Вода - топливо будущего

   1.Вода - топливо для ракет

Вода — плотная субстанция, ее не нужно хранить под давлением, поэтому все давно думают о том, как использовать воду. Когда человечество начнет использовать ресурсы, которые добываются за пределами Земли, вода станет первым из таких ресурсов. Вода обнаружена на Луне, на околоземных астероидах, на Марсе. Все смотрят в долгосрочном плане, как использовать воду в качестве ракетного топлива.
Сейчас наши космические путешествия, вероятно, в значительной степени будут зависеть от ракет на том топливе, которое распространено сейчас. Они работают за счет сжигания газа в задней части аппарата и за счет этого, благодаря законам физики, толкаются вперед.
Первое опасение вызывает безопасность. Упаковка энергии в малом объеме и массе в форме топлива означает, что даже малейшая проблема приведет к катастрофическим последствиям вроде того, что мы видели с недавним взрывом ракеты SpaceX. Вывод спутников на орбиту с любой формой нестабильного топлива на борту может означать катастрофу для дорогостоящего оборудования, а может и для человеческой жизни, что еще хуже.
Вода может помочь нам обойти эту проблему, поскольку является по сути переносчиком энергии, а не топливом.  Планируется  использовать, а скорее использовать электричество от солнечных батарей для разделения воды на водород и кислород и использования их в качестве топлива. Эти два газа соединяются и становятся гремучей смесью, позволяя реализовать энергию, затраченную на расщепление воды. Сжигание этих газов можно использовать для движения спутника вперед, его разгона или изменения положения на орбите в зависимости от пункта назначения.
Солнечные батареи  весьма надежны и не имеют движущихся частей, поэтому идеально подходят для функционирования в условиях микрогравитации и в экстремальных условиях космоса, чтобы производить ток из солнечного света. Традиционно эта энергия аккумулируется в батареях, но ученые хотят использовать ее для расщепления воды на борту.
Предлагаемый процесс — известный как электролиз — включает пропускание тока через воду, как правило, содержащую немного растворимого электролита. Ток разбивает воду на кислород и водород, выделяющиеся отдельно на двух электродах — на аноде и катоде. На Земле гравитация затем разделяет эти газы, и их можно использовать. Но в условиях невесомости, на спутнике потребуются центробежные силы от вращения для разделения газов из раствора.
Электролиз уже использовали в космосе раньше, чтобы обеспечить кислородом пилотируемые космические миссии и не забирать наверх кислородные резервуары под высоким давлением, например, на Международной космической станции. Но вместо того, чтобы отправлять воду в космос в виде груза на ракете, мы могли бы просто однажды добывать ее на Луне или на астероидах. Если новый подход использования водорода и кислорода для спутникового топлива окажется успешным, мы могли бы получить его готовый источник в космосе. Такой подход можно было бы применить к энергоснабжению космических аппаратов будущего.
Как это часто бывает, разработки в области космических технологий рождают идеи, которые можно применить и на Земле, особенно в решении существенных энергетических проблем. Электричество действительно сложно хранить, а по мере увеличения спроса на электроэнергию мы нуждаемся в прорывах. Ветер и солнечные фермы — не самые эффективные формы возобновляемой энергии, не из-за проблем с выработкой энергии, а из-за того, что мы зачастую не можем сделать ничего полезного с этой энергией. Электросети не справляются в периоды высокой выработки и низкого спроса на энергию.
Возможно, нам поможет использование излишков электроэнергии для расщепления воды на водород и кислород.
Предлагаемый процесс — известный как электролиз — включает пропускание тока через воду, как правило, содержащую немного растворимого электролита. Ток разбивает воду на кислород и водород, которые выделяются отдельно на двух электродах — на аноде и катоде. На Земле гравитация затем разделяет эти газы, и их можно использовать. Но в условиях невесомости, на спутнике потребуются центробежные силы от вращения для разделения газов из раствора.
Можно использовать  воду как топливо напрямую — не разлагать  на водород и кислород.  Двигатель — это такая небольшая микроволновая печка размером с банку из-под кофе.  Создаем микроволновое излучение, используя солнечную энергию, солнечные панели. В этой маленькой микроволновой печке  нагревается вода  (точнее, водяной пар) до температуры выше поверхности солнца. А дальше этот перегретый газ или слабо ионизированная плазма выбрасывается из сопла и создает тягу.
 Поскольку мы можем нагреть пар до гораздо более высокой температуры, чем это делается в химическом двигателе, то  технология позволяет использовать гораздо меньшее по массе топливо, чем используют классические двигатели. Но тяга этих двигателей не очень большая — мы не можем полететь с Земли, но можем перемещаться в космосе, где невесомость.

    2.Вода - топливо для машин

Попытки использовать воду в качестве источника энергии делались давно. Можно разложить воду на водород и кислород путем электролиза, и затем применять водород в качестве горючего, а кислород — окислителя. Загвоздка в том, что разложение воды на составные части требует энергетических затрат, больших, нежели воссоединение водорода и кислорода: КПД любой системы меньше ста процентов. Управляемая термоядерная реакция в начале сороковых годов существовала лишь в умах физиков-теоретиков

Бензиновый двигатель был изобретен очень давно, но используется в наше время. Люди всегда хотели, чтобы двигатель был мощным и экономичным. Было придумано много различных вариантов. Но не все используются в современном мире.
Здесь будет рассмотрена подача газа в двигатель. Этот газ называют по-разному: газ Брауна, гидроген, водяной газ. Он делается на основе воды. Главное преимущество системы Брауна – улучшение экологии окружающей среды.
Бензин экономится из-за его лучшего горения. Часто только около 15% энергии бензина, превращается в механическую энергию в двигателе внутреннего сгорания. Если двигатель дополнить газом Брауна, то это приведет к тому, что топливо будет лучше сгорать, а доступная энергия из бензина преобразуется в механическую. И это не нарушает законов термодинамики.
Когда газ сгорает, получается сухой водяной пар. Он служит для того, чтобы очистить клапанно-поршневую группу от нагара, улучшить теплообмен между клапаном и седлом. В результате этого ресурс двигателя увеличивается. Из-за того, что расход топлива уменьшается, увеличивается пробег топливных форсунок, межсервисный пробег увеличивается, а также загрязнение масла уменьшается.
Один литр воды становиться шире на 1866 литра горючего газа. 30-40 часов можно проехать на каждом литре.
Чтобы в домашних условиях разложить воду на газ нужны: катализатор, дистиллированная вода, электричество, электроды.
Способов сделать автомобиль на воде своими руками множество. Но мы остановимся на одной, более простой конструкции.
Чтобы собрать генератор Брауна надо взять оргстекло 5 мл, 20 метров проволоки из нержавейки (марка 316), трубку из винила диаметром 4мл и шесть банок объемом 700 мл. Катализатором можно сделать КаОН или NaOH (резиновые перчатки используйте обязательно, так как эти вещества являются щелочью).
Можно использовать только одну банку, вместо шести, но обязательно учитывать следующие правила:
-надо, чтобы получилось строго определенное количество газа. Например, вам понадобиться 0,7-1,5 литра газа в минуту при условии, что у вас двигатель 1,5 л;
-температура электролита и количество газа сильно зависит от напряжения на электродах. Электролит может нагреться до 60 градусов уже через два часа при 12В питания. Это будет много, поэтому лучше подать 6В, а не 12В. Чтобы это сделать, нужно включить две банки одну за другой. Но тогда упадет количество производимого газа. Надо взять больше банок – лучше шесть (все параллельно и две последовательно).
Дальше все очень легко – надо вырезать пластинки и соединить их крест накрест. Потом обмотать их проволокой (2 электрода) и закрепить к крышке. На крышке нужно обязательно сделать штуцер, чтобы газ выходил и специальные болты, чтобы провода крепились к электродам. Электроды должны быть не замкнуты между собой, а крышка сидеть герметично при закрытии банки.
В банки нужно залить приблизительно пол-литра дистиллированной воды, предварительно добавив половину чайной ложки КаОН. Получается, что 6 банок должны потреблять ток примерно 6А при правильном соединении. Эта система должна работать на любом автомобиле
Так что же скрывается за водяными автомобилями? Дело в том, что в качестве топлива используется не вода, а водяные растворы солей. Если немного упростить, то двигатель работает на соленой воде. Что такое соленая вода? Это электролит, как в обычных батарейках. А из электролита извлечь энергию проще, чем из воды.

Фактически двигатель на соленой воде, еще используется название "потоковая батарея", работает по тому же принципу, что и топленный элемент использующий водород (есть еще топливные элементы использующие метанол, щелочи или кислоты).

Упрощенная модель выглядит так. Соляной раствор протекает через мембрану, где раствор вступает в реакцию окисления, производя отрицательно заряженные электроны и положительно заряженные, создавая при этом электрический ток. То есть имеем батарейку в которой соляной раствор не замкнут внутри оболочки и таким образом, залить в бак такого топлива можно столько, сколько позволит сам бак. Как и в случае с другими типами топливных элементов, в этом используется два типа жидкости, то есть заправлять придется 2 отдельных бака.

Один раствор нужен для реакции окисления, другой, для реакции восстановления. Таким образом, вся система представляет собой скорее аккумулятор, так как может быть перезаряжена, ну на худой конец жидкость в баки можно залить совсем новую.

Самое интересное, что история топливных элементов сама по себе не нова. Принцип был открыт еще в 19-м веке, а первые работающие топливные элементы появились в 50-60-х годах двадцатого. Многие из них даже использовались для питания оборудования на космических аппаратах.

КПД топливных элементов и двигателей на их основе выше, чем у двигателей внутреннего сгорания, ведь превращение химической энергии в электрическую идет без сгорания топлива, а движущихся частей (на трение в которых расходуется энергия) в такой системе очень мало.

В отличие от водородных топливных элементов, вариант машины использующей растворы солей выглядит более перспективным, так как химическая промышленность и инфраструктура более готова к производству соляных растворов, чем к производству водорода.

Но если вы вообще не намерены ждать, то в интернете вы можете купить машинку игрушку, которая ездит на растворе обычной столовой соли всего за пару долларов. Так сказать для "знакомства с технологией".

    3.Вода - топливо для самодельщиков

Рикардо Азеведо, простой госслужащий из Бразилии, в свободное от основной работы время занимался проектированием в собственном гараже мотоцикла, использующего в качестве топлива водород.
За основу им был взят обычный мотоцикл Honda, на который была установлена автомобильная батарея. Благодаря электричеству, запустился процесс электролиза, в ходе которого из молекулы воды был выделен водород. Естественным окончанием данной реакции является сгорание, в результате чего вырабатывается энергия, необходимая для движения транспортного средства. Со слов изобретателя, в ходе расщепления воды водорода образуется больше, чем кислорода, что и даёт возможность использовать его в качестве топлива.

Устройство с помощью которого передвигается мотоцикл получила название Moto Power H2O. С момента первого выезда на дорогу прошло чуть более полугода. После длительных испытаний автор проекта уверен, что в случае массового производства его разработка может оказать значительное влияние на уменьшение уровня загрязнения окружающей среды, так как вместо вредных веществ из выхлопной трубы транспортного средства выводится водяной пар. Как заявил Азеведо, 1 литра воды мотоциклу достаточно для преодоления расстояния в 500 км.
В ходе тестов было установлено, что тип воды для двигателя не важен: она может быть как обычной питьевой, так и дистиллированной или даже загрязненной, взятой из реки или озера.

Текст  составлен из статей,  взятых из Интернета.




Май  2019 г.