Чудове паливо майбутнього

Реферат по химии.

Учня 9 «А» класу середньої школи № 117 р. М. Новгород.

Учитель Пономарьова М.Ю.

1998 г.

ПЛАН.

1. Проблеми отримання энергии.

2. Фотон замість бензина.

3. Використання водородно-кислотного элемента.

4. Ядерні процессы.

5. Водневі двигатели.

6. Використання традиційного палива на новому качестве.

Зараз людство насувається енергетична кризи, і що офіційна наука з сумом повідомляє, що немає альтернативи традиційним джерелам енергії - вугілля, нафту, газ.

Величезну частина енергії дають нам АЕС і ГЕС. Але наразі АЕС. Там використовується енергія, получающаяся внаслідок розщеплення атомного ядра. Але минулого року Володимир Машков у своїх дослідженнях запропонував розщеплювати не важкі атоми, а найлегші елементарні частицы.

Електрони і протони будуть перетворюватися на носії світла — фотони. При цьому утворюється ніяких осколків розподілу; замість радіоактивних відходів ми матимемо енергію в чистому вигляді. На землі настане екологічний рай…

Найнаочніший приклад перетворення елементарних частинок в фотони з виділенням енергії - це гарна блискавка. Вона може існувати кілька хвилин, тому що має генератор. Без нього — гарна блискавка відразу б розпалася. Але вона становить собою якийсь плазмовий комплекс, в якому електричні і магнітні поля формують взаимопереходящие один у друга які тікають і стоячі хвилі. У результаті частину вільних електронів всередині обсягу кульової блискавки розкладається в енергію фотонів під впливом електричних полей.

Фотонна енергетика відкриває перед людством грандіозні перспективи. Отже, вугілля, нафта та природний газ перестануть використовувати як паливо. На всіх машинах встановлять джерела фотонної енергії, пальним котрим стане атмосфера чи шматок будь-якого вещества.

Ось на таку ідею запропонував відомий дослідник фізичних полів і будівлі мікросвіту, заступник головного інженера Таганрозького авіаційного заводу Володимир Машков.

Але спочатку цих проектів не доступні і використовуватимуться лише у майбутньому, ну, а сьогодні вже ніхто іншого сумнівів, що на порозі ери нового топлива.

Поки що ж розробляють нові проекти джерел енергії. Наприклад, водородно-кислотная система, извлекающая енергію із води шляхом электролиза.

Проведемо нескладний досвід. У закритий посудину з розведеним розчином сірчаної кислоти занурені два платинових електрода. Одне з них обтекается воднем, інший — киснем. Гази поступають із вміщених під електродами трубок, які від'єднані одне від друга полунепроницаемой діафрагмою. Вона перешкоджає прямому взаємодії палива, тобто водню з киснем. На аноді (позитивному полюсі) молекули водню (Н2) завдяки каталитическому дії поверхні платини диссоциируют на два атома (2Н), які переходить до розчин в вигляді іонів М+, залишаючи свої електрони на платиновому аноді. Водневі іони легко проходять через полунепроницаемую діафрагму до іншої половину судини, на катоді (негативний полюс) кисень сполучається з атомами водню чи з водневими іонами і електронами, створюючи воду. Якщо з'єднати обидва полюси паливного елемента, то вільні електрони рушать у ній від катода до аноду — у подальшому ланцюгу потече електричний струм. _________________________________________________________.

ПОТРЕБИТЕЛЬ.

АНОД + - КАТОД.

ЭЛЕКТРОЛИТ.

Н.

ДИАФРАГМА.

Н2 О2.

Физики змогли встановити можливість ядерних реакцій між легкими атомами, зокрема можливість реакцій між атомами дейтерію (ізотоп водорода).

2 D + 2 D = 1 H + 3 T.

У результаті виходить атоми тритію і протия — ізотопи водню. До невисокого ентузіазму незастосовуваний закон збереження маси, як його представляла стара хімія — внаслідок реакції виходить недостача: 2×2.14 102−1.7 825−3.16 049=0.433Г Это чимала недостача, вона означає, якби вдалося віднайти умови, при яких може протікати реакція між двома молями важкого водню, то відповідно до рівнянню Ейнштейна E= mc2 можна було б мати энергию:

0.00433x (3×1010)2Дж=3.9×1011Дж Это чимала енергія. Нині, щоб отримати таку енергію, доводиться спалювати в топках котлів не багато, ні 13,5 т першосортного вугілля. Водночас у відповідність до рівнянням ядерної реакції таку енергію можна отримати при витраті лише 120, 6 кг. Що ж перешкоджає отримувати енергію із води? Щоб атоми могли розпочати ядерну реакцію, їх ядра повинні зіштовхнуться, тобто зблизиться до відстані, починаючи від якого межъядерные сили вже можуть подолати електричне відштовхування — приблизно 10−14м.

Але ядра атомів захищені своїми електронними оболонками. Це оболонки простираються на відстані кілька десятків тисяч разів більше. А найголовніше — ядра заряджені і відштовхуються друг від одну немов і всі однойменно заряджені тіла. З закону Кулона слід, що потенційна енергія (в джоулі) двох ядер, на відстань 10−14м, мусить бути равна:

Z1xZ2x (1.6×10−19)2x9x109.

10−14.

якщо розрив між собою зіштовхуються елементи з атомними номерами Z1 і Z2. Можна і швидкість, з якою повинні зіштовхнутися атоми, щоб могла розпочатися ядерна реакция:

Z1xZ2.

[pic] V = 5.3×108x.

[pic] A.

[pic] У дейтерію атомний номер Z=1. Маса ізотопу, А = 2, отже, швидкість атомів мусить бути: V = 3,8×106 м/с чи 3800 км/с, що у 475 раз більше 1-ой космічної швидкості. При звичайній температурі фізикам відома середня швидкість теплового руху в атомів дейтерію, вона дорівнює лише 1,9 м /з. При кімнатної температурі, рівної приблизно 239 До, кінетична енергія молекул зростає пропорційно термодинамической температурі, чи, що таке саме, пропорційно квадрату швидкості. Отже, щоб середня швидкість молекул дейтерію була достатньої для реакції між ядрами, потрібно нагріти важкий водень до температуры:

Т = 293 x До = 1,2×109 К.

1,92 Отже, мати і реагувати між собою може бути лише ядра дейтерію «нагріті» до температури понад мільярд Кельвинов. У цьому те й полягає доволі серйозне складне становище для істинних героїв науки — фізиків. Дуже приваблива своєї дешевизною виявилася ідея двигуна внутрішнього згоряння, котрий використовує як паливо водень. Такий мотор, споживаючи водень й повітря, викидає як продукт горіння воду. Американські дослідники Університету штату Оклахома пристосували для водню класичний бензиновий автомобільний двигун. Виявилося, що з прямою упорскуванні водню в циліндри — як і дизельних двигунах — відпадає потреба в опережении запалювання. Як показав аналіз вихлопних газів, окисли сірки і вуглецю узагалі відсутні, а окисли азоту міститься лише незначних кількостях. Проте широкому застосуванню водню як автомобільного палива перешкоджає чимало проблем, та важка їх — паливні баки. На 10 кг водню автомобіль може проїхати стільки ж, скільки на 30 кг бензину, але стільки газоподібного водню займе місця 8000 л, а щоб зберігати його потрібно міцний резервуар масою 1500 кг. Це наштовхнуло конструкторів на думку використовувати скраплений водень; тоді самі 10 кг водню вкладаються у балоні масою 80 кг і ємністю 160 л. Та й щоб мати водень в скрапленому стані, потрібно підтримувати в балоні температуру -2530С. Застосовувати судини Дьюара було надто дорого. Можливо, конструкторам вдасться використовувати якісь варіанти широко застосовуваних час резервуарів для зберігання рідкого палива, які мають добові втрати на випаровування становить 1,5%. Так було в експериментальному автомобілі «Волга» змонтовано кріогенний водневий бак загальної масою 140 кг. Фахівці знайшли інше рішення: бак можна зліпити з гідридів металів сплавів магнію, марганцю, титану, а заліза, які мають те перевагою, що поглинають частина яка випаровується водню, а при нагріванні (хоча б вихлопними газами) знову виділяють його. Маса водневого бака з гідридів металів перевищує 150 кг. Нове паливо вже випробувано практично. З успіхом йшов випробування автомобіль «Жигулі» з комбінованим двигуном на бензині і водні. К.П.Д. двигуна підвищився на чверть, витрата бензину зменшився на третину, а зміст шкідливих речовин у вихлопних газах знизилося до мінімуму. Великі сподівання покладаються і електромобілі, забезпечені водородокислотними паливними системами. На думку багатьох фахівців, водневий двигун навряд чи знайде використання у легкових автомобілях, з міркувань безпеки, але може знадобитися громадському транспорту. Велике зацікавлення до водородному палива виявляється авіаконструктори. У ще 1957 г. дослідницька група Національного управління з аеронавтиці і дослідженню космічного простору проводила випробування двухмоторного літака на водневому паливі. У 1973 г. НАСА доручило фірмі «Локхід» пристосувати для водневого палива два серійних бойові літаки (С-141 і «Старфайтер»). Фірма «Боїнг» розробила варіант найбільшого літака «Джамбо-Джет» на водневому паливі. Є ще одну важливу з'єднання водню — це перекис водню, яка застосовується для двигунів підводних човнів, ракетних двигунів, у цьому однині і таких, які можуть опинитися поміститися в ранці позаду человека.

На що відбулася у Москві Міжнародній конференції зі моторному палива заступник директора науково-виробничої фірми «Фордигаз» Сергій Шипунів запевняв учасників конференції, що й встановити автомобілях їх паливні системи для двигунів внутрішнього згоряння, той зміст шкідливих речовин у вихлопних газах зменшиться у сотні разів. В усьому світі вважається великим досягненням, якщо вдасться зменшити сталася на кілька відсотків розмір цих отрут. Навіть якщо його перевести авто із рідкого на газове паливо, то шкідливих речовин у димі стане у 3−10 разів менша. А «Фордигаз» запевняє, що Мінздоров'я може понизити їхній вміст поки що не порядок для машин на газі і два порядку — на бензині. Це видається просто неймовірним. Проте «Фордигаз» переконався у тому на досвіді. Паливна систему було встановлено не так на автомобілі, але в двигуні для мобільного електростанції потужністю 4 кіловата. 14 людина проходили випробування, у кімнаті площею 20 кв. метрів. Вікна у ній було закрито, а вихлопна труба виходила просто у приміщення. І ось залили в бак бензин, включили двигун. Двигун працював на повну потужність виконував годинний моціон, але присутні не відчували особливих незручностей. Тільки стало спекотно, але повітря було цілком чистим. А газоаналізатор «Инфолит», зроблений Німеччини, показав нульовий зміст шкідливих речовин у вихлопних газах. Коли зняли паливну систему і двигун почав працювати у звичайному режимі, дим швидко наповнив кімнату. Через 4 хвилини присутні майже задихнулися. А диво пояснювалося просто. Паливна система забезпечувала ідеальне перемішування повітря з бензином, внаслідок він згоряв повністю — з вихлопної труби вилітали лише пари води та вуглекислий газ.

Спочатку рідке паливо перетворюється потоком повітря на аерозоль. Він зволожує спеціальну тканину, і з неї повітря зриває не крапельки, а окремі молекули бензину. Через війну рідке паливо перетворюється на газоподібне, й у такому ж стані вступає у спеціальний змішувач. Там до палива додають суворо певну порцію повітря і добре їх перемішують. Особливі устрою підтримують оптимальне співвідношення молекул кисню і вуглеводів протягом усього роботи двигуна — в результаті паливо згоряє без остатка.

Водії знають, що звичайний двигун дає 7−8% окису вуглецю в вихлопних газах, у разі (якщо вона добре відрегулювати) до 2%. Але випробування першого двигуна з паливної системою показали, що відсотковий вміст окису вуглецю становило 8 сотих часткою процента.

Це пристрій величиною трохи більше склянки. Повітря і відбуваються у ньому по вигнутим каналам, які хвацько закручують і перемішують цю суміш, роблячи максимально однорідної. І така хитра операція дає дивовижний эффект.

Витрата пального знизився 20%. Але головне — кількість токсичних викидів в атмосфери зменшилась у 3 раза.

Давно відомо, що задимлення атмосфери викликає парниковий ефект, внаслідок чого теплішає клімат, тануть льодовики, затопляется суша, задихаються люди. Найбільший внесок у ці руйнації вносить вуглекислий газ. Тому стала цілковитою несподіванкою ідея, яка у інституті горючих копалин: використовувати вуглекислий газ для боротьби з парниковим ефектом. Отримуючи газ з диму, і пропускаючи з водою з каталізатором, можна отримувати щось схоже нафти. У цьому виділиться багато кислорода.

Навпомацки, за кольором і запаху ця рідина нагадувала справжню нафту. Її творець академік АН Білорусі заслужений професор Ярослав Паушкин підтвердив подібність результатами її досліджень — спектрометрическим, рентгенографическими, хроматографифеским та інші методами.

Опромінюючи ультрафіолетом, розчин вуглекислого газу воді, вчені отримували небагато простих органічних речовин. А Паушкин в Інституті синтезував складні вуглеводні й у багато. Те є змоделював якийсь еквівалент біосинтезу, який іде штучних условиях.

Ідею цього експерименту підказали йому рослини. Кожен знає, під дією сонячних променів в рослинах із води і вуглекислого газу утворюються органічні речовини. Але як? Щоб з'єднати вуглець з воднем, потрібно отщепить ці елементи від молекул вихідних речовин. Люди роблять це шляхом розкладання води електроліз. Але рослини роблять це набагато тоньше.

Вчений взяв звичайну воду, розмішав у ній питну соду і металевий порошок, нагрів до 400С. Тут вода бурхливо закипіла і став сутеніти, перетворюючись на речовини, подібні нафти. Проте, це такий спосіб отримання органічних речовин, як і рослинах. У лабораторії змоделювали лише схожу установку. Але знадобилися майже таку ж процеси не можуть іти під землею, коли є нафту. Для дослідів використовували вуглекислоту — «сухий лід» чи питну соду — з'єднання вуглекислого газу. Але, на думку Паушкина, можна розробити установку, яка видобувати вуглекислий газ з диму промислових підприємств, і відразу насичувати їм воду з каталізаторами. У цьому треба видаляти «побічний продукт» нафтового виробництва — кисень, інакше піде зворотна реакція. Отакі проекти зараз розробляються, і сподіваюся, по них піде ще чимало проект, ще досконаліший, ніж теперішні. ———————————- 1.

Дж = 2.3×10−14xZ1xZ2Дж Н+ Н+.

e;

e;