Сколько лет человечество уже пользуется автомобилем? Более века. Но что изменилось с тех пор когда Карл Бенс создал первый автомобиль с бензиновым двигателем? Лишь то, что он стал более модифицированным, более навороченным. А вот прорыва в плане замены нефтепродуктов на иные источники энергии так и не произошло. Это, во-первых, не выгодно автогигантам. Во-вторых, это не выгодно тем, кто контролирует рынок нефти. Но главное — это бы ослабило позиции доллара, как мировой валюты. Напомню, что после отмены «золотого стандарта», гегемония доллара по большей части поддерживалась на биржевой торговле сырьевыми товарами. Именно она на постоянной основе обеспечивала спрос на американскую валюту, что ранее позволяло ФРС проводить эмиссию доллара в целях поддержки и развития экономики США...
Кроме привычного бензобака, на «Москвич-412» установили мини-реактор, заправленный энергоаккумулирующими веществами (ЭАВ) — катализаторами, в основе которых лежат оксиды различных металлов. Проходя через этот реактор, вода расщеплялась на кислород и водород, который потом и сгорал в цилиндрах привычного ДВС. Скоростью реакции управлял водитель, нажимая на педаль газа. Примечательно, что топливную систему для подачи водорода установили параллельно со стандартной бензиновой.
Фото, где «Москвич» заправляется водой, наверное многие видели. Однако не многие знают, что была ещё и «Волга», работающая на водороде.
Более того, в 1986 году Минавтопромом СССР было принято решение о выпуске и последующей эксплуатации в городах СССР опытной партии городских микроавтобусов РАФ (200 штук), работающих на бензоводородных смесях. Однако это решение из‑за начавшихся политических процессов не было выполнено. ВОДОРОДНАЯ ЭНЕРГЕТИКА В РОССИИ И СССР
В Советском Союзе работы по исследованию водорода в качестве моторного топлива начались в 1935 г. в Московском механико-машиностроительном институте им. М.В. Ломоносова (МММИ) (в настоящее время МГТУ им Н.Э. Баумана). Профессор В.И. Сороко-Новицкий с коллегами опубликовали научно-исследовательский отчет “Об использовании возможности работы двигателя на водороде”. В этой работе исследовалось влияние добавок водорода к бензину на двигателе ЗИС-5 [53]. Известны также работы по использованию в качестве топлива водорода, которые проводились Ф.Б. Перельманом [54].
Реальное практическое применение водорода в качестве моторного топлива началось в 1941 г. в блокадном Ленинграде в Великую Отечественную войну. Техник-лейтенант Б.И. Шелищ предложил использовать водород, “отработавший” в аэростатах, как моторное топливо для двигателей автомобиля ГАЗ-АА [55, 56]. В общей сложности в 1941–1942 гг. около 200 грузовиков были переведены на водород. Для опускания аэростатов, частично потерявших свою подъемную силу, требовалось большое усилие. Эта операция осуществлялась с использованием механической лебедки, установленной на автомобиль ГАЗ-АА. Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) вращал лебедку для опускания аэростатов. В блокадном Ленинграде было оборудовано несколько сотен постов противовоздушной обороны, на которых использовались автомобили ГАЗ-АА, работающие на водороде [57].
На рис. 2 на заднем плане виден спущенный на землю водородный аэростат, из которого водород перекачивается в газгольдер, расположенный на переднем плане [54]. Отработанный водород из матерчатого газгольдера подводился к всасывающему коллектору двигателя ГАЗ-АА через технологическую пробку. Минуя карбюратор, газ поступал в рабочие цилиндры. Дозировка водорода и воздуха обеспечивалась дроссельной заслонкой или педалью акселератора.
Рис. 2. Автомобиль ГАЗ-АА на водороде [58]. В области использования водорода в качестве топлива для ДВС следует отметить работы Центрального научно-исследовательского автомобильного и автомоторного института (НАМИ), Института проблем машиностроения АН УССР (ИПМАШ АН УССР), НПО “КВАНТ”, Сектора механики неоднородных сред АН СССР (СМНС АН СССР), Завода-ВТУЗ при ЗИЛе и др. Наряду с научными аспектами, связанными с изучением теории ДВС на водороде и его добавках к бензину, большое внимание уделялось исследованиям в области безопасности использования водорода в качестве топлива для транспортных средств, а также способов его хранения на борту автомобиля [54, 55]. Опытная эксплуатация бензоводородных автомобилей “Волга” была начата в Харькове в 1980 г. и показала перспективность перевода части городского автотранспорта на бензоводородные смеси. В 1986 г. в Минавтопром СССР было принято решение о выпуске и последующей эксплуатации в городах СССР опытной партии городских микроавтобусов РАФ (200 штук) (рис. 3), работающих на бензоводородных смесях. Однако это решение из-за начавшихся политических и экономических процессов не было выполнено [51].
Рис. 3. Микроавтобус РАФ, работающий на водороде и бензине (1979 г.).
В 2006 г. Национальной ассоциацией водородной энергетики (НАВЭ) был представлен автомобиль “Газель” с ДВС, работающим на бензоводородных топливных композициях. Автомобиль был разработан при участии НИУ “Московский энергетический институт” (МЭИ (ТУ)), ЗАО Автокомбинат № 41 (Москва), ООО “Аудит-Премьер”.
В 2007 г. НАВЭ в сотрудничестве с ОАО “АВЭКС”, МЭИ (ТУ) и ЗАО Автокомбинат № 41 представила еще один вариант водородного автомобиля (рис. 4). Полезная нагрузка автомобиля 2000 кг. Мощность электропривода 65–70 кВт, мощность ДВС 10 кВт. Запас хода автомобиля 200 км [60].
Рис. 4. Автомобиль НАВЭ на выставке “Инновационные достижения”, проходившей в рамках форума, 2006 г. [59].
В начале 1980-х годов в конструкторском бюро Н.Д. Кузнецова были разработаны авиационные двигатели, предназначенные для пассажирских самолетов Туполева. Эти двигатели, работающие на водороде, прошли стендовые и летные испытания. ОКБ Туполева на базе серийного пассажирского самолета Ту-154 был создан экспериментальный водородный самолет Ту-155 (рис. 5). 15 апреля 1988 г. самолет ТУ-155 совершил первый полет. Самолет Ту-155 прошел обширный комплекс испытаний, в ходе которых установлено 14 мировых рекордов. На нем было выполнено около 100 продолжительных полетов на жидком водороде.
Рис. 5. Самолет ТУ-155 с водородными двигателями и экипаж самолета Ту-155 [61].
Работа над комплексом “Энергия-Буран” (рис. 6) велась около десяти лет. Головным разработчиком орбитального корабля “Буран” стало НПО “Молния”. В качестве двигателя на второй ступени ракеты-носителя “Энергия” был установлен жидкостный ракетный двигатель РД-0120, работающий на жидком водороде и жидком кислороде. Космический полет “Бурана” состоялся 15 ноября 1988 г. Автоматический полет “Бурана” был занесен в Книгу рекордов Гиннесса и является непревзойденным до сих пор [62].
Рис. 6. Многоразовый космический корабль Энергия-Буран [63].
В настоящее время одним из возможных способов обеспечения поэтапного перехода к водородной энергетике в транспортной отрасли является производство синтез-газа и/или хайтана (смеси водорода и окиси углерода или метана, от англ. hythane). Причем в случае синтез-газа его получение возможно непосредственно на борту транспортного средства с использованием части основного (газообразного или жидкого) углеводородного топлива. Применение синтез-газа и хайтана оказывает положительное влияние на параметры рабочих процессов ДВС. О плазма-химической конверсии топлива говорилось ранее, а в Сибирском государственном университете путей сообщения совместно с Институтом катализа им. Г.К. Борескова СО РАН были проведены экспериментальные исследования по использованию добавок водородсодержащего синтез-газа и на дизельных ДВС [64]. Одним из вариантов является бортовой генератор синтез-газа, состоящий из каталитического реактора воздушной конверсии углеводородного топлива в синтез-газ с использованием катализатора на основе металлосетчатого носителя с активным компонентом на основе наночастиц никеля [65]. В этом институте также выполнен большой ряд разработок по конверсии различных видов топлива с использованием высокоэффективных наноструктурных катализаторов [49, 50].
В 2008 и 2009 г. в реальных условиях были проведены испытания эксплуатации: автомобили ГАЗ-2310 “Соболь” и “Баргузин”, оборудованные бортовыми генераторами синтез-газа, приняли участие в автопробегах “голубой коридор”, организованных ОАО “Газпром” по маршрутам Санкт-Петербург–Москва и Москва–Сочи. Испытания показали, что добавки синтез-газа к основному топливу значительно снижают эмиссию СО, СН, NOx и обеспечивают суммарное уменьшение расхода топлива.
Проведенные исследования [66] показали, что воздушная конверсия природного газа является наиболее простым и дешевым способом получения синтез-газа на борту транспортного средства. Однако применение синтез-газа требует соблюдения определенного пропорционального состава топливной смеси, так как превышение допустимого уровня содержания водорода в камере сгорания ДВС вызывает превышение допустимых пределов температуры горения и приводит к изменению характера вибрационной нагрузки [64, 67].
В 70-е годы прошлого столетия в нескольких научно-исследовательских организациях СССР были начаты работы по использованию водорода в качестве топлива не только для ДВС, но и для электрохимических генераторов (ЭХГ) на основе топливных элементов (ТЭ) [68].
В СССР первые публикации о щелочных топливных элементах (ЩТЭ) появились в 1941 г., а первые практически значимые разработки были выполнены в 60-х годах на Уральском электрохимическом комбинате (УЭХК) и в Ракетно-космической корпорации “Энергия” им. С.П. Королёва (РКК “Энергия”) для космических кораблей.
В 1969–1975 гг. УЭХК для РКК “Энергия” разработаны ЭХГ “Волна-20” (рис. 7) с батареей ЩТЭ с циркулирующим электролитом и организовано их опытное производство [69].
Рис. 7. Водородно-кислородный электрохимический генератор “Волна-20” [70].
В конце 80-х годов для корабля “Буран” на УЭХК был разработан ЩТЭ – электрохимический генератор “Фотон” (рис. 8) с номинальной мощностью 10 кВт с возможностью увеличения мощности за счет объединения нескольких модулей. КПД генератора составлял 60%, гарантированный ресурс 2000 ч [71], которые, правда, не были задействованы во время полета “Бурана”.
Рис. 8. Электрохимический генератор “Фотон”.
Наряду с разработками ЩТЭ для космических кораблей в СССР велись работы по созданию подводной лодки с энергетическими установками на ЩТЭ, которые были начаты в первой половине 70-х годов прошлого века (ЦКБ “Лазурит”, НПО “Квант”, СКБ Котлостроения, ЦКБ МТ “Рубин”, а в дальнейшем к ним присоединились разработчики ЩТЭ для космических аппаратов).
Для подводной лодки “Катран” проекта 613Э была создана энергоустановка с ЩТЭ мощностью 280 кВт. Реагенты – жидкие кислород и водород – хранились в криогенных емкостях вне основного корпуса подлодки.
В 1988 г. подводная лодка “Катран” успешно прошла испытания и впервые в мире подтвердила принципиальную возможность создания и эффективного использования ТЭ для этого вида техники. К сожалению, работы по созданию энергоустановок для подводных лодок в СССР были приостановлены в отличие от аналогичных разработок за рубежом [71].
В 2001 и 2003 г. Уральский электрохимический комбинат, РКК “Энергия” и АвтоВАЗ на автосалонах в Москве демонстрировали автомобиль “Лада АНТЭЛ-1” и “Лада АНТЭЛ-2” с электродвигателем и блоком энергоснабжения на основе ЭХГ “Фотон”, представленные на рис. 9. В первой системе окислителем служил кислород, во второй – очищенный от CO2 воздух. На одной заправке водорода, хранящегося в баллонах, эти автомобили могли проехать 300 км [72]. Конечно, стоимость такой системы (с учетом ее “космического происхождения”) была излишне велика.
Рис. 9. Автомобили ВАЗ на топливных элементах “АНТЭЛ-1” (а) и “АНТЭЛ-2” (б) [73].
В 1970–1980 гг. в НПО “Квант” совместно с рижским автобусным заводом РАФ был создан первый в мире экспериментальный водородный микроавтобус “Квант-РАФ” с комбинированной энергоустановкой на основе водородно-воздушного ТЭ мощностью 2 кВт и никель-цинковой аккумуляторной батареи (5 кВт·ч), который был представлен на Московской международной выставке “Электро-82” и прошел экспериментальную эксплуатацию [51].
С 1966 г. РКК “Энергия” разрабатывала фосфорно-кислые ТЭ для советской лунной программы. С 1987 по 2005 г. “Энергия” произвела около 100 топливных элементов, которые наработали суммарно около 80 000 ч [74]. Однако в дальнейшем разработки в этой области прекратились.
В 1999 г. для космического аппарата “Ямал” были созданы модули из двух никель-водородных аккумуляторных батарей (рис. 10), т.е. водород использовали не только для ТЭ, но и для их аналогов [72].
Рис. 10. Первый российский беспилотник, снабженный ТПТЭ, 2013
Статья полностью
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Skatījumu skaits: 343 | | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Komentāru kopskaits: 0 | |