Страницы «Общественной газеты» зафиксировали слова дамы, которая была довольно далека от основ энергетики – Людмилы Улицкой. Она говорила о том, что вполне уверена в том, что в сейфах нефтяных королей лежат давно разработанные источники дешевой электроэнергии, которые дали бы возможность пользоваться мощной энергией с минимальными расходами на нее. Она сделала предположение, что пока не будет спалена последняя капля нефти, эти разработки будут спрятаны от людских глаз, поскольку никому из магнатов не нужен передел денег, потеря власти, влияния. Знающие люди с писательницей согласятся.

Пока же упомянутых сейфов избегает лишь то, что не идет в разрез с традиционной нефтяной энергетикой и принятой во всем мире системой распределения топлива. Для успокоения экологов создаются дорогостоящие научные игрушки на колесах, обещающие в перспективе всеобщее благоденствие. Речь идет об автомашинах с водородными двигателями. По оценке японских автопромышленников, установка водородного двигателя, например, на классический Седан сейчас обойдется потребителям в 700 тыс. долларов. Ориентировочная стоимость водородного автобуса «Китаро» достигает астрономической суммы 1,25 млн. долларов.

Современный водородный двигатель состоит из нескольких топливных элементов, известных на Западе под именем топливных ячеек (fuel cells). На анод подается водород под давлением 1,5 — 2,7 атмосферы. Пористый катализатор разделяет молекулы на электроны и протоны. Электроны приводят в действие электродвигатель, а протоны просачиваются сквозь мембрану, играющую роль электролита, к катоду. Здесь катализатор объединяет их с «вернувшимися с работы» электронами и атмосферным кислородом в молекулы воды. Заметим, что этот ручеек воды, вытекающий из выхлопной трубы вместо целого букета зловредных газов, совершенно заворожил европейцев и американцев. Безобидность отходов, дистиллированная чистота воды приводит их в экологический восторг. Впрочем, к чести топливной ячейки, следует упомянуть, что ее КПД в 3-5 раз больше, чем у бензинового двигателя.

Первая в мире водородная энергетическая станция, открытая в Лас-Вегасе, штат Невада, в ноябре 2002 года, представляет собой систему топливных ячеек с проницаемой для протонов мембраной, которая играет роль электролита (см. фото 1). Эта система произведена и установлена специалистами корпорации Plug Power. Преобразуя и очищая природный газ, станция производит водород и, кроме того, вырабатывает электроэнергию, используя реакцию соединения водорода, хранящегося в резервуарах, с атмосферным кислородом. Этот проект обошелся Департаменту энергии США и корпорации Air Products, которые поделили между собой основные расходы, в 10,8 миллионов долларов.

Нельзя не отметить, что производству электроэнергии отдается второе место, тогда как обеспечение новых видов транспорта топливом считается приоритетным направлением водородной энергетики. Упомянутая выше станция производит электроэнергию как бы в дополнение к своему основному назначению. Тем не менее, зарубежные обозреватели отмечают, что будущим «водородным магнатам» не мешает подстраховаться: если продажи топлива начнут падать, то платежи за электроэнергию обеспечит им устойчивый доход.

Пока же водородные автомобили позволяют нефтяным королям сохранить в неприкосновенности систему централизованного распределения топлива и инфраструктуру заправочных станций, которые будут обеспечивать эти транспортные средства метанолом, смесью природного газа и водорода, сжиженным или газообразным водородом. Таким образом, заинтересованная рука лежит на пульсе водородной энергетики, а зоркие глаза держат прыткую научную мысль под постоянным наблюдением.

Кроме того, и бензин остается при деле, так как годится для бортового реформинга (конверсии): из него можно выделить водород. Системы, основанные на конверсии, были известны в промышленности давно, но нуждались в доработке. Специалисты «Курчатовского института», например, значительно улучшили конверсионную систему, заменив катализатор плазмой. Конверсия таким образом происходит в газовом разряде типа СВЧ на смеси, которую надо конвертировать. Топливный элемент питается водородом, вырабатывает электроэнергию, часть которой идет на поддержание газового разряда. По словам В. Русанова, отечественная система портативна и имеет высокий КПД. В августе 2001 года группа разработчиков ВЦАД представила опытный образец, созданный на базе Chevrolet Pickup S 10, который имеет на борту первый преобразователь бензина.

Идеал современной водородной энергетики: «Минимум перемен в системе распределения топлива, чистый воздух и тонкая струйка дистиллята, стекающая из выхлопной трубы». Однако очевидно, что вода-отход является идеальным источником для повторного получения водорода-топлива путем высокоэффективного электролиза. Будь эффективная замкнутая система разработана, мы получили бы источник энергии, питаемый бесконечной цепочкой электролиза и рекомбинации, с эффективностью более 100%.

Каковы же существующие ныне способы получения водорода? Более всего этого газа производится на основе каталитической конверсии углеводородов и водяного пара. Температурный режим этого процесса напрямую зависит от качественного состава катализатора. Ученым известно, что температуру реакции с пропаном можно снизить до температуры в 370 градусов, используя для этого боксит в качестве катализатора. При этом 95 % угарного газа, который производится в процессе, расходуется при последующей реакции с водяными парами.

Метод водяного газа дает большую часть от общего производства водорода. При  этом суть метода заключается в том, что пары воды реагируют с коксом, а в результате образуется смесь угарного газа и водорода. Реакция эндотермична, поэтому  ее проводят при 1000° С. Разогретый кокс обрабатывается паром, а выделяющаяся газовая очищенная смесь содержит в себе некоторое количество водорода, вместе с довольно большим количеством угарного газа и небольшой примеси углекислого. Чтобы повысить выход водорода, монооксид углерода удаляют с помощью последующей обработки паром при температуре в 370 градусов. В результате получается больше углекислого газ, который очень легко удаляется, если пропустить полученную газовую смесь через специальный прибор – скруббер, который в это время  орошается водой (противотоком).

Также довольно широко известен другой способ – железо-паровой метод, когда пар температурой 500-1000 градусов проходит над железом. Получаемый этим способом водород используется для гидрогенизации жиров и масел. А вот состав оксида железа будет зависеть от температурного режима данного процесса – если температура ниже, чем 560° C преобладает оксид железа-3 (Fe₃O₄). Если пар пропускается над железом при температуре выше 560° С, то возрастает доля оксида железа — 2 (FeO). Небольшую примесь монооксида углерода удаляют, пропуская нагретую смесь над катализатором. При этом угарный газ превращается в метан.

При частичном окислении и термическом крекинге углеводородов в процессе производства сажи водород возникает как побочный продукт.

На следующем месте по объему производства стоит метанол-паровой метод. Реакция эндотермична и ее проводят при температуре около 260° C в обычных стальных реакторах при давлении до 20 атм.

Следует также упомянуть каталитическую реакцию разложения аммиака, при которой мы получаем азот и водород. Данная реакция может быть экономически выгодна, если необходимо произвести большое количество водорода.

Существуют также разнообразные способы получения водорода, которые, хотя и не имеют большого промышленного значения, в некоторых случаях могут оказаться экономически наиболее выгодными. Очень чистый водород получается при гидролизе очищенных гидридов щелочных металлов; при этом из малого количества гидрида образуется много водорода. (Этот метод удобен при непосредственном применении получаемого водорода.)

Электролиз представляет собой способ получения водорода, когда на электроды подают ток постоянного напряжения, при этом на катода скапливается водород, а на аноде – кислород. Электролиз используется в науке довольно давно, по праву считаясь «ветераном» среди способов получения водорода. Но этот метод делает водород слишком дорогостоящим энергоносителем, поэтому данный способ стал использоваться намного реже.

Чаще всего для получения этого газа используется технология горячей переработки пара воды при температурном режиме в 700-900 градусов. В реакции также участвует легкий бензин и тяжелое жидкое топливо, которое отбирает кислород. Впрочем, необходимо признать, что этот метод также относиться к дорогим.

Известно, что причина расточительности при расходе электроэнергии скрывается именно в том, что затраты в основном идет на то, чтобы преодолеть силы гидратных связей ионов и водяными молекулами, а также на компенсацию эндотермического эффекта реакции ее разложения. Для того, чтобы обеспечить восстановление ионов на электродах, нужно приложить напряжение большей мощности, чем то, которое прилагается тогда, когда этот физический процесс не наблюдается. Согласно этому утверждению, а также по другим причинам, затраты электрической энергии, которые идут на выработку одного кубометра водорода с учетом перенапряжения при традиционном электролизе в промышленных условиях составляют 18-21,6 МДж, а общее количество расхода энергии (с учетом производства самой электроэнергии) превышает 50 МДж, что делает водород слишком догоростоящим энергоносителем.

Способ бесконтактного электролиза был запатентован еще в 1888 году Д.А. Лачиновым. Усовершенствование этого способа сулит человечеству океаны дешевого водорода и появление сверхэффективного источника энергии, работающего по замкнутому циклу. Главной сложностью метода Лачинова являлась проблема газовой пленки, покрывавшей со временем электрод и прекращавшей реакцию.

Горячев И.А. предлагал бороться с пленкой при помощи пульсирующего электрического поля. Фролов А.В. предложил метод повышения эффективности электролиза за счет вращения. Возникающая центробежная сила быстрее отрывает пузырьки газа с поверхности электродов. Затраты мощности на преодоление сил трения в конструкции и на создание потенциального электрического поля незначительны, если сравнить их с выходной мощностью. То есть эффективность системы может быть намного больше 100%.

Описана и экспериментальная установка для получения водорода (и кислорода) из воды с подачей на электроды не постоянного, а модулированного напряжения. Частота модуляции связывается с собственной частотой колебания молекул воды и с их пространственной структурой. Нуждается в изучении возможная эффективность электролиза воды в искровом разряде, удаляющем примесь кислорода, или при облучении электромагнитными волнами светового диапазона.

Научно-исследовательский центр «Икар» сообщил о том, что самый дешевый способ получения водорода – это метод плазменного электролиза. Авторское свидетельство на первый плазмоэлектролитический реактор получила группа ученых России в 1987 г. Однако в открытой печати его содержание не было опубликовано, поскольку сам реактор был разработан Военно-промышленным комплексом, поэтому на авторском свидетельстве стоял гриф «Для служебного пользования». В описании была приведена следующая информация: схема собственно конструкции реактора, а также результаты проведенной очистки и обеззараживания воды, произведенной с помощью плазмы. Однако в авторском свидетельстве нет никаких данных о том, что плазма генерировала дополнительную энергию и с ее помощью получали водород.

Понс и Флейшман – два довольно известных американских ученых – опубликовали в печати результаты проведенных ними исследований, направленных на получение дополнительной энергии в процессе обычного электролиза воды еще в апреле 1989 года. Ученые мужи объявили сразу о том, что источник этой энергии – холодный ядерный синтез. Однако до сих пор это не имеет под собой достоверного научного доказательства.

Один из соавторов создателей первого плазменно-электролитического реактора – Беклямишев Ю.А., в 1996 году опубликовал результаты экспериментов, где продемонстрировал наличие дополнительной энергии при осуществлении плазмоэлектролитического процесса. Однако и здесь источник этой энергии не был научно объяснен и достоверно указан.

Чуть позже, в 1998 году, были получены новые данные о проведенных экспериментах, где говорилось о наличии дополнительной энергии в плазмоэлектролитическом процессе. Проведенные исследования одного из плазмоэлектролитических реакторов группой ученых из России официально зафиксировали, что дополнительная энергия здесь есть. Этот факт был сразу же оформлен документально протоколом проведения контрольных испытаний (22 мая 1998 года), который был опубликован в № 22 американского журнала «Infinite Energy». А в мае этого года было выпущено третье издание книги профессора Канарева Ф.М. «Кризис теоретической физики». В этой книге профессор также привел данные о получении дополнительной энергии при проведении плазменного электролиза воды. Профессор также указал источник этой энергии.

В скором времени после этой книги японские исследователи Охмори и Мизуно опубликовали результаты и своих трудов в трудах Ванкуверской конференции, посвященной холодному ядерному синтезу. Также они опубликовали результаты своих трудов в № 20 журнала «Infinite Energy». Японские исследователи зафиксировали нейтронное излучение при плазменном процессе, а также появление на вольфрамовом катоде железа, хрома, никеля и углерода, что, явилось веским доказательством наличия холодного ядерного синтеза при плазменном электролизе воды. Они наиболее правильно объяснили нейтронное излучение, сказав, что это результат захвата электронов протонами. Впрочем, сделанные ими заключения все же вызывают некоторые сомнения, поскольку ядерный синтез должен был дать значительно больший объем дополнительной энергии, чем было зафиксировано японскими учеными.

В 1996 году были опубликованы первые предположения о том, что источник дополнительной энергии при обычном и плазменном электролизе воды – это синтез атомов водородов, а вовсе не синтез ядер. На территории России результаты первых экспериментов, которые показали уменьшение энергетических затрат на получение водорода при осуществлении плазменного электролиза, опубликовал российский ученый Канарев Ф.М.

Таким образом, возможно, высокоэффективный электролиз является одним из незаслуженно забытых путей решения всех энергетических проблем человечества. Еще в «Курсе физики» О.Д. Хвольсона (Берлин, 1923) объясняется, как можно, не нарушая никаких законов физики, построить машину, которая будет производить тепло за счет положительной разности энергии сжигания водорода и энергии, затраченной на его получение в процессе электролиза воды. Суть этого заключается в том, что при электролизе воды энергия не расходуется на разъединение атомов. Эта работа осуществляется без участия ученых, а с помощью межмолекулярных сил при диссоциации ионами серной кислоты воды. Энергия в этом случае расходуется только на нейтрализацию зарядов уже имеющихся ионов водорода и кислотных остатков. А при сжигании водорода выделяется только энергия, затрачиваемая на разделение связанных атомов в воздухе.  Таким образом, можно получить 67,54 ккал взамен потраченных 5 ккал. (Ф. Лепехин)

Массовое внедрение высокоэффективного электролиза все еще только планируется. Но уже сейчас, хотя и в рамках водородно-топливных разработок, американская корпорация Stuart Energy обратилась к электролизу воды как к источнику водорода. Специалисты Stuart Energy создали заправочный аппарат, производящий водород и хранящий его в 104-фунтовом резервуаре. Таким образом, топливом обеспечивается небольшой машинный парк, а на заправку каждого автомобиля уходит не больше двух минут. Предвидеть социальные и экономические последствия внедрения высокоэффективного источника электроэнергии, работающего по замкнутому циклу, не так уж сложно. В перспективе видится децентрализация экономики и рассеивание мегаполисов: экономическая деятельность и частная жизнь людей перестанут зависеть от крупных городов, их промышленности и энергетики. Регионы станут более свободны от центра, власть которого сегодня основана на централизованной топливной энергетике.

Обзор подготовлен Аллой Пашовой

При поддержке http://freemarket.kiev.ua/286940/samsung-galaxy-grand-i9082.html