Экологические проблемы крупных городов Казахстана в целом, и в частности Шымкента, связано с большим потреблением горючего топлива автотранспортом и, следовательно, с большим выбросом автомобильных выхлопов в атмосферу.
Данная ситуация негативно сказывается на здоровье населения и заставляет задуматься о более экологически чистом виде топлива.
Помимо этого высокие цены на нефть, еще и при том, что запасы нефти ограничены и исчерпаемы, также стимулируют человечество на поиск энергосберегающих технологий. Мы предлагаем в качестве альтернативного вида топлива использовать экологически чистый водород. Главным преимуществом которого является то, что его запасы неограничены и возобновляемы. Водород можно добывать в любом месте, где есть вода и источники электроэнергии [1,2,3].
Использование водородного топлива как добавочный компонент в состав топливной смеси в транспортных системах передвижения более оправдано, чем использование только традиционных видов топлива[4]. Несмненно, есть автомобили, работающие только на водороде, экологически чистые, без вредных выхлопов и вредного воздействия на организм человека. Примером таких транспортных средств являются «Toyota Miray» (Motomachi Plant, Япония,2013) или мотоцикл «Emission Neutral Vehicle» (Intelligent Energy, Япония, 2004). Принципиально другая конструкция двигателей у представленных выше моделей не является единственным недостатком, характеризующимся наличием платиновых мембран внутри водородного двигателя, которые выступают в качестве катализатора процесса элетролиза воды, но и чрезмерная финансовая затратность производства подобных двигателей также влияют на невозможность повсеместного использлвания данных автомобилей [5].
Переоборудовав двигатели внутерннего сгорания (ДВС) путем установки электролизера воды в любое свободное пространство возле двигателя автомобиля с традиционными видами топлива и после некоторых корректировок в газораспределительной системе, можно добиться того, чтобы горючее топливо с водородным компонентом поступал в камеру сгорания двигателя.
Для понимания сущности этого процесса, для начала необходимо немного остановиться на химическом составе воды. Так как вода состоит из двух простых элементов (водорода и кислорода), то их можно разложить, оборвать ковалентную связь между этими элементами. Этот процесс можно осуществить с помощью электролизера, т.е метода электролиза воды, используя электрический ток.
Электролиз - это электрохимический процесс, который осуществляется через размещение в электролите двух электродов и подключении к ним электрического тока.
В ходе процесса электролиза, ионы под воздействием электромагнитного поля, образуемого в электролите постоянным электрическим током, начинают движение к электродам. Ионы с положительным зарядом, в соответствии с законами физики, двигаются к электроду с отрицательным зарядом, который называется катодом, а отрицательно заряженные частицы (ионы) соответственно перемещаются к другому электроду, называемому анодом. Электролиз сопровождается выделением на электродах веществ, что указывает на движение в электролитах атомов[5,6]. В нашем случае это выделение на катоде водорода, а на аноде кислорода.
Следовательно, выделение водорода представляет большой интерес, в связи с ее большим энергетическим потенциалом. Поэтому электролизер нам необходим для получения водорода из воды, т.е мы получаем горючее из воды.
Таким образом, следует повторить, что мы собираемся ввести некоторые изменения в газораспределительную систему двигателя.
Мы не предлагаем полную замену бензина, дизельного топлива или пропана на водородный компонент, а предлагаем использовать водород как дополнительный компонент к основному виду топлива. Этот вариант использования водорода как дополнительный компонент к основному виду топлива на данный этап развития нашего проекта является более продуманным, реалистичным и осуществляемым.
Теоретически и практически доказано, что мельчайшая добавка водорода в ДВС, работающий на традиционном топливе, существенно повышает технические показатели моторов[7].
Это связано с тем, что водород легковоспламяняемый газ, а степень и скорость воспламянения у него выше, чем у других видов топлива. Создавая дополнительную воспламяняющую силу он способствует полному сгоранию топлива в камере сгорания, и следовательно приводит к его экономичности. Более того из-за того, что около 40% топлива составляет водород, количество вредных выхлопов в атмосферу уменьшается соответсвенно на 40% [8].
Принцип действия данной технологии основан на том, что электролизный аппарат, берущий энергию из электрической сети автомобиля, разлагает воду и направляет высвободившийся водород и кислород во впускной коллектор двигателя. Количество поступающих газов ощутимо повышают полноту сгорания топлива. Именно это приводит к ее экономии, полному ее сгоранию и уменьшению выхлопных газов в атмосферу.
При этом экономия основного топлива может достигать даже 50%, а выработка необходимого водорода может происходить прямо на борту автомобиля во время движения.
Таким образом, несомненными плюсами данной технологии являются отсутсвие в каких-либо специализированных заправочных комплексов, так как газ генерируется в компактной установке на борту самого автомобиля и отстуствие необходимости хранения топливных элементов, тяжелых баллонов с газообразным водородом или теплоизолированных - с жидким на борту автомобиля, так как весь объем вырабатываемого газа тут же потребляется двигателем. Более того, наблюдается значительная экономия на ГСМ, а это немаловажно при дефиците нефти и повышении цен на нефть. А самое главное - значительно снизится уровень загрязнения атмосферы и вредного воздействия выхлопов на организм человека и как следствие улучшиться качество жизни людей.
Список литературы
- Клямкин С. Н. Водородная энергетика: достижения и проблемы / С. Н. Клямкин, Б. П. Тарасов // Возобновляемые источники энергии. Вып. 5 : 6 Всерос. науч.-молодежная школа, Москва, 26-27 нояб. 2008 г. - М., 2008. - С. 147-157.
- Матковский П.Е. [и др.] Современная энергетика, Машиностроитель. - 2008. - № 7. - С. 13-20.
- Кузык Б. Альтернатива, которой нельзя не воспользоваться // Мировая энергетика. - 2007. - № 10 (46). - С. 17-19.
- Sоrensen B. Renewables and hydrogen energy technologies for sustainable development // Int. J. Energy Res. - 2008. - Vol. 32, № 5. - Р. 367-368.
- Евдокимов А. [и др.] // Платиновые металлы и водородная энергетика в странах СНГ: докл. и материалы Междунар. симп. "Водородная энергетика будущего и металлы платиновой группы в странах СНГ", Москва, 2 нояб. 2004 г. - М., 2004. - С. 35-40, 5, 12.
- Степанова А.В. Химические соединения и реакции как источники энергии // Научному прогрессу - творчество молодых : сб. материалов Всерос. науч. студ. конф. по естествен. и техн. дисциплинам, Йошкар-Ола, 20-21 апр. 2007 г. - Йошкар-Ола, 2007. - С. 75.
- John HousemanTOn-Board Hydrogen Generator for a Partial Hydrogen Injection Internal Combustion Engine"1974.
- Мищенко А.И. Применение водорода для автомобильных двигателей, Киев, 1984г.