Campuran hidrogen-oksigen, sebagai yang paling energik, diusulkan untuk digunakan dalam mesin oleh K. E. Tsiolkovsky pada tahun 1903. Hidrogen sudah digunakan sebagai bahan bakar: untuk mobil (dari satu setengah ke Toyota Mirai), pesawat jet (dari Heinkel ke Tu-155), torpedo (dari GT 1200A ke Shkval), roket (dari Saturnus ke Burana ). Aspek baru dibuka oleh produksi hidrogen metalik dan aplikasi praktis dari reaktor Rossi. Dalam waktu dekat akan berkembang teknologi untuk memperoleh hidrogen murah dari Laut Hitam hidrogen sulfida dan langsung dari sumber degassing bumi. Meskipun ada tentangan dari lobi minyak, kita memasuki era hidrogen tanpa terelakkan!
Mengubah konsumsi kita - bersama-sama kita mengubah Dunia!
Pro dan kontra bahan bakar hidrogen
Bahan bakar hidrogen memiliki sejumlah fitur:
- Perpindahan panas hidrogen 250% lebih tinggi dari pada campuran bahan bakar-udara.
- Setelah pembakaran campuran hidrogen, hanya uap yang dihasilkan di saluran keluar.
- Reaksi pengapian lebih cepat dibandingkan dengan bahan bakar lainnya.
- Berkat stabilitas detonasi, rasio kompresi dapat ditingkatkan.
- Penyimpanan bahan bakar tersebut berlangsung dalam bentuk cair atau terkompresi. Jika terjadi kerusakan tangki, hidrogen menguap.
- Tingkat yang lebih rendah dari proporsi gas untuk bereaksi dengan oksigen adalah 4%. Berkat fitur ini, dimungkinkan untuk menyesuaikan mode operasi mesin dengan memberi dosis konsistensi.
- Efisiensi mesin hidrogen mencapai 90 persen. Sebagai perbandingan, mesin diesel memiliki efisiensi 50%, dan mesin pembakaran internal konvensional - 35%.
- Hidrogen adalah gas yang mudah menguap, sehingga masuk ke celah dan rongga terkecil. Karena alasan ini, hanya sedikit logam yang mampu menahan efek destruktifnya.
- Kebisingan berkurang saat mesin bekerja.
Mesin hidrogen pertama mulai bekerja di Uni Soviet pada tahun 1941
Anda akan terkejut, tetapi mesin pertama dari "truk" biasa mulai bekerja pada hidrogen di Leningrad yang terkepung pada bulan September 1941! Teknisi-letnan muda Boris Shchelishch, yang bertanggung jawab atas kenaikan rentetan balon, diperintahkan, jika tidak ada bensin dan listrik, untuk memasang pengerek. Karena balon diisi dengan hidrogen, dia mendapat ide untuk menggunakannya sebagai bahan bakar.
Video promosi:
Selama eksperimen berbahaya, dua balon terbakar, tangki bensin meledak, dan Boris Isaakovich sendiri mendapat kejutan peluru. Setelah itu, untuk pengoperasian yang aman dari campuran "peledak" udara-hidrogen, ia menemukan segel air khusus, yang mengecualikan penyalaan jika terjadi kilatan di pipa masuk mesin. Ketika semuanya akhirnya berhasil, para pemimpin militer tiba, memastikan bahwa sistem bekerja dengan baik, dan memerintahkan untuk mentransfer semua derek aerostatik ke jenis bahan bakar baru dalam 10 hari. Mengingat keterbatasan sumber daya dan waktu, Shchelishch dengan cerdik menggunakan alat pemadam api nonaktif untuk membuat segel air. Dan masalah mengangkat balon yang bertubi-tubi berhasil diselesaikan!
Boris Isaakovich dianugerahi Ordo "Bintang Merah" dan dikirim ke Moskow, pengalamannya digunakan di unit pertahanan udara ibukota - 300 mesin dipindahkan ke "hidrogen kotor", sertifikat penemu No. 64209 untuk penemuan dikeluarkan. Dengan demikian, prioritas USSR dalam pengembangan sektor energi di masa depan terjamin. Pada tahun 1942, sebuah mobil yang tidak biasa diperlihatkan di sebuah pameran peralatan yang disesuaikan dengan kondisi blokade. Pada saat yang sama, mesinnya bekerja 200 jam tanpa henti di ruang tertutup. Gas buang - uap biasa - tidak mencemari udara.
Pada tahun 1979, di bawah pengawasan ilmiah E. V. Shatrov. tim kreatif pekerja NAMI, yang terdiri dari V. M. Kuznetsov Ramenskiy A. Yu., Kozlova Yu. A. prototipe minibus RAF, yang menggunakan hidrogen dan bensin, dikembangkan dan diuji.
Tes RAF 22031 (1979).
Kendaraan bawah air hidrogen peroksida
Pada tahun 1938-1942, di galangan kapal Kiel, di bawah kepemimpinan insinyur Walter, sebuah kapal eksperimental U-80 dibangun yang bekerja pada hidrogen peroksida. Pada pengujian, kapal tersebut menunjukkan kecepatan penuh bawah air 28,1 knot. Uap air dan oksigen yang diperoleh sebagai hasil penguraian peroksida digunakan sebagai fluida kerja di turbin, setelah itu dibuang ke laut.
Gambar tersebut secara konvensional menunjukkan perangkat kapal selam dengan mesin hidrogen peroksida.
Secara total, Jerman berhasil membangun 11 perahu dari Universitas Teknik Negeri Perm.
Setelah kekalahan Hitler Jerman di Inggris, Amerika Serikat, Swedia dan Uni Soviet, pekerjaan dilakukan untuk membawa rencana Walter ke implementasi praktis. Sebuah kapal selam Soviet (proyek 617) dengan mesin Walter dibangun di biro desain Antipin.
VA-111 UNDERWATER TORPEDA ROCKET "SHKVAL" yang terkenal. Ya.
Sementara itu, keberhasilan industri tenaga nuklir memungkinkan penyelesaian masalah mesin kapal selam yang kuat dengan lebih baik. Dan ide-ide ini berhasil diterapkan pada mesin torpedo. Walter HWK 573. (mesin bawah air dari rudal udara-ke-permukaan anti-kapal pertama di dunia GT 1200A yang menghantam kapal di bawah garis air). Gliding torpedo (UAB) GT 1200A memiliki kecepatan bawah air 230 km / jam, menjadi prototipe dari torpedo berkecepatan tinggi Uni Soviet "Shkval". Torpedo DBT mulai beroperasi pada Desember 1957, beroperasi dengan hidrogen peroksida dan mengembangkan kecepatan 45 knot dengan jarak jelajah hingga 18 km.
Generator gas melalui kepala kavitasi menciptakan gelembung udara di sekitar tubuh objek (gelembung gas-uap) dan, karena penurunan tahanan hidrodinamik (tahan air) dan penggunaan mesin jet, kecepatan gerakan bawah air yang diperlukan (100 m / s) tercapai, yang beberapa kali lebih tinggi dari kecepatan torpedo konvensional tercepat. Untuk pekerjaan, bahan bakar hidroreaktif digunakan (logam alkali, saat berinteraksi dengan air, melepaskan hidrogen).
Tu-155 pada hidrogen telah menetapkan 14 rekor dunia
Selama Perang Dunia Kedua, perusahaan "Heinkel" menciptakan seluruh lini pesawat jet di bawah mesin Walter Walter HWK-109-509 dengan daya dorong 2000 kgf., Bekerja pada hidrogen peroksida.
Rusia cukup berhasil, tetapi sayangnya, tidak menjadi pengalaman serial dalam menciptakan pesawat "ekologis" di akhir tahun 80-an abad yang lalu. Dunia disajikan dengan Tu-155 (model eksperimental Tu-154), yang berjalan dengan hidrogen cair, dan kemudian pada gas alam cair. Pada tanggal 15 April 1988, pesawat tersebut pertama kali dibawa ke angkasa. Dia mencetak 14 rekor dunia dan menyelesaikan sekitar seratus penerbangan. Namun, kemudian proyek tersebut “di rak”.
Pada akhir 1990-an, atas perintah Gazprom, Tu-156 dibangun dengan mesin gas cair dan minyak tanah penerbangan tradisional. Pesawat ini mengalami nasib yang sama dengan Tu-155. Dapatkah Anda bayangkan betapa sulitnya bahkan bagi Gazprom untuk melawan lobi minyak!
Mobil hidrogen
Mobil bertenaga hidrogen dibagi menjadi beberapa kelompok:
- Kendaraan yang ditenagai oleh hidrogen murni atau campuran udara / bahan bakar. Keunikan mesin tersebut adalah knalpot bersih dan efisiensi meningkat hingga 90%.
- Mobil hybrid. Mereka memiliki mesin ekonomis yang mampu berjalan dengan hidrogen murni atau campuran bensin. Kendaraan semacam itu sesuai dengan standar Euro-4.
- Mobil dengan motor listrik internal yang memberi daya pada sel hidrogen di dalam kendaraan.
Fitur utama kendaraan hidrogen adalah cara bahan bakar dimasukkan ke ruang bakar dan dinyalakan.
Model kendaraan hidrogen berikut sudah diproduksi secara serial:
- Ford Focus FCV;
- Mazda RX-8 hidrogen;
- Mercedes-Benz A-Class;
- Honda FCX;
- Toyota Mirai;
- MAN Lion City Bus dan bus Ford E-450;
- kendaraan hybrid dua bahan bakar BMW Hydrogen 7.
Mobil hidrogen serial Toyota * Mirai *.
Mobil ini mampu berakselerasi hingga 179 km / jam, dan mobil tersebut berakselerasi hingga 100 km / jam dalam 9,6 detik dan yang terpenting mampu menempuh jarak 482 km tanpa pengisian bahan bakar tambahan.
Kepedulian BMW mempresentasikan versinya tentang mobil Hidrogen. Model baru ini telah diuji oleh tokoh budaya, pengusaha, politisi, dan tokoh populer terkenal lainnya. Pengujian menunjukkan bahwa peralihan ke bahan bakar baru tidak memengaruhi kenyamanan, keselamatan, dan dinamika kendaraan. Jika perlu, jenis bahan bakar bisa diganti satu sama lain. Kecepatan hidrogen7 - hingga 229 km / jam.
Honda Clarity merupakan mobil kepedulian dari Honda yang dibuat takjub dengan cadangan tenaganya. Panjangnya 589 km, yang tidak dapat dibanggakan oleh kendaraan rendah emisi lainnya. Pengisian ulang membutuhkan tiga hingga lima menit.
Stasiun Energi Rumah III adalah unit kompak yang mencakup sel bahan bakar, silinder penyimpanan hidrogen, dan reformer gas alam yang mengekstraksi H2 dari pipa gas.
Metana dari jaringan rumah tangga diubah oleh perangkat ini menjadi hidrogen. Dan dia - listrik untuk rumah. Kekuatan sel bahan bakar di Stasiun Energi Rumah adalah 5 kilowatt. Selain itu, tabung gas built-in berfungsi sebagai semacam penyimpan energi. Pabrik menggunakan hidrogen ini pada beban puncak di jaringan rumah. Menghasilkan listrik 5 kW dan hingga 2 m3 hidrogen per jam.
Kerugian dari kendaraan hidrogen meliputi:
- kekokohan pembangkit listrik saat menggunakan sel bahan bakar, yang mengurangi kemampuan manuver kendaraan;
- sedangkan biaya tinggi dari unsur-unsur hidrogen itu sendiri karena paladium atau platina penyusunnya;
- ketidaksempurnaan desain dan ketidakpastian bahan untuk pembuatan tangki bahan bakar yang tidak memungkinkan penyimpanan hidrogen untuk waktu yang lama;
- kurangnya pengisian bahan bakar hidrogen, infrastruktur yang dikembangkan dengan sangat buruk di seluruh dunia.
Dengan produksi serial, sebagian besar kekurangan desain dan teknologi ini akan teratasi, dan dengan pengembangan produksi hidrogen sebagai mineral, dan jaringan stasiun pengisian, biayanya akan berkurang secara signifikan.
Pada 2016, kereta berbahan bakar hidrogen pertama kali muncul, yang merupakan gagasan dari perusahaan Jerman Alstom. Coranda iLint baru dijadwalkan untuk dimulai pada rute dari Buxtehude ke Cuxhaven, Lower Saxony.
Di masa depan, direncanakan untuk mengganti 4.000 kereta diesel di Jerman dengan kereta semacam itu, yang bergerak di ruas jalan tanpa elektrifikasi.
Sepeda hidrogen asli dirilis di Prancis. (Pragma Prancis). Anda hanya mengisi 45 gram hidrogen dan pergi! Konsumsi bahan bakar sekitar 1 gram per 3 kilometer.
Hidrogen dalam astronautika
Sebagai bahan bakar berpasangan dengan oksigen cair (LC), hidrogen cair (LH) diusulkan pada tahun 1903 oleh K. E. Tsiolkovsky. Ini mudah terbakar, dengan impuls spesifik tertinggi (untuk oksidator apa pun), yang memungkinkan massa muatan yang jauh lebih besar untuk diluncurkan ke luar angkasa dengan massa peluncuran roket yang sama. Namun, kesulitan obyektif menghalangi penggunaan bahan bakar hidrogen.
Yang pertama adalah kompleksitas pencairannya (produksi 1 kg LH harganya 20-100 kali lebih mahal dari 1 kg minyak tanah).
Yang kedua - parameter fisik yang tidak memuaskan - titik didih yang sangat rendah (-243 ° C) dan kepadatan yang sangat rendah (LH 14 kali lebih ringan dari air), yang berdampak negatif pada kapasitas penyimpanan komponen ini.
Pada tahun 1959, NASA mengeluarkan pesanan besar untuk desain unit oksigen-hidrogen Centaurus. Itu digunakan sebagai tahap atas kendaraan peluncuran seperti Atlas, Titan dan roket berat Saturnus.
Karena kepadatan hidrogen yang sangat rendah, tahap pertama (terbesar) dari kendaraan peluncuran menggunakan jenis bahan bakar lain (kurang efisien, tetapi lebih padat), seperti minyak tanah, yang memungkinkannya untuk diperkecil ukurannya menjadi ukuran yang dapat diterima. Contoh dari "taktik" semacam itu adalah roket Saturn-5, pada tahap pertama di mana komponen oksigen / minyak tanah digunakan, dan pada tahap kedua dan ketiga - mesin oksigen-hidrogen J-2, dengan daya dorong masing-masing 92104 ton.
Sebagai contoh, saya akan mengutip video peluncuran Apollo 11:
Pada menit ke-4 perekaman, tahap pertama dipisahkan dan tercipta ilusi bahwa mesin tahap kedua tidak berfungsi, hal ini menimbulkan banyak rumor tentang penerbangan ke Bulan yang tidak realistis. Nyatanya, pembakaran hidrogen di atmosfer bagian atas "tidak berwarna", nyala api menjadi terlihat saat benda atau potongan cat menghantamnya.
Dalam sistem "Pesawat Ulang-alik", tahap ke-2 juga bekerja dengan pasangan oksigen / hidrogen.
Di era perkembangan pesat astronotika di negara kita, mesin roket berbahan bakar cair dengan bahan bakar hidrogen juga banyak digunakan.
Hidrogen metalik
Pada 5 Oktober 2016, logam hidrogen diperoleh di laboratorium fisika Universitas Harvard. Ini membutuhkan tekanan 495 gigapascal. Jika masalah stabilitas dan pendinginan ruang bakar (6000 K) teratasi, maka logam hidrogen akan menjadi bahan bakar roket yang paling menjanjikan.
Ilmuwan percaya bahwa hidrogen metalik akan memberikan denyut 1000-1700 detik dalam mesin. (Dalam mesin roket modern, impuls 460 detik telah dicapai sejauh ini). Ditambah, tank kecil akan dibutuhkan untuk menyimpan hidrogen metalik, yang akan memungkinkan untuk membuat roket satu tahap untuk meluncurkan muatan ke luar angkasa, ini akan membuka era baru eksplorasi luar angkasa!
Mendapatkan berlian
Hidrogen telah menemukan aplikasi luar biasa lainnya dalam produksi berlian. Evolusi cairan hidrogen-metana dengan penurunan tekanan diekspresikan dalam oksidasi-diri (pembakaran dalam) hidrogen dan metana dalam sistem C-H-O dengan pembentukan intan, air, dan CO. Konfirmasi nyata dari proses ini adalah produksi berlian berkualitas permata yang mapan dengan berat hingga 4 karat dan lapisan film dari sistem cairan C-H-O (semikonduktor yang mewakili masa depan mikroelektronika). Lihat artikel Diamond Carbonado, semikonduktor paling berharga di masa depan.
Reaktor termal Rossi
Penemu Italia Andrea Rossi, dengan dukungan dari fisikawan konsultan ilmiah Sergio Fokardi, melakukan percobaan:
Berapa gram nikel (Ni) yang ditambahkan ke dalam tabung tertutup, 10% litium aluminium hidrida, ditambahkan katalis dan kapsul diisi dengan hidrogen (H2). Setelah dipanaskan hingga suhu sekitar 1100-1300 ° C, secara paradoks, tabung tetap panas selama sebulan penuh, dan energi panas yang dilepaskan beberapa kali lebih tinggi daripada yang dihabiskan untuk pemanasan!
Dalam sebuah seminar di Universitas Persahabatan Rakyat Rusia (RUDN) pada bulan Desember 2014, dilaporkan tentang pengulangan yang berhasil dari proses ini di Rusia:
Dengan analogi, tabung dengan bahan bakar dibuat:
Kesimpulan dari percobaan: pelepasan energi 2,58 kali lebih banyak daripada energi listrik yang dikonsumsi.
Di Uni Soviet, pekerjaan di CNS dilakukan sejak tahun 1960 di beberapa biro desain dan lembaga penelitian atas perintah negara, tetapi dengan pendanaan "restrukturisasi" dihentikan. Sampai saat ini, eksperimen berhasil dilakukan oleh para peneliti independen - penggemar. Pendanaan dilakukan dengan biaya pribadi kolektif warga Rusia. Salah satu kelompok penggemar, di bawah kepemimpinan NV Samsonenko, bekerja dalam pembangunan "Korps Teknik" Universitas RUDN.
Mereka melakukan serangkaian uji kalibrasi dengan pemanas listrik dan reaktor tanpa bahan bakar. Dalam hal ini, seperti yang diharapkan, daya panas yang dilepaskan sama dengan daya listrik yang disuplai.
Masalah utama adalah sintering bubuk dan reaktor yang terlalu panas secara lokal, yang menyebabkan koil pemanas terbakar dan bahkan reaktor itu sendiri dapat terbakar terus menerus.
Tapi A. G. Parkhomov, berhasil membuat reaktor jangka panjang. Daya pemanas 300 W, efisiensi = 300%.
Reaksi fusi 28Ni + 1H (ion) = 29Cu + Q menghangatkan bumi dari dalam
Inti dalam bumi mengandung nikel dan hidrogen, pada suhu 5000K dan tekanan 1,36 Mbar, jadi ada semua kondisi untuk reaksi fusi di interior bumi, secara eksperimental direproduksi di reaktor Rossi! Sebagai hasil dari reaksi ini, tembaga diperoleh, senyawa yang ditemukan di zona "perokok hitam" dari ekspansi bumi (pegunungan di tengah samudra) dalam aliran yang kaya hidrogen.
Hidrogen gelap
Pada tahun 2016, para ilmuwan dari Amerika Serikat dan Inggris Raya, yang menciptakan tekanan 1,5 juta atmosfer dan suhu beberapa ribu derajat selama kompresi seketika, dapat memperoleh hidrogen perantara ketiga, yang secara bersamaan memiliki sifat gas dan logam. Ini disebut "hidrogen gelap" karena dalam keadaan ini ia tidak memancarkan cahaya tampak, tidak seperti radiasi infra merah. "Hidrogen gelap", berbeda dengan metalik, sangat cocok dengan model struktur planet raksasa. Dia menjelaskan mengapa atmosfer bagian atas mereka jauh lebih hangat daripada seharusnya, mentransfer energi dari inti, dan karena memiliki konduktivitas listrik yang signifikan, ia memainkan peran yang sama dengan inti luar di Bumi, membentuk medan magnet planet!
Generasi hidrogen dari kedalaman Laut Hitam
Tuhan menganugerahi tanah Krimea tidak hanya dengan alam yang paling indah dan beragam, tetapi juga dengan cadangan berbagai mineral yang cukup, termasuk hidrokarbon. Tapi semenanjung kita secara harfiah "mandi" di tempat penyimpanan air terbesar di dunia dari gas alam, yaitu Laut Hitam.
Lapisan dalam - di bawah 150m, terdiri dari senyawa yang mengandung hidrogen, yang bagian utamanya adalah hidrogen sulfida. Menurut perkiraan kasar, total kandungan hidrogen sulfida di Laut Hitam bisa mencapai 4,6 miliar ton, yang pada gilirannya berfungsi sebagai sumber potensial 270 juta ton hidrogen!
Beberapa metode dekomposisi hidrogen sulfida untuk menghasilkan hidrogen dan belerang (H2S H2 + S - Q) telah dipatenkan, termasuk menghubungi gas yang mengandung hidrogen sulfida melalui lapisan bahan padat yang mampu menguraikannya dengan pelepasan hidrogen dan pembentukan senyawa yang mengandung belerang pada permukaan bahan, pada tekanan 15 atmosfer dan suhu 400oС.
Yang paling menjanjikan adalah pengembangan filter membran hidrofobik khusus yang memisahkan hidrogen dari gas lain tepat di kedalaman. Lagipula, molekul terkecil dengan mudah meresap melalui logam dan bahkan dalam massa granit, koloni bakteri yang memakan hidrogen hidup!
Mari kita bermimpi … Bayangkan bahwa dalam sepuluh tahun di salah satu tanjung pantai selatan Krimea, di mana dasar laut turun tajam ke kedalaman lebih dari 200 meter, sebuah stasiun kecil akan dibangun. Selongsong pipa akan meregang dari laut, di ujungnya akan ada pemisah hidrogen sulfida. Setelah pemurnian, hidrogen akan disuplai ke jaringan stasiun pengisian transportasi motor dan ke pembangkit listrik termal kogenerasi. Sebuah peternakan akan berlokasi di dekat pabrik, di mana mikroorganisme anaerob akan tumbuh dalam atmosfer hidrogen, mitosis yang terjadi lebih cepat daripada rekan mereka yang biasa. Biomassa mereka akan digunakan untuk menghasilkan pakan dan pupuk ternak.
Dunia sedang memasuki era hidrogen tanpa bisa dihindari
Penasihat Presiden Federasi Rusia, Akademisi Akademi Ilmu Pengetahuan Rusia Sergei Glazyev, menekankan: “Setiap siklus ekonomi Kondratyev dicirikan oleh pembawa energinya sendiri: pertama kayu bakar (karbon organik), batu bara (karbon), kemudian minyak dan bahan bakar minyak (hidrokarbon berat), kemudian bensin dan minyak tanah (hidrokarbon sedang), sekarang gas (hidrokarbon ringan), dan hidrogen murni harus menjadi pembawa energi utama dari siklus ekonomi berikutnya!"
Aplikasi hidrogen sangat luas, multifaset, bermanfaat secara energetik, ramah lingkungan, dan sangat menjanjikan. Anak-anak kita sudah akan mengendarai mobil produksi bertenaga hidrogen, menggunakan mikroprosesor berlian yang dibuat menggunakan teknologi hidrogen, hidrogen metalik akan merevolusi astronotika, dan pengembangan reaktor Rossi - dalam rekayasa tenaga!
Pengakuan teori awal hidrida Bumi (V. N. Larin) akan mengarah pada penemuan endapan fosil H2, yang akan sangat mengurangi biaya untuk mendapatkannya. Dan meskipun perlawanan dari pelobi minyak "mencekik" Bumi dengan emisi berbahaya, kita pasti memasuki era hidrogen!
Penulis: Igor Dabakhov
