante, é capaz de viajar 482 km sem reabastecimento adicional.
A preocupação da BMW apresentou sua versão do carro a hidrogênio. O novo modelo foi testado por figuras culturais conhecidas, empresários, políticos e outras personalidades populares. Os testes mostraram que a mudança para um novo combustível não afeta o conforto, a segurança e a dinâmica do veículo. Se necessário, os tipos de combustível podem ser trocados de um para outro. Velocidade do Hydrogen7 - até 229 km / h.
Honda Clarity é um carro da Honda que impressiona pela sua reserva de marcha. Tem 589 km de extensão, que nenhum outro veículo de baixa emissão pode ostentar. O reabastecimento leva de três a cinco minutos.
O Home Energy Station III é uma unidade compacta que inclui células de combustível, um cilindro de armazenamento de hidrogênio e um reformador de gás natural que extrai H2 de uma tubulação de gás.
O metano da rede doméstica é convertido por este dispositivo em hidrogênio. E ele - em eletricidade para a casa. A potência das células de combustível na estação de energia doméstica é de 5 quilowatts. Além disso, os cilindros de gás embutidos servem como uma espécie de armazenamento de energia. A planta usa esse hidrogênio em picos de carga na rede doméstica. Gera 5 kW de eletricidade e até 2 m3 de hidrogênio por hora.
As desvantagens dos veículos a hidrogênio incluem:
- o volume da usina com o uso de células a combustível, o que reduz a manobrabilidade do veículo;
- enquanto o alto custo dos próprios elementos de hidrogênio devido aos seus constituintes paládio ou platina;
- imperfeição de projeto e incerteza no material para fabricação de tanques de combustível que não permitem o armazenamento de hidrogênio por muito tempo;
- falta de reabastecimento de hidrogênio, cuja infraestrutura é muito pouco desenvolvida em todo o mundo.
Com a produção em série, a maior parte dessas deficiências de design e tecnológicas serão superadas e, com o desenvolvimento da produção de hidrogênio como mineral e uma rede de postos de abastecimento, seu custo diminuirá significativamente.
Em 2016, surgiu o primeiro trem movido a hidrogênio, ideia da empresa alemã Alstom. O novo Coranda iLint está programado para começar na rota de Buxtehude a Cuxhaven, na Baixa Saxônia.
No futuro, está prevista a substituição de 4.000 trens a diesel na Alemanha por esses trens, movendo-se em trechos de estradas sem eletrificação.
A bicicleta a hidrogênio original foi lançada na França. (Pragma francês). Você preenche apenas 45 gramas de hidrogênio e pronto! O consumo de combustível é de aproximadamente 1 grama por 3 quilômetros.
Hidrogênio na astronáutica
Como um combustível em um par com oxigênio líquido (LC), o hidrogênio líquido (LH) foi proposto em 1903 por K. E. Tsiolkovsky. É combustível, com o maior impulso específico (para qualquer oxidante), o que permite que uma massa de carga muito maior seja lançada no espaço com uma massa de lançamento igual à do foguete. No entanto, dificuldades objetivas impediam o uso do combustível de hidrogênio.
O primeiro é a complexidade de sua liquefação (a produção de 1 kg de LH custa 20-100 vezes mais do que 1 kg de querosene).
O segundo - parâmetros físicos insatisfatórios - ponto de ebulição extremamente baixo (-243 ° C) e densidade muito baixa (LH é 14 vezes mais leve que a água), o que afeta negativamente a capacidade de armazenamento deste componente.
Em 1959, a NASA emitiu um pedido importante para o projeto da unidade Centaurus oxigênio-hidrogênio. Foi usado como estágios superiores de veículos de lançamento como Atlas, Titan e o foguete pesado Saturno.
Devido à baixíssima densidade do hidrogênio, os primeiros (maiores) estágios dos lançadores utilizavam outros tipos de combustível (menos eficientes, porém mais densos), como o querosene, o que possibilitava reduzir o tamanho para aceitáveis. Um exemplo dessa “tática” é o foguete Saturno-5, no primeiro estágio do qual foram utilizados componentes de oxigênio / querosene, e no segundo e terceiro estágios - motores oxigênio-hidrogênio J-2, com empuxo de 92104 toneladas cada.
Como exemplo, cito o vídeo de lançamento da Apollo 11:
No 4º minuto da gravação, o 1º estágio é separado e cria-se a ilusão de que os motores do segundo estágio não funcionam, o que deu origem a muitos rumores sobre o vôo irreal para a Lua. Na verdade, a combustão do hidrogênio na atmosfera superior é "incolor", a chama torna-se perceptível quando um objeto ou pedaços de tinta a atingem.
No sistema "Space Shuttle", a 2ª etapa também trabalhou com um par oxigênio / hidrogênio.
Na era de rápido desenvolvimento da astronáutica em nosso país, motores de foguete de propelente líquido com combustível de hidrogênio também foram amplamente utilizados.
Hidrogênio metálico
Em 5 de outubro de 2016, o hidrogênio metálico foi obtido no laboratório de física da Universidade de Harvard. Isso exigiu uma pressão de 495 gigapascals. Se o problema de estabilidade e resfriamento da câmara de combustão (6000 K) for resolvido, o hidrogênio metálico se tornará o combustível de foguete mais promissor.
Os cientistas acreditam que o hidrogênio metálico fornecerá um pulso de 1000-1700 segundos nos motores. (Nos motores de foguetes modernos, um impulso de 460 segundos foi alcançado até agora) Além disso, pequenos tanques serão necessários para armazenar hidrogênio metálico, o que tornará possível fazer foguetes de estágio único para lançar uma carga útil para o espaço, o que abrirá uma nova era de exploração espacial!
Obtendo diamantes
O hidrogênio encontrou outra aplicação notável na produção de diamantes. A evolução de um fluido hidrogênio-metano com diminuição da pressão se expressa na auto-oxidação (combustão profunda) do hidrogênio e do metano no sistema C-H-O com a formação de diamantes, água e CO. Uma confirmação vívida desse processo é a produção bem estabelecida de diamantes com qualidade de gema pesando até 4 quilates e revestimentos de filme do sistema de fluido C-H-O (semicondutores que representam o futuro da microeletrônica). Veja o artigo Diamond Carbonado, o semicondutor mais valioso do futuro.
Reator térmico Rossi
O inventor italiano Andrea Rossi, com o apoio do físico consultor científico Sergio Fokardi, realizou um experimento:
Quantos gramas de níquel (Ni) foram adicionados a um tubo selado, hidreto de alumínio e lítio a 10%, catalisador foram adicionados e a cápsula foi preenchida com hidrogênio (H2). Depois de aquecer a uma temperatura de cerca de 1100-1300 ° C, paradoxalmente, o tubo permaneceu quente por um mês inteiro, e a energia térmica liberada foi várias vezes maior do que a gasta no aquecimento!
Em um seminário na Universidade da Amizade dos Povos da Rússia (RUDN) em dezembro de 2014, foi relatado o sucesso da repetição desse processo na Rússia:
Por analogia, um tubo com combustível é feito:
Conclusões do experimento: a liberação de energia é 2,58 vezes mais do que a energia elétrica consumida.
Na União Soviética, o trabalho no CNS vem sendo realizado desde 1960 em alguns escritórios de design e institutos de pesquisa por ordem do estado, mas com o financiamento da "perestroika" interrompido. Até o momento, os experimentos estão sendo realizados com sucesso por pesquisadores independentes - entusiastas. O financiamento é realizado às custas pessoais de coletivos de cidadãos russos. Um dos grupos de entusiastas, sob a liderança de NV Samsonenko, trabalha no prédio do "Corpo de Engenharia" da Universidade RUDN.
Eles realizaram uma série de testes de calibração com aquecedores elétricos e um reator sem combustível. Nesse caso, como seria de se esperar, a potência térmica liberada é igual à potência elétrica fornecida.
O principal problema é a sinterização do pó e o superaquecimento local do reator, devido ao qual a serpentina de aquecimento queima e até mesmo o próprio reator pode queimar por completo.
Mas A. G. Parkhomov, conseguiu fazer um reator de longo prazo. Potência do aquecedor 300 W, eficiência = 300%.
A reação de fusão 28Ni + 1H (íon) = 29Cu + Q aquece a Terra por dentro
O núcleo interno da Terra contém níquel e hidrogênio, a uma temperatura de 5000K e uma pressão de 1,36 Mbar, portanto existem todas as condições para uma reação de fusão no interior da Terra, reproduzida experimentalmente no reator Rossi! Como resultado dessa reação, obtém-se o cobre, cujos compostos são encontrados nas zonas de "fumaça negra" da expansão terrestre (dorsais meso-oceânicas) em um riacho rico em hidrogênio.
Hidrogênio escuro
Em 2016, cientistas dos Estados Unidos e da Grã-Bretanha, tendo criado uma pressão de 1,5 milhão de atmosferas e uma temperatura de vários milhares de graus durante a compressão instantânea, foram capazes de obter o terceiro estado intermediário do hidrogênio, no qual ele possui simultaneamente as propriedades de gás e metal. É chamado de "hidrogênio escuro" porque neste estado não transmite luz visível, ao contrário da radiação infravermelha. O "hidrogênio escuro", ao contrário do metálico, se encaixa perfeitamente no modelo da estrutura dos planetas gigantes. Ele explica por que sua atmosfera superior é significativamente mais quente do que deveria estar, transferindo energia do núcleo, e como tem uma condutividade elétrica significativa, desempenha o mesmo papel que o núcleo externo da Terra, formando o campo magnético do planeta!
Geração de hidrogênio das profundezas do Mar Negro
Deus dotou a terra da Crimeia não apenas com a natureza mais bela e variada, mas também com reservas suficientes de vários minerais, incluindo hidrocarbonetos. Mas nossa península literalmente "se banha" no maior reservatório de água de gases naturais do mundo, que é o Mar Negro.
As camadas profundas - abaixo de 150 m, consistem em compostos contendo hidrogênio, cuja parte principal é o sulfeto de hidrogênio. De acordo com estimativas aproximadas, o conteúdo total de sulfeto de hidrogênio no Mar Negro pode chegar a 4,6 bilhões de toneladas, que, por sua vez, serve como uma fonte potencial de 270 milhões de toneladas de hidrogênio!
Vários métodos de decomposição de sulfeto de hidrogênio para obter hidrogênio e enxofre (H2S H2 + S - Q) foram patenteados, incluindo o contato de um gás contendo sulfeto de hidrogênio através de uma camada de material sólido capaz de decompor com a liberação de hidrogênio e a formação de compostos contendo enxofre na superfície do material, a uma pressão de 15 atmosferas e uma temperatura de 400oС.
O mais promissor é o desenvolvimento de filtros de membrana hidrofóbica especiais que separam o hidrogênio de outros gases em profundidade. Afinal, as menores moléculas infiltram-se facilmente nos metais e até mesmo em colônias de bactérias que se alimentam de hidrogênio vivo!
Vamos sonhar … Vamos imaginar que daqui a dez anos em um dos cabos da costa sul da Crimeia, onde o fundo do mar cai drasticamente a profundidades de mais de 200 metros, uma pequena estação será construída. Mangas de canos se estenderão até ele do mar, em cujas extremidades haverá separadores de sulfeto de hidrogênio. Após a purificação, o hidrogênio será fornecido à rede de postos de transporte automotivo e à termelétrica de cogeração. Uma fazenda será localizada perto da fábrica, onde microorganismos anaeróbios serão cultivados em uma atmosfera de hidrogênio, cuja mitose ocorre uma ordem de magnitude mais rápida do que suas contrapartes normais. Sua biomassa será usada para produzir ração para gado e fertilizantes.
O mundo está entrando inexoravelmente na era do hidrogênio
O conselheiro do presidente da Federação Russa, Acadêmico da Academia Russa de Ciências, Sergei Glazyev, enfatizou: “Cada um dos ciclos econômicos de Kondratyev é caracterizado por seu próprio portador de energia: primeiro lenha (carbono orgânico), carvão (carbono), depois óleo e óleo combustível (hidrocarbonetos pesados), depois gasolina e querosene (hidrocarbonetos médios), agora gás (hidrocarbonetos leves) e hidrogênio puro devem se tornar o principal transportador de energia do próximo ciclo econômico!"
As aplicações do hidrogênio são vastas, multifacetadas, energeticamente benéficas, ambientalmente corretas e muito promissoras. Nossos filhos já dirigirão carros de produção movidos a hidrogênio, usarão microprocessadores de diamante feitos com tecnologia de hidrogênio, o hidrogênio metálico revolucionará a astronáutica e o desenvolvimento dos reatores de Rossi - na engenharia de energia!
O reconhecimento da teoria do inicialmente hidreto da Terra (V. N. Larin) levará à descoberta de depósitos fósseis de H2, o que reduzirá bastante o custo de sua obtenção. E apesar da resistência dos lobistas do petróleo "sufocando" a Terra com emissões nocivas, estamos inevitavelmente entrando na era do hidrogênio!
Autor: Igor Dabakhov
