Именно они сегодня используются в качестве основного топлива для транспорта, обогрева, получения электроэнергии. Это не совсем эффективно, но пока другого пути нет. Или есть?
Напомним вкратце как выглядят эти химические соединения.
Вот например молекулы всем известных газов - компонентов природного газа. Все они прекрасно горят, выделяя тепло, которое затем используется тем или иным способом.
Газообразные углеводороды - хорошее топливо, но они не совсем удобны в транспортировке. Нужны герметичные трубопроводы высокого давления, массивные газовые баллоны. Если транспортировать их в жидком состоянии потребуются низкие температуры и технологии сжижения газов. Всё это достаточно дорого и используется только в морских перевозках.
А вот так выглядят молекулы составляющие бензин. Они длиннее и поэтому нелетучи. Бензин - жидкость. Он очень удобен в перевозке т.к. может транспортироваться в чем угодно: бутылках, баллонах, канитрах, цистернах и т.п. Причем, никакого дополнительного охлаждения не требуется...
Вот более длинная молекула дизельного топлива. Оно еще более тяжелое, маслянистое и поэтому менее летучее. Чтобы его поджечь нужны более высокие температуры. Дизельное топливо - эффективное топливо и его очень легко транспортировать.
Что же объединяет все эти картинки?
Общим является химический состав. Все углеводороды состоят из углерода, атомы которого обозначены черным цветом, и водорода, который обозначен светло-серым. Меняется лишь длина молекулы.
Как горит топливо?
Очень просто. При нагревании до определенной температуры молекула углеводорода распадается на части - углерод и водород. Последний тут-же вступает в реакцию с кислородом воздуха с образованием воды и выделением большого количества тепла, которое ращепляет соседние молекулы. Процесс самоподдерживающийся и называется горением.
Нетрудно заметить, что горит лишь водород, а углерод забирает энергию для своего окисления. Получается, что углерод вреден? Так и есть. Он не только поглощает полезную энергию, он образует крайне вредный углекислый газ.
Водород
И тут мы приходим к идее сжигания чистого водорода. Почему бы и нет? Действительно, чистый водород - эффективнейшее топливо, не имеющее никаких побочных продуктов сгорания. Есть лишь одна беда - низкая технологичность. Водород слишком летучий, требует сверхнизких температур для своего хранения. Кроме того, он должен храниться только в специальных резервуарах т.к. обладает свойством сверхтекучести и легко проникает сквозь кристалличекие решетки различных материалов. В этом он уступает лишь гелию.
Проблема водорода - это его хранение и транспортировка. В остальном: получение и сжигание - проблем нет. В экваториальных зонах Земли созданы солнечные коллекторы разлагающие морскую воду на водород и кислород. Созданы также водородные элементы, совершающие обратное преобразование и вырабатывающие электроэнергию. Их эффективность всё время растет, а стоимость снижается.
Решение проблем
Есть такая компания Cella Energy, которая предложила свое решение проблемы хранения и транспортировки водорода. Заключается оно в применении специальных гранул - аккумуляторов водорода.
В принципе, давно известна способность некоторых металлов хранить в своей кристаллической решетке атомарный водород. Причем, достаточно много водорода. Гранулы Cella сделаны из платика, они намного дешевле металлических, могут многократно "перезаряжаться" и утилизироваться.
Водород хранится в них при нормальной комнатной температуре и атмосферном давлении. При повышении температуры до 80С водород высвобождается и может быть использован по назначению. Затем гранулы снова заполняются водородом на специальном оборудовании Cella и т.д.
Каждая такая гранула весом 1 гр. способна хранить 1 литр газообразного водорода, что придает ей очень высокую удельную плотность энергии. Кроме того, как и любой пластик, материал Cella может быть отформован в любую форму и помещен в картридж, который вместе с топливным элементом имеет в три раза большую удельную энергию по сравнению с Li-Ion батареей.
Практическое применение
Главная проблема водорода - криогенные заправочные станции. Теперь от них можно отказаться. Гранулированный материал Cella просто пересыпается под давлением потока воздуха в бак-приемник автомобиля. Затем просто поштучно подается в нагреватель, где и выделяется водород, который, в свою очередь подается в топливный элемент, вырабатывающий электроэнергию. На ней и работает автомобиль. Выхлопных газов нет совсем, только водяной пар.
Отработавшие гранулы не представляют никакой опасности и могут быть отправлены обратно на завод Cella для "зарядки" водородом. Процесс в общем безотходный и экологичный.
Водородые гранулы могут найти также применение в авиакосмической отрасли. К примеру, уже созданы беспилотные летательные аппараты, работающие на водороде и использующие гранулы Cella. Все они обладают впечатляющими техническими характеристиками, главные из которых - надежность и автономность.
Впрочем, в самой Cella Energy аэрокосмическую отрасль рассматривают как наиболее песпективную. Оно и понятно. Если в наземном транспорте еще можно использовать электрические аккумуляторы как основной источник энергии, то в воздух с таким весом явно не подняться. Здесь гранулы Cella пока не имеют альтернативы.
