Кто не знает, что вода состоит из кислорода и водорода? Но иногда требуется получить «чистый» водород. Для этого воду подвергают электролизу. Однако эта операция требует колоссальных затрат электроэнергии, вырабатываемой из возобновляемых источников, что делает производство водорода весьма дорогостоящим занятием. Недавно сотрудники Кемеровского федерального исследовательского центра угля и углехимии СО РАН (ФИЦ УУХ СО РАН) придумали альтернативный способ получения водорода, связанный с использованием лазеров. Подробности опубликованы в журнале Hydrogen Energy.
При стандартной температуре и давлении водород представляет собой бесцветный газ, не имеющий запаха и вкуса, его формула – H2. По большей части на Земле он присутствует в молекулярных соединениях, в том числе в воде или органических веществах.
Первичная атмосфера Земли сформировалась в ходе дегазации недр и состояла из водяных паров, углекислоты, метана, аммиака, сероводорода и других водородных соединений.
Для чего нужен водород в наши дни? Разработка альтернативных, прежде всего экологичных, технологий для получения энергии – задача сверхактуальная. Тем более в условиях повышения цен на привычные энергоносители – уголь, нефть и их производные. Уже существует масса изобретений в области транспорта на альтернативных двигателях. Сегодня у человечества есть генераторы, вырабатывающие электричество из ветра, воды и солнечного излучения, водородные двигатели, не производящие вредных выбросов в атмосферу. Проводятся эксперименты по переработке в энергию бытовых отходов.
Водородные двигатели появились довольно давно, и их вполне можно отнести к категории «хорошо забытое старое». В 1806 году французский изобретатель Франсуа Исаак де Риваз разработал первый двигатель внутреннего сгорания на водороде, который он получал при помощи электролиза воды. В 1941 году в блокадном Ленинграде вместо дефицитного бензина решили использовать для работы заградительных аэростатов воздушно-водородную смесь. Также в осажденном городе на водород перешли около 600 автомобилей.
В наши дни производством автомобилей на водородном топливе занимаются многие зарубежные компании – Toyota, Honda, Hyundai, Daimler, Audi, BMW, Ford, Nissan и др. В 2017 году в Германии начал курсировать первый водородный поезд Coradia iLint производства компании Alstom.
Возьмем корейский Hyundai City Car, детище дизайнера Николаса Стоуна. Кузов автомобиля состоит из фотоэлементов, улавливающих солнечную энергию, которая и питает батареи. Также машина оснащена специальным резервуаром, наполненным водой, которая под воздействием электричества разлагается на кислород и водород. Накопившийся водород можно при необходимости использовать опять же для получения электричества, идущего на питание автомобиля. А кислород «вылетает» в выхлопную трубу и им можно дышать…
Конструктор Томас Ларсен Ред предложил идею авто, способного перемещаться одновременно по земле и по воздуху. Трехколесный автомобиль, по задумке изобретателя, станет также работать на водороде. Корпус его будет выполнен из углеродных нанотрубок, что сделает машину устойчивой и сведет к минимуму вероятность повреждений.
В 2021 году Уральский межрегиональный научно-образовательный центр «Передовые производственные технологии и материалы» (УМНОЦ) начал работу над созданием водородного двигателя.
В России первые двигатели, работающие на водороде, разрабатывались в 80‑х годах прошлого века в конструкторском бюро Н.Кузнецова (Самара). Они предназначались для пассажирских самолетов Туполева и успели пройти стендовые испытания в составе борта Ту-155. Но распад СССР не дал довести работы до конца. Так что проект УМНОЦ является довольно новаторским и уж точно перспективным.
Что такое электролиз? Это пропускание тока через электроды. Чтобы получить нужный объем водорода, необходимо постоянно подключаться к источникам электроэнергии. Ведь она не берется ниоткуда. Чтобы у вас заработали лампа или электроприбор, следует использовать розетку. Некоторые устройства работают на батареях или аккумуляторах, но заряд действует весьма ограниченное количество времени. А электричество в любом случае стоит денег, платите ли вы за батарейки или за ток из розетки.
Российские ученые придумали, как удешевить процедуру извлечения из воды водорода. Но электричество тут ни при чем. Речь идет о воздействии на воду лазерного излучения. Под его влиянием в воде создается суспензия, состоящая из наночастиц алюминия. Поскольку лазерный луч воздействует только на поверхность этих частиц, удаляя с них оксидный слой, вода вступает в реакцию с алюминием, и в итоге образуется «чистый» водород. Исследователи уверяют, что при таком способе получения водорода энергоэффективность повышается в два и более раза без увеличения стоимости. Если данная информация подтвердится, это значительно удешевит производство и выпуск продукции, где «участвует» водород.
Ида ШАХОВСКАЯ
Читайте материал в сетевом издании «Учительская газета».