Презентация Альтернативные Виды Топлива
Презентация на тему Альтернативные виды топлива к уроку по физике. Презентация: Альтернативные виды топлива, Урок: Физика, Класс: 10. Спиртовые Двигатели Генри Форд вплоть до 40-х годов прошлого века поддерживал двигатели. Описание слайда: Виды топлива 1. Природный газ представляет собой альтернативный вид.
Анкета на тему «Виды топлива». Какие виды топлива вы знаете? На каком топливе ездит ваш автомобиль? Считаете ли вы, что основным фактором загрязнения воздуха Москвы являются выхлопные газы автомобилей? Какие альтернативные источники топлива вы знаете? Как вы считаете, какой вид топлива будет лучшей альтернативой бензину?
Использовали бы вы альтернативные источники топлива? Как вы считаете, какой вид топлива является самым экологичным? Бензин 80 бензин 92 бензин 95 дизтопливо газ электричество. Газ электричество водород органика (спирт и др. В-ва) солнечная энергия. Слайд 13 из презентации «Альтернативные виды топлива». Размер архива с презентацией 1022 КБ.
Физика 10 класс краткое содержание других презентаций - Целеполагание. Актуализация знаний. Отец и сын съезжают с горы на лыжах. «Открытие» нового знания.
Движение тела по наклонной плоскости. Роль нагревательных приборов. Электрические нагревательные приборы. Лампы накаливания. Зеркальные лампы. Лампы накаливания иллюминационные. Лампы накаливания инфракрасные зеркальные.
Необходимое условие для роста животных. Принцип действия.
Инфракрасный свет. Лампы накаливания и электрические нагревательные приборы. Ядерная медицина. Крупнейшие АЭС России.
«Атом» мирный или военный. Радиоизотопная диагностика в медицине. Мирный «атом». Принцип получения ядерной энергии. Схема работы атомной электростанции.
Реактор МИФИ. Мирный атом на благо человечества. Атомный ледокол. Применение первого закона термодинамики к изопроцессам. Изобарный процесс. Различные изотермы. Изотермический процесс.
Газовые законы. Виды изопроцессов. Адиабатный процесс.
Изохорный процесс. Применение первого закона термодинамики. Применение вакуумных приборов.
Электрический ток в вакууме. Электрический ток в различных средах. Явление термоэлектронной эмиссии. Различные радиолампы.
Обратное включение. Вакуумный диод. Электронно – лучевая трубка – электровакуумный прибор. Вольт – амперная характеристика вакуумного диода (ВАХ). Электронные осциллографы. Вакуумный диод и триод. Вакуум – пространство, не содержащее каких – либо частиц.
Мохаммед аль-Барадеи. Нераспространение ядерного оружия. Широкий спектр услуг. Состав и организационная структура. Агентство по атомной энергии.
Сферы деятельности. Штаб-квартира МАГАТЭ. Дуайт Эйзенхауэр.
Атом для мира. Межправительственная организация. Контрольные функции. Создание МАГАТЭ. Всего в теме 89 презентаций.
Герои сериала «Гуппи и Пузырики» вместе с ней узнают много чего интересного, и благодаря этому, маленькие зрители тоже могут сделать большие открытия для себя. Именно поэтому, в каждой серии любой ребенок узнает что-то новое, способное помочь ему развиваться и познавать окружающий мир. Каждая новая серия – это урок, который будет посвящен отдельной теме. Далеко в подводном мире, в подводном классе, учатся маленькие русалочки, которые каждый день, от своей русалки учительницы узнают много чего интересного. Потом после пройденного урока, русалочки повторяют несколько раз то, что выучили, и начинают напевать веселые песенки. Гуппи и пузырьки мультик.
Чем больше в мире производится автомобилей, тем значительнее интерес к альтернативным бензину видам топлива, при сгорании которых выделяется меньше вредных веществ. Во многих странах все более популярным становится биологическое топливо, изготавливаемое из растительного сырья. В шести государствах ЕС, а также в США, Канаде, Бразилии, Малайзии такое биологическое топливо производят в промышленных масштабах, но все же его доля в топливном балансе не превышает 0,3%. В настоящее время двигатель внутреннего сгорания остаётся основной движущей силой автомобиля.
В связи с этим единственный путь решения энергетической проблемы автомобильного транспорта - это создание альтернативных видов топлива. Новое горючее должно удовлетворить очень многим требованиям: иметь необходимые сырьевые ресурсы, низкую стоимость, не ухудшать работу двигателя, как можно меньше выбрасывать вредных веществ, по возможности сочетаться со сложившейся системой снабжения топливом и др. Нефть сегодня - основной и наиболее востребованный энергоресурс. Однако ее запасы катастрофически заканчиваются, и уже понятно, что наступает закат нефтяной эры. Чем заправляться будем? Уже сейчас абсолютно ясно, что XXI век станет закатом нефтяной эры. Снижение темпов нефтедобычи в ряде стран, включая Россию, и снижение ее рентабельности наблюдается уже сегодня.
Повер Поинт Онлайн
Все это является первопричиной увеличения стоимости нефтепродуктов и, как следствие, накладывает определенные ограничения на развитие экономик отдельных стран и мировой экономики в целом. Данное обстоятельство, с учетом того, что 80% механической энергии, которую использует в своей деятельности человек, вырабатывается двигателями внутреннего сгорания, заставляет уже сегодня серьезно задуматься об альтернативном источнике энергии, не нефтяного происхождения. В последнее время большое количество зарубежных научно-исследовательских центров моторостроительных фирм проводят исследования, направленные на экономию топлива и замену традиционных жидких углеводородных топлив новыми видами. Рассмотрим каждый из наиболее распространенных видов альтернативного топлива более подробно.
Природный газ. Природный газ в большинстве стран является наиболее распространенным видом альтернативного моторного топлива.
Природный газ в качестве моторного топлива может применяться как в виде сжатого до давления 200 атмосфер, газа, так и в виде жидкого, охлажденного до -160°С газа. В настоящее время наиболее перспективным является применение жидкого газа (пропан-бутан). В Европе это топливо называется Liquefied petroleum gas. В Европе сегодня насчитывается около 2,8 млн машин, работающих на Liquefied petroleum gas. Газовый конденсат. Использование газовых конденсатов в качестве моторного топлива сведено к минимуму из-за следующих недостатков: вредное воздействие на центральную нервную систему, недопустимое искрообразование в процессе работы с топливом, снижение мощности двигателя (на 20%), повышение удельного расхода топлива.
Шахтный метан. В последнее время к числу альтернативных видов автомобильных топлив стали относить и шахтный метан, добываемый из угольных пород.
Так, к 1990 г. В США, Италии, Германии и Великобритании на шахтном метане работали свыше 90 тыс. В Великобритании, например, он широко используется в качестве моторного топлива для рейсовых автобусов в угольных регионах страны. Прогнозируется, что газовая добыча метана в угольных бассейнах мира уже в ближайшее время составит 96-135 миллиардов метров кубических. Синтетический бензин. Сырьем для его производства могут быть уголь, природный газ и другие вещества. Наиболее перспективным считается синтезирование бензина из природного газа.
Создать Презентацию В Powerpoint
Из 1 м 3 синтез-газа получают 120-180 г синтетического бензина. За рубежом, в отличие от России, производство синтетического моторного топлива из природного газа освоено в промышленном масштабе. Так, в Новой Зеландии на установке фирмы 'Мобил' из предварительно полученного метанола ежегодно синтезируется 570 тыс.
Т моторных топлив. Однако в настоящее время синтетические топлива из природного газа в 1,8-3,7 раза (в зависимости от технологии получения) дороже нефтяных.
В то же время разработки по получению синтетического бензина из угля достаточно активно ведутся в настоящее время в Англии. Среди альтернативных видов топлива в первую очередь следует отметить спирты, в частности метанол и этанол, которые можно применять не только как добавку к бензину, но и в чистом виде. Их главные достоинства - высокая детонационная стойкость и хороший КПД рабочего процесса, недостаток - пониженная тепловая способность, что уменьшает пробег между заправками и увеличивает расход топлива в 1,5-2 раза по сравнению с бензином.
Кроме того, затруднён запуск двигателя из-за плохого испарения метанола и этанола. Этанол (питьевой спирт), обладающий высокой энергетической ценностью, добывается из отходов древесины и сахарного тростника, обеспечивает двигателю высокий КПД и низкий уровень выбросов и особо популярен в теплых странах. Так, Бразилия после своего нефтяного кризиса 1973 г. Активно использует этанол - в стране более 7 млн автомобилей заправляются этанолом и еще 9 млн - его смесью с бензином. США является вторым мировым лидером по масштабному изготовлению этанола для нужд автотранспорта.
Этанол используется как 'чистое' топливо в 21 штате, а этанол-бензиновая смесь составляет 10% топливного рынка США и применяется более чем в 100 млн двигателей. Стоимость этанола в среднем гораздо выше себестоимости бензина. Всплеск интереса к его использованию в качестве моторного топлива за рубежом обусловлен налоговыми льготами. Использование спиртов в качестве автомобильного топлива требует незначительной переделки двигателя. Например, для работы на метаноле достаточно отрегулировать карбюратор, установить устройство для стабилизации запуска двигателя и заменить некоторые подверженные коррозии материалы более стойкими. Учитывая то, что чистый метанол ядовитый, необходимо предусмотреть тщательную герметизацию топливной системы автомобиля. Пары метанола более токсичны, чем пары бензина и вызывают сильные отравления при попадании в организм человека, слепоту и даже летальный исход.
А вот для работы на чистом спирте требуется увеличение вместимости топливного бака и степени сжатия до 12-14, чтобы полностью использовать детонационную стойкость топлива. Низкое давление насыщенных паров и высокая теплота испарения спирта делают практически невозможным запуск бензиновых двигателей уже при температуре окружающей среды ниже +10°С. Электрическая энергия. Заслуживает внимания применение электроэнергии в качестве энергоносителя для электромобилей.
Кардинально решается вопрос, связанный с токсичностью отработанных газов, появляется возможность использования нефти для получения химических веществ и соединений. К недостаткам электроэнергии как вида электроносителя можно отнести: ограниченный запас хода электромобиля, увеличенные эксплуатационные расходы, высокая первичная стоимость и высокая стоимость энергоемких аккумуляторных батарей. Топливные элементы.
Топливные элементы - это устройства, генерирующие электроэнергию непосредственно на борту транспортного средства. В процессе реакции водорода и кислорода образуются вода и электрический ток. В качестве топлива содержащего водород, как правило, используется либо сжатый водород, либо метанол. В этом направлении работает достаточно много зарубежных автомобильных фирм, и если им в итоге удастся приблизить стоимость автомобилей на топливных элементах к бензиновым, то это станет реальной альтернативой традиционным нефтяным топливам в странах, импортирующих нефть. В настоящее время стоимость зарубежного экспериментального легкового автомобиля с топливными элементами составляет порядка 1 млн долл.
Кроме того, к недостаткам применения топливных элементов следует отнести повышенную взрывоопасность водорода и необходимость выполнения специальных условий его хранения, а также высокую себестоимость получения водорода. Биодизельное топливо.
В последние годы в США, Канаде и странах ЕС возрос коммерческий интерес к биодизельному топливу, в особенности к технологии его производства из растительного масла. В США планируется на 20% заменить обычное дизельное топливо биодизельным и использовать его на морских судах, городских автобусах и грузовых автомобилях. Применение биодизельного топлива связано, в первую очередь, со значительным снижением эмиссии вредных веществ в отработанных газах (на 25-50%), улучшением экологической обстановки в регионах интенсивного использования дизелей - сера в биодизельном топливе составляет 0,02%. Он представляет собой смесь метана и углекислого газа и является продуктом метанового брожения органических веществ растительного и животного происхождения. Биогаз относится к топливам, получаемым из местного сырья.
Хотя потенциальных источников для его производства достаточно много, на практике круг их сужается вследствие географических, климатических, экономических и других факторов. Биогаз как альтернативный энергоноситель может служить высококалорийным топливом.
Он предназначен для улучшения технико-эксплуатационных и экологических показателей работы двигателя внутреннего сгорания. Применение биогаза в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания позволяет снизить выбросы, а также улучшить топливную экономичность. Отработанное масло.
В настоящее время на ряде предприятий различных стран мира весьма эффективно работают установки, преобразующие отработанное масло (моторное, трансмиссионное, гидравлическое, индустриальное, трансформаторное, синтетическое и т. Д.) в состояние, которое позволяет полностью использовать его в качестве дизельного или печного топлива. Установка подмешивает очищенные (в установке) масла в соответствующее топливо, в точно заданной пропорции, с образованием навсегда стабильной, неразделяемой топливной смеси.
Полученная смесь имеет более высокие параметры по чистоте, обезвоживанию и теплотворной способности, чем дизельное топливо до его модификации в установке. Водород как альтернативное топливо. Водород является эффективным аккумулятором энергии. Применение водорода в качестве топлива возможно в разнообразных условиях, что может дать существенный вклад в мировую энергетику, когда ресурсы ископаемого топлива будут близки к полному истощению. По сравнению с бензином и дизельным топливом водород более эффективен и меньше загрязняет окружающую среду. Взрывоопасность водорода резко снижается с применением специальных присадок. Сейчас каждая автомобильная компания имеет концепт-кар, который работает на водороде.
Однако некоторые фирмы предлагают комбинированные решения. Так, «Мазда» предлагает автомобиль, который имеет возможность чередовать топливо (водород и бензин).
Другие автопроизводители совмещают эти виды топлива. В США выпускают тягачи, в двигателях которых используется смесь дизельного и водородного топлива. Это позволяет увеличить мощность двигателя, экологическую чистоту и уменьшить расход топлива. Система осуществляет разложение воды, собирает водород и направляет его в камеру сгорания, обеспечивая более высокую эффективность сгорания топлива. Водородное топливо Исследования Солнца, звёзд, межзвёздного пространства показывают, что самым распространённым элементом Вселенной является водород (в космосе в виде раскалённой плазмы он составляет 70% массы Солнца и звёзд).
По некоторым расчётам, каждую секунду в глубинах Солнца примерно 564 млн. Тонн водорода в результате термоядерного синтеза превращаются в 560 млн.
Тонн гелия, а 4 млн. Тонн водорода превращаются в мощное излучение, которое уходит в космическое пространство. Нет опасений, что на Солнце скоро иссякнут запасы водорода. Оно существует миллиарды лет, а запас водорода в нём достаточен для того, чтобы обеспечить ещё столько же лет горения. Человек живёт в водородно-гелиевой вселенной. Поэтому водород представляет для нас очень большой интерес. Влияние и польза водорода в наши дни очень велика.
Практически все известные сейчас виды топлива, за исключением, разумеется, водорода, загрязняют окружающую среду. В городах нашей страны ежегодно проходит озеленение, но этого, как видно, недостаточно.
В миллионы новых моделей автомобилей, которые сейчас выпускаются, заливают такое топливо, которое выпускает в атмосферу углекислый (СО 2) и угарный (СО) газы. Дышать таким воздухом и постоянно находиться в такой атмосфере представляет очень большую опасность для здоровья. От этого происходят различные заболевания, многие из которых практически не поддаются лечению, а уж тем более невозможно лечить их, продолжая находиться в можно сказать «заражённой» выхлопными газами атмосфере.
Что касается воздуха, то здесь на повестке дня уже много лет стоит не менее важная проблема. И если представить, хотя бы на секунду, что все современные двигатели будут работать на экологически чистом топливе, коим, разумеется, является водород, то наша планета встанет на путь, ведущий к экологическому раю. Но это всё фантазии и представления, которые, к великому нашему сожалению ещё не скоро станут реальностью. Сколько бы мы не говорили о положительном влиянии водорода, на практике это можно увидеть довольно таки не часто.
Но всё же разрабатывается множество проектов, и целью моей работы явился не только рассказ о самом чудесном топливе, но и о его применении. Эта тема очень актуальна, поскольку сейчас жителей не только нашей страны, но и всего мира, волнует проблема экологии и возможные пути решения этой проблемы. Водород на Земле Водород - один из наиболее распространённых элементов и на Земле. В земной коре из каждых 100 атомов 17 - атомы водорода. Он составляет примерно 0,88% от массы земного шара (включая атмосферу, литосферу и гидросферу). Если вспомнить, что воды на земной поверхности более 1,5∙10 18 м 3 и что массовая доля водорода в воде составляет 11,19%, то становится ясно, что сырья для получения водорода на Земле - неограниченное количество. Водород входит в состав нефти (10,9 - 13,8%), древесины (6%), угля (бурый уголь - 5,5%), природного газа (25,13%).
Водород входит в состав всех животных и растительных организмов. Он содержится и в вулканических газах. Основная масса водорода попадает в атмосферу в результате биологических процессов. При разложении в анаэробных условиях миллиардов тонн растительных остатков в воздух выделяется значительное количество водорода. Этот водород в атмосфере быстро рассеивается и диффундирует в верхние слои атмосферы. Имея малую массу, молекулы водорода обладают высокой скоростью диффузионного движения (она близка ко второй космической скорости) и, попадая в верхние слои атмосферы, могут улететь в космическое пространство.
Концентрация водорода в верхних слоях атмосферы составляет 1∙10 -4%. Что такое водородная технология? Под водородной технологией подразумевается совокупность промышленных методов и средств для получения, транспортировки и хранения водорода, а также средств и методов его безопасного использования на основе неисчерпаемых источников сырья и энергии. В чём же привлекательность водорода и водородной технологии? Переход транспорта, промышленности, быта на сжигание водорода - это путь к радикальному решению проблемы охраны воздушного бассейна от загрязнения оксидами углерода, азота, серы, углеводородами.
Переход на водородную технологию и использование воды в качестве единственного источника сырья для получения водорода не может изменить не только водного баланса планеты, но и водного баланса отдельных её регионов. Так, годовая энергетическая потребность такой высокоиндустриальной страны, как ФРГ, может быть обеспечена за счёт водорода, полученного из такого количества воды, которое соответствует 1,5% среднего стока реки Рейн.
Отметим попутно, что на наших глазах становится реальной одна из гениальных догадок великого фантаста Жюля Верна, который устами героя рома «Таинственный остров» (гл. XVII) заявляет: «Вода - это уголь будущих веков».
Водород, получаемый из воды, - один из наиболее энергонасыщенных носителей энергии. Ведь теплота сгорания 1 кг H 2 составляет (по низшему пределу) 120 МДж/кг, в то время как теплота сгорания бензина или лучшего углеводородного авиационного топлива - 46 - 50 МДж/кг, т.е.
В 2,5 раза меньше. К тому же водород - легковозобновляемое топливо.
Чтобы накопить ископаемое горючее на нашей планете, нужны миллионы лет, а чтобы в цикле получения и использования водорода из воды получить воду, нужны дни, недели, а иногда часы и минуты. Но водород как топливо и химическое сырьё обладает и рядом других ценнейших качеств. Универсальность водорода заключается в том, что он может заменить любой вид горючего в самых разных областях энергетики, транспорта, промышленности, в быту. Он заменяет бензин а автомобильных двигателях, керосин в реактивных авиационных двигателях, ацетилен в процессах сварки и резки металлов, природный газ для бытовых и иных целей, метан в топливных элементах, кокс в металлургических процессах (прямое восстановление руд), углеводороды в ряде микробиологических процессов. Водород легко транспортируется по трубам и распределяется по мелким потребителям, его можно получать и хранить в любых количествах.
В то же время водород - сырьё для ряда важнейших химических синтезов (аммиака, метанола, гидразина), для получения синтетических углеводородов. Как и из чего в настоящее время получают водород? В распоряжении современных технологов имеются сотни технических методов получения водородного топлива, углеводородных газов, жидких углеводородов, воды. Выбор того или иного метода диктуется экономическими соображениями, наличием соответствующих сырьевых и энергетических ресурсов. В разных странах могут быть различные ситуации.
Например, в странах, где имеется дешёвая избыточная электроэнергия, вырабатываемая на гидроэлектростанциях, можно получать водород электролизом воды (Норвегия); где много твёрдого топлива и дороги углеводороды, можно получать водород газификацией твёрдого топлива (Китай); где дешёвая нефть, можно получать водород из жидких углеводородов (Ближний Восток). Однако больше всего водорода получают в настоящее время из углеводородных газов конверсией метана и его гомологов (США, Россия).
В процессе конверсии метана водяным паром, диоксидом углерода, кислородом и оксида углерода водяным паром протекают следующие каталитические реакции. Рассмотрим процесс получения водорода конверсией природного газа (метана). Получение водорода осуществляется в три стадии.
Первая стадия - конверсия метана в трубчатой печи: CH 4 + H 2O = CO + 3H 2 - 206,4 кДж/моль или CH 4 +CO 2 = 2CO + 2H 2 - 248, 3 кДж/моль. Вторая стадия связана с доконверсией остаточного метана первой стадии кислородом воздуха и введением в газовую смесь азота, если водород используется для синтеза аммиака. (Если получается чистый водород, второй стадии принципиально может и не быть). CH 4 + 0,5O 2 = CO + 2H 2 + 35,6 кДж/моль. И, наконец, третья стадия - конверсия оксида углерода водяным паром: CO + H 2O = СO 2 + H 2 + 41,0 кДж/моль. Для всех указанных стадий требуется водяной пар, а для первой стадии - много тепла, поэтому процесс в энерготехнологическом плане проводится таким образом, чтобы трубчатые печи снаружи обогревались сжигаемым в печах метаном, а остаточное тепло дымовых использовалось для получения водяного пара.
Рассмотрим, как это происходит в промышленных условиях (схема 1). Природный газ, содержащий в основном метан, предварительно очищают от серы, которая является ядом ля катализатора конверсии, подогревают до температуры 350 - 370 oС и под давлением 4,15 - 4,2 МПа смешивают с водяным паром в соотношении объёмов пар: газ = 3,0: 4,0. Давление газа перед трубчатой печью, точное соотношение пар: газ поддерживаются автоматическими регуляторами. Образующаяся парогазовая смесь при 350 - 370 oC поступает в подогреватель, где за счёт дымовых газов нагревается до 510 - 525 oС. Затем парогазовую смесь направляют на первую ступень конверсии метана - в трубчатую печь, в которой она равномерно распределяется по вертикально расположенными реакционным трубам (8). Температура конвертированного газа на выходе из реакционных труб достигает 790 - 820 oС. Остаточное содержание метана после трубчатой печи 9 - 11% (объёмн.).
Трубы заполнены катализатором. После реакционных труб конвертированная парогазовая смесь проходит подъёмные трубы (9) и по коллектору (10) попадает в шахтный конвертор метана второй ступени (11).
Здесь на никелевом катализаторе происходит кислородная конверсия остаточного метана. Температура конвертированного газа на выходе из реактора второй ступени достигает 990 - 1000 oC, остаточное содержание метана в конвертированном газе составляет 0,35 - 0,55% (объёмн.). После двухступенчатой конверсии метана, если водород предназначается для синтеза аммиака, в конвертированном газе кроме водорода (57%) и азота (22,4%) содержатся оксид углерода 13,4% и диоксид углерода 7,7% (объёмн.). Оксид углерода далее превращается в водород и диоксид углерода в системе паровой конверсии. Паровая конверсия оксида углерода до водорода проводится в две ступени (схема 2). Первая ступень конверсии осуществляется при температуре 330 - 400 oС на железо-хромовом катализаторе, при этом на выходе из конвертора первой ступени (1) содержание оксида углерода в конвертированном газе падает до 3,3% (объёмн.), и с таким содержанием оксида углерода газ, пройдя через испаритель (2), вступает во вторую, низкотемпературную ступень конверсии. Здесь на низкотемпературном катализаторе конверсии, содержащем оксидные соединения меди, цинка, алюминия, хрома, при температуре 190-210 оС происходит доконверсия остаточного оксида углерода до его содержания на выходе из конвертора (3) 0,4 - 0,5%.
Далее газ поступает на очистку углерода различного рода поглотителями. Так в промышленных условиях получают чистый водород и азото-водородную смесь. Получение водорода - будущая технология Современная технология обеспечивает ежегодное получение во всём мире десятков миллионов тонн молекулярного водорода. Более 90% его получается каталитической конверсией метана, жидких углеводородов, газификацией твёрдого топлива. Совершенно ясно, что в будущем при переходе на водородную технологию такие источники получения водорода, кроме твёрдого топлива, будут в основном исключены. В качестве основного источника сырья будет использоваться вода. В качестве источника энергии для разложения воды - атомная энергия в различных её видах (тепло, электроэнергия) и энергия воды, ветра в виде электрической энергии, энергия солнечного излучения.
При внимательном рассмотрении всего комплекса методов получения водорода видно, что если использование горючих ископаемых имеет прямой выход к водороду, то использование других первичных источников энергии в основном базируется на использовании электрической энергии для электролитического разложения воды, энергии Солнца в фотосинтетических системах для разложения воды и атомного тепла в термохимических системах для разложения воды. Электролиз воды проводится в промышленной практике давно и широко описан в литературе. Сейчас делаются значительные усилия в науке промышленности, чтобы использовать неисчерпаемую энергию солнечного излучения для разложения воды. Это и применение фотолизных ячеек для разложения воды, солнечных ячеек для получения электроэнергии с последующим её использованием при электролизе воды. Главная задача, которая здесь решается, заключается в том, чтобы провести под непосредственным воздействием солнечной энергии ряд фотохимических реакций с целевым назначением разложения воды до водорода кислорода. Суть проблемы заключается в том, чтобы подобрать такие биологические системы, которые будут использовать солнечную энергию для разложения воды. Но наиболее в технологическом плане являются методы термохимического разложения воды.
Эти методы важны тем, что для разложения воды они могут использовать и тепло атомных реакторов, солнечное тепло, и тепло геотермальных вод, и любые другие виды тепла, например перепад температур верхних и нижних слоёв тропических морей. Разрабатываются и комбинированные термохимические процессы, которые наряду с теплом используют электрическую энергию - термоэлектрохимические процессы, солнечное излучение, фото- и термохимические процессы. Термохимические процессы разложения воды привлекательны ещё и тем, что в результате целого ряда химических превращений, протекающих в термохимическом цикле (системе), из цикла в окружающее пространство ничего, кроме водорода и кислорода, не выделяется. Все химические процессы, сопровождающие разложение воды, находятся в закрытом циркуляционном контуре. В этот контур подводятся только вода и тепло (высокопотенциальное), от контура отводятся водород, кислород и тепло (низкопотенциальное).
Водород на транспорте Водород имеет более высокую теплоту сгорания - 120 МДж/кг, в то время, как бензин - всего 42 МДж/кг. Кроме того, единственным выхлопным газом при сгорании водорода являются водяные пары, которые вступают в естественный природный круговорот воды. А, как известно, посредством электролиза из воды можно снова получить водород. Этот замкнутый цикл, лежащий в основе идеи водородной энергетики, позволяет назвать водород одним из самых экологичных видов топлива (рис. 1).
Очевидно, что при переходе транспорта на водородное топливо экологические проблемы больших городов были бы раз и навсегда решены. Однако, перед таким переходом стоит ряд проблем, среди которых:.
потребность вогромных энергозатратах для получения водорода электролизом воды;. необходимость использования специальных сверхгерметичных емкостей для хранения итранспортировки водорода, т.к. Всилу малого размера молекул онобладает высокой проникающей способностью; Необходимость создания развитой сети заправочных станций в каждом населенном пункте и вдоль крупных автомагистралей: водород - самый легкий и наименее плотный газ, поэтому автомобилю с водородным двигателем придется заправляться намного чаще, чем в автомобилям с бензиновым и дизельным двигателями. Один из путей внедрения водорода на автотранспорте - сжигание его в ДВС. Такой подход исповедуют BMW и Mazda. Японские и немецкие инженеры видят в этом свои преимущества.
Сделать Презентацию Онлайн
Прибавку в весе машины даёт лишь водородная топливная система, в то время, как в авто на топливных элементах прирост (топливные элементы, топливная система, электромоторы, преобразователи тока, мощные аккумуляторы) - существенно превышает 'экономию' от удаления ДВС и его механической трансмиссии. Потеря в полезном пространстве также меньше у машины с водородным ДВС (хотя водородный бак и в том, и другом случае съедает часть багажника). Эту потерю можно было бы вообще свести к нулю, если сделать автомобиль (с ДВС), потребляющий только водород.
Но тут-то и проявляется главный козырь японских и германских 'раскольников'. BMW и Mazda предлагают сохранить в автомобиле возможность ездить на бензине (по аналогии с распространёнными ныне двухтопливными машинами 'бензин/газ'). Такой подход, по замыслу автостроителей, облегчит постепенный переход автотранспорта только на водородное питание. Ведь клиент сможет с чистой совестью купить подобную машину уже тогда, когда в регионе, где он живёт, появится хоть одна водородная заправка.
И ему не придётся опасаться застрять поодаль от неё с пустым водородным баком. Меж тем, серийный выпуск и массовые продажи машин на топливных элементах долгое время будут сильно сдерживаться малым числом таких заправочных станций. Да, и стоимость топливных элементов пока велика. Кроме того, перевод на водород обычных ДВС (при соответствующих настройках) не только делает их чистыми, но и повышает термический КПД и улучшает гибкость работы.
Дело в том, что водород обладает намного более широким, по сравнению с бензином, диапазоном пропорций смешивания его с воздухом, при которых ещё возможен поджиг смеси. И сгорает водород полнее, даже вблизи стенок цилиндра, где в бензиновых двигателях обычно остаётся несгоревшая рабочая смесь. Итак, 'скармливаем' водород двигателю внутреннего сгорания. Физические свойства водорода существенно отличаются от таковых у бензина. Над системами питания немцам и японцам пришлось поломать голову. Но результат того стоил. Показанные BMW и Mazda водородные автомобили сочетают привычную для владельцев обычных авто высокую динамику с нулевым выхлопом.
А главное - они куда лучше приспособлены к массовому производству, чем 'ультраинновационные' машины на топливных элементах. Водородный топливный элемент 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. 'Водородное будущее' автотранспорта эксперты связывают, прежде всего, с топливными элементами.
Их притягательность признают все. Никаких движущихся частей, никаких взрывов. Водород и кислород тихо - мирно соединяются в 'ящике с мембраной' (так упрощённо можно представить топливный элемент) и дают водяной пар плюс электричество.
Ford, General Motors, Toyota, Nissan и многие другие компании наперебой щеголяют 'топливоэлементными' концепткарами и собираются вот-вот 'завалить' всех водородными модификациями некоторых из своих обычных моделей. Формы предварительного расследования. Водородные заправки уже появились в нескольких местах в Германии, Японии, США. В Калифорнии строят первые станции по электролизу воды, использующие ток, выработанный солнечными батареями. Аналогичные эксперименты проводят по всему миру.
Производители автомобилей сделали первые шаги в направлении водородной энергетики. В частности, уже несколько лет выпускаются так называемые гибридные автомобили, снабженные как традиционным бензиновым двигателем, так и электродвигателем, работающим благодаря водородному топливному элементу. Водородный топливный элемент во многом напоминает обычный аккумулятор: в нем энергия химической реакции преобразуется в электрическую энергию. Принцип его действия показан на рис.
Водород из специальной герметичной емкости подается в топливный элемент, состоящий из двух электродов (анода и катода) и протонообменной мембраны - материала, пропускающего только протоны. На аноде, изготовленном с использованием благородного металла (например, платины или ее сплавов), молекулы водорода распадаются на атомы и теряют электроны. Освободившиеся при этом ядра водорода, т. е. Протоны, начинаются двигаться к катоду сквозь мембрану.
Электроны же направляются как бы «в обход» мембраны, поскольку их она пропускать не будет. Поток электронов и представляет собой электрический ток, который потребляется электродвигателем автомобиля.
Миновав двигатель, электроны поступают на катод. Там же, в свою очередь, распадаются на атомы молекулы кислорода, поступающего в топливный элемент из атмосферы. Таким образом, на катоде происходит одновременная встреча атомов кислорода, протонов и электронов: это приводит, очевидно, к образованию молекул воды, которые благополучно выводятся в за пределы элемента. Фактически, топливный элемент позволяет провести высокоэнергетичную реакцию H 2 + O 2 → H 2O, но не в виде взрыва, а в спокойном, управляемом режиме. Схематичное изображение автомобиля с топливным элементом приведено на рис. 4. Способы хранения водорода.
Существуют разнообразные способы хранения водорода. Самый эффективный из них - это баллоны. Если баллон выдерживает 300 атм, то в нем можно хранить 9%(масс) водорода; 500 атм - 11%. В США разработаны баллоны, рассчитанные на 700 атм. Они хранят 13% водорода. В ракетно-космической технике накоплен значительный опыт хранения и доставки водорода в сжиженном состоянии, при криогенных температурах.
Хорошие способы его хранения - адсорбция водорода в гидридах металлов (порядка 3%) и в интерметаллидах (до 5%). Есть идеи и проводятся уже эксперименты по таким способам хранения водорода, как углеродные наноматериалы, нанотрубки и стеклянные микросферы. Целесообразно максимально согласовать во времени процессы производства водорода из традиционного топлива и его потребления, чтобы минимизировать потребность в хранении водорода. Инженеры Honda в один голос твердят - за водородом и электричеством будущее.
Через 50 лет дизельные двигатели окажутся в музеях машиностроения, а на бензиновых будут ездить лишь сентиментально настроенные старики. Уникальных автомобилей Honda FCX Clarity, использующих для весьма комфортабельного передвижения в пространстве сжатый водород и электромотор, было построено всего 220 штук, из которых 20 были разбиты на краш-тестах, дабы развеять панику относительно безопасности водородных машин. Экспериментальный тираж, первые экземпляры которого прокатились по дорогам летом 2008 года, предназначен для сдачи в лизинг в США (конкретнее - в Калифорнии) и Японии.
Лишь два автомобиля прописаны в Европе, где заправочные станции со сжатым водородом можно пересчитать по пальцам. В силу того, что Clarity пока что все же экспериментальный проект, все нынешние пользователи машины, отобранные из 50 тысяч претендентов руководством Honda, имеют право лишь на трехлетнюю аренду машины, которая стоит в Калифорнии 600 долларов в месяц. В эту цену входит абсолютно все обслуживание автомобиля. Скачать игры.
Так что же заставляет машину двигаться? У силовой установки FCX Clarity есть 4 основных элемента. В районе центрального тоннеля располагается батарея топливных элементов (Fuel Cell Stack) V Flow, весящая 67 кг, под капотом находится электромотор переменного тока, а в районе задней оси установлен 171-литровый бак для сжатого водорода и компактный литиево-ионный аккумулятор. Водород, поступающий из бака в батарею топливных элементов, соединяется там с кислородом, получаемым из внешней среды. Энергия реакции преобразуется в электричество, которое питает электромотор.
Дополнительная энергия, получаемая при торможении, остается в литиево-ионном аккумуляторе. Рекуперативная тормозная система здесь - почти такая же, как и у обычного гибрида. При этом КПД водородной установки в 3 раза превышает показатель традиционного бензинового двигателя и в 2 раза - гибридной силовой установки. Первые водородные прототипы FCX (Fuel Cell eXperimental) cпецы Honda стали испытывать еще в 1999 году. С тех пор батареи топливных элементов стали намного легче и меньше, а вместо никелевых аккумуляторов стали использоваться литиево-ионные.
Создать Презентацию
Система рекуперации энергии также было усовершенствована. Более того, топливные ячейки стали более термостойкими: если раньше минимальной температурой для обеспечения нормальной работы был 0 градусов Цельсия, то современный FCX Clarity должен исправно функционировать и при -30 градусах. Сравнение версий топливных элементов Параметр 2001 2005 2009 Мощность 60 кВт 86 кВт 100 кВт Объём 134 литра 66 л 52 л Вес 202 кг 96 кг 67 кг Мощность/Объём 0,448 кВт/л 1,3 кВт/л 1,92 кВт/л Мощность/вес 0,3 кВт/кг 0,9 кВт/кг 1,5 кВт/кг Вместе с Honda FCX Clarity японцы представили домашнюю заправку Home Energy Station, которая производит водород из бытового природного газа, а затем использует его для получения электричества для бытовых нужд и тепла, а остатки сохраняет для заправки машины. По подсчетам Honda такая станция позволяет сократить выбросы CO2 на 40%, и затраты на энергообеспечение дома на 50%. Водород можно добывать множеством способов, но в Honda делают ставку на водный электролиз, который в будущем позволит навсегда попрощаться с углеродной энергетикой. Электричество, необходимое для разложения дистиллированной воды на водород и кислород, можно будет получать с помощью ветряных турбин или солнечных батарей, тем самым создавая т.н 'круговорот возобновляемой энергии'. 4 килограмма (171 литр) сжатого водорода позволяют проехать за рулем Honda FCX Clarity около 468 километров.
Заправка занимает в среднем 3-4 минуты. Самая большая цифра, которую можно лицезреть на цифровом спидометре - 160 км/ч. Отсутствие выхлопной системы позволило создать для FCX Clarity абсолютно плоское днище, что не может не сказаться на аэродинамике автомобиля: ветер просто 'облизывает' машину. Расположение бака с водородом, аккумулятора и непосредственно самого батареи с топливными элементами обеспечивает низкий центр тяжести, улучшая управление и устойчивость.
Заключение Сегодня FCX Clarity автомобильный мир воспринимает, как экзотику. Но при этом очень уважает благородные стремления японцев: именно эта модель была удостоена престижного титула World Green Car of the year 2009.
Уже через 4 года, когда на свет должно появиться второе поколение водородной Honda, в Европе обещают построить первую партию специальных заправок. Инженеры готовятся улучшить стабильность работы FCX Clarity в холодном климате, а также серьезно поразмышлять над надежностью всей системы. Плюсы: нулевой выброс СО2, динамика, комфорт, плавность хода, шикарный салон Минусы: дороговизна и недоступность водорода, проблемы в холодном климате, отсутствие инфраструктуры Технические характеристики Honda FCX Clarity Двигатель: синхронный электромотор переменного тока (постоянный магнит), батарея топливных элементов V-Flow Батарея: литиево-ионная, 288 вольт Мощность: 100 кВт (134 л.с) при 3 500-10 500 об/мин Крутящий момент: 256 Н-м при 0-1 000 об/мин Максимальная скорость: 160 км/ч Время разгона 0-100 км/ч: около 10. Авторы 3 работ (по каждой секции), получивших наибольшее количество положительных конструктивных отзывов и вопросов на форуме, будут награждены дипломами РАЕ. Авторы также будут приглашены (вместе с научными руководителями) на конференцию РАЕ (Москва, май 2012 г.) с докладом без оплаты организационного взноса. Дипломы РАЕ будут вручаться руководителям студенческих научных работ, получивших наибольшее количество положительных конструктивных отзывов на форуме. Для участия в форуме необходимо корректно зарегистрироваться в социальной сети «УЧЕНЫЕ РОССИИ» и создать тему, посвященную обсуждению данной работы в форуме.
Участники студенческого научного форума могут также разместить дополнительные материалы (НАУЧНЫЕ ТЕКСТЫ, ФОТО И ВИДЕО МАТЕРИАЛЫ) для обсуждения на блогах социальной сети. Наличие дополнительных материалов также будет учитываться при определении победителей конкурса.