La mezcla de hidrógeno y oxígeno, como la de mayor capacidad energética, fue propuesta para ser utilizada en motores por K. E. Tsiolkovsky en 1903. El hidrógeno ya se usa como combustible: para automóviles (de uno y medio a Toyota Mirai), aviones a reacción (de Heinkel a Tu-155), torpedos (de GT 1200A a Shkval), cohetes (de Saturno a Burana ). Se abren nuevos aspectos con la producción de hidrógeno metálico y la aplicación práctica del reactor Rossi. En un futuro próximo, el desarrollo de tecnologías para obtener hidrógeno barato del sulfuro de hidrógeno del Mar Negro y directamente de las fuentes de desgasificación de la Tierra. A pesar de la oposición del lobby petrolero, ¡estamos entrando inexorablemente en la era del hidrógeno!
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Los pros y contras del combustible de hidrógeno
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El combustible de hidrógeno tiene varias características:
- La transferencia de calor del hidrógeno es un 250% mayor que la de una mezcla de aire y combustible.
- Después de la combustión de la mezcla de hidrógeno, solo se genera vapor en la salida.
- La reacción de ignición es más rápida que con otros combustibles.
- Gracias a la estabilidad de detonación, es posible aumentar la relación de compresión.
- El almacenamiento de dicho combustible tiene lugar en forma líquida o comprimida. En caso de avería del tanque, el hidrógeno se vaporiza.
- El nivel más bajo de la proporción de gas que reacciona con el oxígeno es del 4%. Gracias a esta característica, es posible ajustar los modos de funcionamiento del motor dosificando la consistencia.
- La eficiencia de un motor de hidrógeno alcanza el 90 por ciento. En comparación, un motor diesel tiene una eficiencia del 50% y un motor de combustión interna convencional, 35%.
- El hidrógeno es un gas volátil, por lo que entra en los huecos y cavidades más pequeños. Por esta razón, pocos metales pueden resistir sus efectos destructivos.
- Hay menos ruido cuando el motor está en marcha.
¡El primer motor de hidrógeno comenzó a funcionar en la URSS en 1941
Se sorprenderá, ¡pero el primer motor de un "camión" ordinario comenzó a funcionar con hidrógeno en la sitiada Leningrado en septiembre de 1941! Al joven técnico-teniente subalterno Boris Shchelishch, que estaba a cargo de la subida del globo de bombardeo, se le ordenó, a falta de gasolina y electricidad, establecer el trabajo de los malacates. Como los globos estaban llenos de hidrógeno, tuvo la idea de usarlo como combustible.
Video promocional:
Durante experimentos peligrosos, dos globos se quemaron, un tanque de gasolina explotó y el propio Boris Isaakovich recibió una descarga. Después de eso, para el funcionamiento seguro de la mezcla "explosiva" de aire e hidrógeno, inventó un sello de agua especial, que excluía la ignición en caso de un destello en el tubo de admisión del motor. Cuando todo salió bien, llegaron los líderes militares, se aseguraron de que el sistema funcionara correctamente y ordenaron transferir todos los cabrestantes aerostáticos a un nuevo tipo de combustible en 10 días. En vista de los recursos y el tiempo limitados, Shchelishch usó inteligentemente extintores de incendios fuera de servicio para hacer un sello de agua. ¡Y el problema de levantar globos de barrera se resolvió con éxito!
Boris Isaakovich recibió la Orden de la "Estrella Roja" y fue enviado a Moscú, su experiencia se utilizó en las unidades de defensa aérea de la capital: se transfirieron 300 motores a "hidrógeno sucio", se emitió el certificado de inventor No. 64209 para la invención. De esta forma, se aseguró la prioridad de la URSS en el desarrollo del sector energético del futuro. En 1942, se mostró un automóvil inusual en una exhibición de equipos adaptados a las condiciones del bloqueo. Al mismo tiempo, su motor trabajó 200 horas sin detenerse en un espacio cerrado. Los gases de escape, vapor ordinario, no contaminaron el aire.
En 1979, bajo la supervisión científica de E. V. Shatrov. el equipo creativo de trabajadores de NAMI, formado por V. M. Kuznetsov Ramenskiy A. Yu., Kozlova Yu. A. se desarrolló y probó un prototipo del minibús de la RAF, que funciona con hidrógeno y gasolina.
Pruebas RAF 22031 (1979).
Vehículos submarinos de peróxido de hidrógeno
En 1938-1942, en los astilleros de Kiel, bajo la dirección del ingeniero Walter, se construyó un barco experimental U-80 que funcionaba con peróxido de hidrógeno. En las pruebas, el barco mostró una velocidad submarina total de 28,1 nudos. El vapor de agua y oxígeno obtenido como resultado de la descomposición del peróxido se utilizó como fluido de trabajo en la turbina, luego de lo cual se eliminaron por la borda.
La figura muestra convencionalmente el dispositivo de un submarino con un motor de peróxido de hidrógeno.
En total, los alemanes lograron construir 11 barcos de la Universidad Técnica Estatal de Perm.
Después de la derrota de la Alemania de Hitler en Inglaterra, Estados Unidos, Suecia y la URSS, se trabajó para llevar el plan de Walter a la práctica. En la oficina de diseño de Antipin se construyó un submarino soviético (proyecto 617) con un motor Walter.
El famoso COHETE VA-111 SUBMARINO TORPEDA "SHKVAL". Sí.
Mientras tanto, los éxitos de la industria de la energía nuclear hicieron posible resolver mejor el problema de los potentes motores submarinos. Y estas ideas se aplicaron con éxito en motores de torpedos. Walter HWK 573. (motor submarino del primer misil aire-tierra antibuque guiado GT 1200A del mundo que golpeó un barco por debajo de la línea de flotación). El torpedo planeador (UAB) GT 1200A tenía una velocidad bajo el agua de 230 km / h, siendo el prototipo del torpedo de alta velocidad "Shkval" de la URSS. El torpedo DBT entró en servicio en diciembre de 1957, operó con peróxido de hidrógeno y desarrolló una velocidad de 45 nudos con un rango de crucero de hasta 18 km.
El generador de gas a través del cabezal de cavitación crea una burbuja de aire alrededor del cuerpo del objeto (burbuja de vapor-gas) y, debido a la caída de la resistencia hidrodinámica (resistencia al agua) y al uso de motores a reacción, se logra la velocidad de movimiento bajo el agua requerida (100 m / s), que es varias veces mayor que la velocidad del torpedo convencional más rápido. Para el trabajo, se utiliza un combustible hidroreactivo (los metales alcalinos, al interactuar con el agua, liberan hidrógeno).
¡El Tu-155 de hidrógeno ha establecido 14 récords mundiales
Durante la Segunda Guerra Mundial, la empresa "Heinkel" creó toda una línea de aviones a reacción bajo el motor Walter Walter HWK-109-509 con un empuje de 2000 kgf., Trabajando con peróxido de hidrógeno.
Rusia tuvo bastante éxito, pero, desafortunadamente, no se convirtió en una experiencia en serie de creación de aviones "ecológicos" ya a fines de los años 80 del siglo pasado. Al mundo se le presentó el Tu-155 (modelo experimental Tu-154), que funciona con hidrógeno licuado y luego con gas natural licuado. El 15 de abril de 1988, el avión fue llevado por primera vez al cielo. Estableció 14 récords mundiales y completó alrededor de cien vuelos. Sin embargo, luego el proyecto fue "a la venta".
A finales de la década de 1990, por orden de Gazprom, el Tu-156 se construyó con motores de gas licuado y queroseno de aviación tradicional. Este avión sufrió la misma suerte que el Tu-155. ¿Te imaginas lo difícil que es incluso para Gazprom luchar contra el lobby petrolero?
Coches de hidrógeno
Los coches propulsados por hidrógeno se dividen en varios grupos:
- Vehículos propulsados por hidrógeno puro o mezclas de aire / combustible. La peculiaridad de estos motores es un escape limpio y un aumento de la eficiencia de hasta un 90%.
- Carros híbridos. Tienen un motor económico capaz de funcionar con hidrógeno puro o una mezcla de gasolina. Dichos vehículos cumplen con la norma Euro-4.
- Automóviles con motor eléctrico incorporado que alimenta la celda de hidrógeno a bordo del vehículo.
La característica principal de los vehículos de hidrógeno es la forma en que el combustible se introduce en la cámara de combustión y se enciende.
Los siguientes modelos de vehículos de hidrógeno ya se están produciendo en serie:
- Ford Focus FCV;
- Hidrógeno Mazda RX-8;
- Mercedes-Benz Clase A;
- Honda FCX;
- Toyota Mirai;
- Autobuses MAN Lion City Bus y Ford E-450;
- Vehículo híbrido de dos combustibles BMW Hydrogen 7.
Coche de hidrógeno de serie Toyota * Mirai *.
Este automóvil puede acelerar a 179 km / h, y el automóvil acelera a 100 km / h en 9,6 segundos y, lo más importante, es capaz de conducir 482 km sin reabastecimiento adicional de combustible.
La preocupación de BMW presentó su versión del automóvil Hydrogen. El nuevo modelo ha sido probado por reconocidas personalidades culturales, empresarios, políticos y otras personalidades populares. Las pruebas han demostrado que cambiar a un nuevo combustible no afecta la comodidad, la seguridad y la dinámica del vehículo. Si es necesario, los tipos de combustible se pueden cambiar de uno a otro. Velocidad de Hydrogen7: hasta 229 km / h.
Honda Clarity es un automóvil de la empresa Honda que sorprende con su reserva de energía. Tiene 589 km de longitud, que ningún otro vehículo de bajas emisiones puede presumir. Repostar combustible lleva de tres a cinco minutos.
La Home Energy Station III es una unidad compacta que incluye pilas de combustible, un cilindro de almacenamiento de hidrógeno y un reformador de gas natural que extrae H2 de una tubería de gas.
Este dispositivo convierte el metano de la red doméstica en hidrógeno. Y él - en electricidad para la casa. La potencia de las pilas de combustible en la Home Energy Station es de 5 kilovatios. Además, los cilindros de gas integrados sirven como una especie de almacenamiento de energía. La planta utiliza este hidrógeno en cargas máximas en la red doméstica. Genera 5 kW de electricidad y hasta 2 m3 de hidrógeno por hora.
Las desventajas de los vehículos de hidrógeno incluyen:
- el volumen de la central eléctrica cuando se utilizan pilas de combustible, lo que reduce la maniobrabilidad del vehículo;
- mientras que el alto costo de los propios elementos de hidrógeno debido a su constituyente paladio o platino;
- diseño de imperfección e incertidumbre en el material para la fabricación de tanques de combustible que no permiten el almacenamiento de hidrógeno durante mucho tiempo;
- falta de repostaje de hidrógeno, cuya infraestructura está muy poco desarrollada en todo el mundo.
Con la producción en serie, la mayoría de estas deficiencias tecnológicas y de diseño se superarán, y con el desarrollo de la producción de hidrógeno como mineral y una red de estaciones de servicio, su costo disminuirá significativamente.
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En 2016 apareció el primer tren impulsado por hidrógeno, creación de la empresa alemana Alstom. Está previsto que el nuevo Coranda iLint comience en la ruta de Buxtehude a Cuxhaven, Baja Sajonia.
En el futuro, está previsto reemplazar 4000 trenes diésel en Alemania por dichos trenes, que se mueven en tramos de carreteras sin electrificación.
La bicicleta de hidrógeno original fue lanzada en Francia. (Pragma francés). ¡Rellena solo 45 gramos de hidrógeno y listo! El consumo de combustible es de aproximadamente 1 gramo cada 3 kilómetros.
Hidrógeno en astronáutica
Como combustible en pareja con oxígeno líquido (LC), el hidrógeno líquido (LH) fue propuesto en 1903 por K. E. Tsiolkovsky. Es combustible, con el impulso específico más alto (para cualquier oxidante), lo que permite lanzar al espacio una masa mucho mayor de carga útil con una masa de lanzamiento igual del cohete. Sin embargo, hubo dificultades objetivas en el camino del uso de combustible de hidrógeno.
La primera es la complejidad de su licuefacción (la producción de 1 kg de LH cuesta entre 20 y 100 veces más que 1 kg de queroseno)
El segundo, parámetros físicos insatisfactorios, punto de ebullición extremadamente bajo (-243 ° C) y muy baja densidad (la LH es 14 veces más ligera que el agua), lo que afecta negativamente la capacidad de almacenamiento de este componente.
En 1959, la NASA emitió un pedido importante para el diseño de la unidad de oxígeno-hidrógeno Centaurus. Se utilizó como las etapas superiores de vehículos de lanzamiento como Atlas, Titán y el cohete pesado Saturno.
Debido a la densidad extremadamente baja del hidrógeno, las primeras etapas (más grandes) de los vehículos de lanzamiento utilizaron otros tipos de combustible (menos eficientes, pero más densos), como el queroseno, lo que permitió reducir el tamaño a aceptables. Un ejemplo de tal "táctica" es el cohete Saturno-5, en la primera etapa del cual se usaron componentes de oxígeno / queroseno, y en la segunda y tercera etapas, los motores de oxígeno-hidrógeno J-2, con un empuje de 92104 toneladas cada uno.
Como ejemplo, citaré el video del lanzamiento de Apollo 11:
En el 4º minuto de la grabación, se separa la 1ª etapa y se crea la ilusión de que los motores de la segunda etapa no funcionan, esto dio lugar a muchos rumores sobre el vuelo irreal a la Luna. De hecho, la combustión del hidrógeno en la atmósfera superior es "incolora", la llama se vuelve perceptible cuando un objeto o trozos de pintura la golpean.
En el sistema "Space Shuttle", la segunda etapa también trabajó con un par de oxígeno / hidrógeno.
En la era del rápido desarrollo de la astronáutica en nuestro país, los motores de cohetes de propulsión líquida con combustible de hidrógeno también fueron ampliamente utilizados.
Hidrógeno metálico
El 5 de octubre de 2016 se obtuvo hidrógeno metálico en el laboratorio de física de la Universidad de Harvard. Esto requirió una presión de 495 gigapascales. Si se resuelve el problema de estabilidad y enfriamiento de la cámara de combustión (6000 K), el hidrógeno metálico se convertirá en el combustible para cohetes más prometedor.
Los científicos creen que el hidrógeno metálico proporcionará un pulso de 1000-1700 segundos en los motores. (En los motores de cohetes modernos, hasta ahora se ha alcanzado un impulso de 460 segundos). Además, se necesitarán tanques pequeños para almacenar hidrógeno metálico, lo que permitirá fabricar cohetes de una sola etapa para lanzar una carga útil al espacio, ¡esto abrirá una nueva era de exploración espacial!
Conseguir diamantes
El hidrógeno ha encontrado otra aplicación notable en la producción de diamantes. La evolución de un fluido de hidrógeno-metano con una disminución de la presión se expresa en la autooxidación (combustión profunda) de hidrógeno y metano en el sistema C-H-O con la formación de diamantes, agua y CO. Una clara confirmación de este proceso es la producción bien establecida de diamantes de calidad gema con un peso de hasta 4 quilates y recubrimientos de película del sistema de fluidos C-H-O (cuyos semiconductores representan el futuro de la microelectrónica). Vea el artículo Diamond Carbonado, el semiconductor más valioso del futuro.
Reactor térmico Rossi
El inventor italiano Andrea Rossi, con el apoyo del físico consultor científico Sergio Fokardi, realizó un experimento:
¿Cuántos gramos de níquel (Ni) se añadieron a un tubo sellado, hidruro de litio y aluminio al 10%, se añadió catalizador y se llenó la cápsula con hidrógeno (H2). Después de calentar a una temperatura de aproximadamente 1100-1300 ° C, paradójicamente, el tubo permaneció caliente durante todo un mes, ¡y la energía térmica liberada fue varias veces mayor que la gastada en calentar!
En un seminario en la Universidad de la Amistad de los Pueblos de Rusia (RUDN) en diciembre de 2014, se informó sobre la exitosa repetición de este proceso en Rusia:
Por analogía, se hace un tubo con combustible:
Conclusiones del experimento: la liberación de energía es 2,58 veces mayor que la energía eléctrica consumida.
En la Unión Soviética, el trabajo en CNS se llevó a cabo desde 1960 en algunas oficinas de diseño e institutos de investigación por orden del estado, pero con la financiación de la "reestructuración" detenida. Hasta la fecha, investigadores independientes, entusiastas, están llevando a cabo experimentos con éxito. La financiación se realiza a expensas de los colectivos de ciudadanos rusos. Uno de los grupos de entusiastas, bajo el liderazgo de NV Samsonenko, trabaja en la construcción del "Cuerpo de Ingeniería" de la Universidad RUDN.
Realizaron una serie de pruebas de calibración con calentadores eléctricos y un reactor sin combustible. En este caso, como se esperaba, la potencia calorífica liberada es igual a la potencia eléctrica suministrada.
El principal problema es la sinterización del polvo y el sobrecalentamiento local del reactor, por lo que la bobina de calentamiento se quema e incluso el propio reactor puede quemarse por completo.
Pero A. G. Parkhomov, logró hacer un reactor a largo plazo. Potencia calefactora 300 W, eficiencia = 300%.
¡La reacción de fusión 28Ni + 1H (ion) = 29Cu + Q calienta la Tierra desde el interior
El núcleo interno de la Tierra contiene níquel e hidrógeno, a una temperatura de 5000K y una presión de 1.36 Mbar, por lo tanto, existen todas las condiciones para la reacción de fusión en el interior de la Tierra, ¡reproducida experimentalmente en el reactor Rossi! Como resultado de esta reacción, se obtiene cobre, cuyos compuestos se encuentran en las zonas de "fumadores negros" de la expansión de la Tierra (dorsales oceánicas) en una corriente rica en hidrógeno.
Hidrógeno oscuro
En 2016, científicos de Estados Unidos y Gran Bretaña, después de haber creado una presión de 1,5 millones de atmósferas y una temperatura de varios miles de grados durante la compresión instantánea, pudieron obtener el tercer estado intermedio del hidrógeno, en el que simultáneamente tiene las propiedades de gas y metal. Se le llama "hidrógeno oscuro" porque en este estado no transmite luz visible, a diferencia de la radiación infrarroja. El "hidrógeno oscuro", a diferencia del metálico, encaja perfectamente en el modelo de estructura de los planetas gigantes. Él explica por qué su atmósfera superior es significativamente más cálida de lo que debería ser, transfiriendo energía desde el núcleo, y debido a que tiene una conductividad eléctrica significativa, juega el mismo papel que el núcleo externo de la Tierra, ¡formando el campo magnético del planeta!
Generación de hidrógeno de las profundidades del Mar Negro
Dios dotó a la tierra de Crimea no solo con la naturaleza más hermosa y variada, sino también con suficientes reservas de varios minerales, incluidos los hidrocarburos. Pero nuestra península literalmente "se baña" en el mayor almacenamiento de agua de gases naturales del mundo, que es el Mar Negro.
Las capas profundas, por debajo de 150 m, consisten en compuestos que contienen hidrógeno, la mayor parte de los cuales es sulfuro de hidrógeno. Según estimaciones aproximadas, el contenido total de sulfuro de hidrógeno en el Mar Negro puede alcanzar los 4.600 millones de toneladas, lo que, a su vez, ¡sirve como una fuente potencial de 270 millones de toneladas de hidrógeno!
Se han patentado varios métodos de descomposición de sulfuro de hidrógeno para producir hidrógeno y azufre (H2S H2 + S - Q), incluido el contacto de gas que contiene sulfuro de hidrógeno a través de una capa de material sólido capaz de descomponerlo con la liberación de hidrógeno y la formación de compuestos que contienen azufre en la superficie del material, a una presión de 15 atmósferas y una temperatura de 400oС.
El más prometedor es el desarrollo de filtros especiales de membrana hidrófoba que separan el hidrógeno de otros gases en profundidad. Después de todo, las moléculas más pequeñas se filtran fácilmente a través de los metales e incluso en las masas de granito viven colonias de bacterias que se alimentan de hidrógeno.
Soñemos … Imaginemos que en diez años en uno de los cabos de la costa sur de Crimea, donde el fondo marino desciende bruscamente a profundidades de más de 200 metros, se construirá una pequeña estación. Las mangas de las tuberías se extenderán hasta él desde el mar, en cuyos extremos habrá separadores de sulfuro de hidrógeno. Tras la depuración, el hidrógeno se suministrará a la red de estaciones de servicio de autotransporte y a la central térmica de cogeneración. Se ubicará una granja cerca de la planta, donde se cultivarán microorganismos anaeróbicos en una atmósfera de hidrógeno, cuya mitosis ocurre un orden de magnitud más rápido que sus contrapartes habituales. Su biomasa se utilizará para producir piensos y fertilizantes para el ganado.
¡El mundo está entrando inexorablemente en la era del hidrógeno
Sergei Glazyev, académico de la Academia de Ciencias de Rusia, asesor del presidente de la Federación de Rusia enfatizó: “Cada uno de los ciclos económicos de Kondratyev se caracteriza por su propio portador de energía: primero, leña (carbono orgánico), carbón (carbono), luego petróleo y fuel oil (hidrocarburos pesados), luego gasolina y queroseno (hidrocarburos medianos), ahora el gas (hidrocarburos ligeros) y el hidrógeno puro deberían convertirse en el principal portador de energía del próximo ciclo económico.
Las aplicaciones del hidrógeno son amplias, multifacéticas, energéticamente beneficiosas, ecológicas y muy prometedoras. Nuestros niños ya conducirán automóviles de producción propulsados por hidrógeno, usarán microprocesadores de diamante fabricados con tecnología de hidrógeno, el hidrógeno metálico revolucionará la astronáutica y el desarrollo de los reactores de Rossi, ¡en ingeniería energética!
El reconocimiento de la teoría de la Tierra inicialmente hidrida (V. N. Larin) conducirá al descubrimiento de depósitos fósiles de H2, lo que reducirá en gran medida el costo de su obtención. Y a pesar de la resistencia de los grupos de presión petroleros que "sofocan" la Tierra con emisiones nocivas, ¡estamos entrando inevitablemente en la era del hidrógeno!
Autor: Igor Dabakhov
