Альтернативные инновационные двигатели

§ 1. Альтернативные инновационные двигатели 

В наше время экологическая  ситуация на планете поставлена под  угрозу! Каждый год в атмосферу  выбрасываются сотни тон химических отходов. Заводы сливают отходы производства в реки, озера, моря и океаны. Леса подвергаются беспощадной вырубке и уничтожению. Вследствие этого уменьшается выделение кислорода. Это отражается на здоровье человека и всего живого на земле. Во избежание экологического кризиса человечество должно заботиться о природе и о собственном будущем. Одной из таких мер должно стать использование экологически чистых источников энергии. Человечество может использовать энергию природных сил для получения электрической энергии.

     § 1.1. Двигатели, питающиеся водой

В научно-популярной литературе периодически появляются сенсационные сообщения об успешных опытах по созданию двигателей на воде. Однако, проверить их достоверность очень трудно. Покопавшись в подшивках научно-популярных журналов и газет, можно найти немало подобных околонаучных историй. Так, в газете "Комсомольская правда" от 20 мая 1995 г. приведена история А. Г. Бакаева из Перми, приставка которого якобы позволяет любому автомобилю работать на воде.

Но самый широкоизвестный  двигатель, разлагающий воду на водород  и кислород, основанный на электролизе, сконструирован американским изобретателем Стенли Мейром. Доктор Дж. Грубер из ФРГ упоминает о двигателе С. Мейера с водой в роли топлива, запатентованном в США в 1992 г. (Патент США № 5149507). Об этом двигателе была телепередача по 4-му каналу Лондонского телевидения 17 декабря 1995 г.

Обычный элекролиз воды требует тока, измеряемого в амперах, в то время как электролитический  двигатель С. Мейера производит тот  же эффект при милиамперах. Более  того, обыкновенная водопроводная вода требует добавления электролита, например, серной кислоты, для увеличения проводимости; двигатель Мэйера-же действует при огромной производительности с обычной отфильтрованной от грязи водой.Согласно очевидцам, самым поразительным аспектом двигателя Мэйера было то, что он оставался холодным даже после часов производства газа.Эксперименты Мэйера, которые он представил к патентованию, заслужили серию патентов США, представленные под Секцией 101. Следует отметить, что представление патента под этой секцией зависит от успешной демонстрации изобретения Патентному Рецензионному Комитету.Электролитическая ячейка Мэйера имеет много общего с электролитической ячейкой, за исключением того, что она работает при высоком потенциале и низком токе лучше, чем другие методы. Конструкция проста. Электроды сделаны из параллельных пластин нержавеющей стали, образующие либо плоскую, либо концентрическую конструкцию. Выход газа зависит обратно пропорционально расстоянию между ними; предлагаемое патентом расстояние 1.5 мм дает хороший результат.Значительные отличия заключаются в питании двигателя. Мэйер использовал внешнюю индуктивность, которая образует колебательный контур с емкостью ячейки, - чистая вода обладает диэлектрической проницаемостью около 5 ед., - чтобы создать параллельную резонансную схему.Она возбуждается мощным импульсным генератором, который вместе с емкостью ячейки и выпрямительным диодом составляет схему накачки. Высокая частота импульсов производит ступенчато увеличивающийся потенциал на электродах ячейки до тех пор, пока не достигается точка, где молекула воды распадается и возникает кратковременный импульс тока. Схема измерения тока питания выявляет этот скачок и запирает источник импульсов на несколько циклов, позволяя воде восстановиться.

Рис. Электрическая  схема электролитической ячейки С. Мейера

Группа очевидцев независимых  научных наблюдателей Великобритании свидетельствовал,а что американский изобретатель, Стэнли Мэйер, успешно  разлагает обыкновенную водопроводную  воду на составляющие элементы посредством  комбинации высоковольтных импульсов, при среднем потреблении тока, измеряемого всего лишь милиамперами. Зафиксированный выход газа был достаточным, чтобы показать водородно-кислородное пламя, которое мгновенно плавило сталь(около 0.5 литров в секунду).По сравнению с обычным сильноточным электролизом, очевидцы констатировали отсутствие какого-либо нагревания ячейки. Сам Мэйер отказался прокомменировать подробности, которые бы позволили ученым воспроизвести и оценить его "водяную ячейку". Однако, он представил достаточно детальное описание американскому Патентному Бюро, чтобы убедить их, что он может обосновать его заявку на изобретение.Одна демонстрационная ячейка была снабжена двумя параллельными электродами возбуждения. После наполнения водопроводной водой, электроды генерировали газ при очень низких уровнях тока - не больше, чем десятые доли ампера, и даже миллиамперы, как заявляет Мэйер, - выход газа увеличивался, когда электроды сдвигались более близко, и уменьшался, когда они отодвигались. Потенциал в импульсе достигал десятков тысяч вольт.

Вторая ячейка содержала 9 ячеек с двойными трубками из нержавеющей  стали и производила намного  больше газа. Была сделана серия  фотографий, показывающая производство газа при миллиамперном уровне. Когда  напряжение было доведено до предельного, газ выходил в очень впечатляющем количестве.Исследователь химик Keith Hindley описал демонстрацию работы ячейки Мэйера: "После дня презентаций, Griffin комитет засвидетельствовал ряд важных свойств WFC (водяная топливная ячейка, как назвал ее изобретатель). "Мы обратили внимание, что вода вверху ячейки медленно стала окрашиваться от бледно-кремового до темно-коричневого цвета, мы почти уверены в влиянии хлора в сильно хлорированной водопроводной воде на трубки из нержавеющей стали, использованные для возбуждения. Но самое удивительное наблюдение - это то, что WFC и все его металлические трубки остались совершенно холодные на ощупь, даже после более чем 20 минут работы “.

Таким образом, полученный результат свидетельствует об эффективном  и управляемом производстве газа, которое безопасно в управлении и функционировании. А управлять производством газа позволяет увеличение и уменьшение напряжения электрода.По мнению самого изобретателя, под воздействием электрического поля происходит поляризации молекулы воды, приводящему к разрыву связи. Кроме обильного выделения кислорода и водорода и минимального нагревания ячейки, очевидцы также сообщают, что вода в внутри ячейки исчезает быстро, переходя в ее составные части в виде аэрозоли из огромного количества крошечных пузырьков, покрывающих поверхность ячейки.

Мэйер заявил, что конвертер  водородно-кислородной смеси работает у него уже в течение последних 4 лет, и состоит из цепочки из 6 цилиндрических ячеек. Он также заявил, что фотонное стимулирование пространства реактора светом лазера посредством оптоволокна увеличивает производство газа.

Рис. Изменения  молекул воды при работе установки

Эффекты, наблюдаемые  при работе установки электролитического разложения воды:

последовательность состояний  молекулы воды и/или водорода/кислорода/других атомов:ориентация молекул воды вдоль силовых линий поля;поляризация молекулы воды;удлиннение молекулы воды;разрыв ковалентной связи в молекуле воды;освобождение газов из установки;

Причём, оптимальный выход  газа достигается в резонансной схеме. Частота подбирается равной резонансной частоте молекул.Для изготовления пластин конденсатора отдается предпочтение нержавеющей стали марки Т-304, которая не взаимодействует с водой, кислородом и водородом. Начавшийся выход газа управляется уменьшением эксплуатационных параметров. Поскольку резонансная частота фиксирована, производительностью можно управлять с помощью изменения импульсного напряжения, формы или количества импульсов.Повышающая катушка намотана на обычном тороидальном ферритовом сердечнике 1.50 дюйма в диаметре и 0.25 дюйма толщиной. Первичная катушка содержит 200 витков 24 калибра, вторичная 600 витков 36 калибра.Диод типа 1ISI1198 служит для выпрямления переменного напряжения. На первичную обмотку подаются импульсы скважности 2. Трансформатор обеспечивает повышение напряжения в 5 раз, хотя оптимальный коэффициент подбирается практическим путем.Дроссель содержит 100 витков калибра 24, в диаметре 1 дюйм. В последовательности импульсов должен быть короткий перерыв.Через идеальный конденсатор ток не течет. Рассматривая воду как идеальный конденсатор, энергия не будет расходоваться на нагрев воды. В процессе электрического резонанса может быть достигнут любой уровень потенциала, поскольку емкость зависит от диэлектрической проницаемости воды и размеров конденсатора.Однако, следует помнить, что водород – чрезвычайно опасное взрывоопасное соединение. Его детонационная составляющая в 1000 раз сильнее бензина. Помимо всего, у Стэна Мэйера было два инфаркта, после которых он скончался, возможно, от отравления водородом.

Совершенно другой отличный по конструкции двигатель внутреннего сгорания, работающей на воде, был разработан ещё в 1994 году изобретателем В.С. Кащеевым http://www.ntpo.com/techno/techno1_7/12.shtml

На рисунке  приведена его конструкция в разрезе.

Двигатель внутреннего  сгорания на воде, разработанный изобретателем  В.С. Кащеевым.

Двигателя внутреннего  сгорания на воде включает цилиндр 1, в  котором размещен поршень 2, связанный, например, кривошипно-шатунным механизмом с коленчатым валом двигателя (на фиг. 1 не показаны). Цилиндр 1 снабжен головкой 3, образующей совместно со стенками цилиндра 1 и днищем поршня 2 камеру сгорания 4. Подпоршневая полость 5 сообщена с атмосферой. В головке 3 цилиндра установлены:

впускной клапан 6, сообщающий камеру сгорания 4 с атмосферой при движении поршня 2 от верхней мертвой точки к нижней и приводимый, например, от распределительного вала двигателя;обратные клапаны 7, обеспечивающие выхлоп в атмосферу продуктов из камеры сгорания 4 и герметизирующие камеру после осуществления выхлопа.Камера сгорания 4 выполнена по крайней мере с одной предкамерой 8, в которой установлен приводимый, например, от распределительного вала клапан 9 подачи топливной смеси и свеча зажигания 10. Предпочтительно предкамеру 8 (или предкамеры) выполнить в боковой стенке цилиндра 1 над поршнем при его расположении в нижней мертвой точке.

Двигатель работает следующим  образом:

При движении поршня 2 от верхней мертвой точки к нижней впускной клапан 6 открыт и камера сгорания 4 сообщена с атмосферой. Давление, действующее на обе стороны поршня 2, одинаково и равно атмосферному.При приближении поршня 2 к нижней мертвой точке герметизируют камеру сгорания 4, закрывая впускной клапан 6; через клапаны 9 в предкамеры 8 подают топливную смесь и воспламеняют ее. В качестве топливной смеси используют стехиометрическую смесь водорода с кислородом, так называемый гремучий газ.При сгорании топливной смеси резко повышается давление в камере сгорания 4; этим давлением открываются установленные в головке 3 цилиндра обратные клапаны 7 и происходит выхлоп в атмосферу продуктов из камеры сгорания. Давление в камере сгорания 4 резко понижается и обратные клапаны 7 закрываются, герметизируя камеру сгорания 4.Поршень 2 атмосферным давлением, действующим со стороны подпоршневой полости 5, перемещается от нижней мертвой точки к верхней, совершая рабочий ход.По достижении поршнем 2 верхней мертвой точки открывается впускной клапан 6 и цикл повторяется. Выбрасываемые из камеры сгорания продукты представляют собой увлажненный воздух.Получение топливной смеси для силовой установки транспортного средства с предлагаемым двигателем внутреннего сгорания может осуществляться электролизом воды в электролизере, установленном на этом транспортном средстве.

Другой  изобретатель москвич Михаил Весенгириев, лауреат премии журнала «Изобретатель и рационализатор», вообще предложил использовать в качестве устройства, разлагающего воду на кислород и водород самый что ни на есть обычный поршневой двигатель внутреннего сгорания (ДВС). Он утверждает, что существующие двигатели внутреннего сгорания можно заставить работать на обычной воде с помощью электродов вольтовой дуги.

Камера двигателя сгорания по-мнению изобретателя, идеально подходит для  всех видов воздействия на воду, вызывающих ее диссоциацию и последующее образование рабочей смеси, ее воспламенение и утилизацию выделившейся энергии.Для этого изобретатель М. Весенгириев предложил использовать четырехтактный ДВС (положительное решение по заявке на патент РФ № 2004111492). Он содержит один цилиндр с жидкостной системой охлаждения, поршень и головку цилиндра, образующие камеру сгорания, выпускной клапан, систему подачи электролита (водного раствора электролита) и систему зажигания. Система подачи электролита в цилиндр выполнена в виде плунжерного насоса высокого давления и форсунки с кавитатором (местное сужение канала). Причем насос высокого давления либо кинематически, либо через блок управления связан с кривошипно-шатунным механизмом двигателя.Система зажигания выполнена в виде электродов и вольтовой дуги, установленных в камере сгорания. Зазор между ними можно регулировать, а ток на них идет от прерывателя-распределителя, также кинематически или через блок управления связанного с кривошипно-шатунным механизмом.

Перед пуском двигателя в работу бак заправляют электролитом (например, водным раствором едкого натра). Регулируя  катод, устанавливают зазор между  электродами. И, включив зажигание, на электроды подают постоянный ток. Затем стартером раскручивают вал  двигателя.Поршень от верхней мертвой точки (ВМТ) перемещается к нижней мертвой точке (НМТ). Выпускной клапан закрыт. В цилиндре создается разрежение. Насос высокого давления забирает из электролитного бака цикловую дозу электролита и через форсунку с кавитатором подает ее в цилиндр. В кавитаторе за счет повышения скорости и падения давления до критического значения происходит частичная диссоциация воды и тончайшее распыление капелек электролита. Затем в камере сгорания за счет протекания постоянного электрического тока через электролит происходит дополнительная, уже электролитическая диссоциация.Поршень от НМТ перемещается к ВМТ – такт сжатия. Объем, занимаемый рабочей смесью, уменьшается, а ее температура возрастает: теперь идет уже термическая диссоциация. Третий такт – рабочий ход. Электрод пружиной и кулачково‑распределительным валом (кинематически либо через блок управления связанный с кривошипно-шатунным механизмом) перемещается до соприкосновения с электродом, и зажигается вольтова дуга. Под воздействием ее тепла рабочая смесь в камере сгорания окончательно диссоциирует и воспламеняется. Расширяющиеся газы перемещают поршень от ВМТ к НМТ. Еще до прихода поршня к НМТ прерыватель-распределитель размыкает контакты, на короткое время прерывает подачу постоянного тока на электроды вольтовой дуги и тушит ее. Затем контакты прерывателя-распределителя вновь замыкаются, и постоянный ток опять поступает на электроды.И, наконец, четвертый такт – выпуск. Поршень перемещается вверх от НМТ к ВМТ. Выпускной клапан открывает выпускное окно, и цилиндр освобождается от отработавших продуктов. В дальнейшем процесс работы двигателя беспрерывно повторяется. При этом цилиндр и головка цилиндра охлаждаются системой охлаждения двигателя. Таким образом, старый-новый ДВС может работать на воде.

В заключение необходимо подчеркнуть, что попытки использования воды вместо бензина или дизельного топлива  в обыкновенных двигателях, долго  приспосабливавшихся к работе на органических топливах, - далеко не лучший путь. Так, например, попадание воды из рабочих цилиндров в картер может привести к порче картерного масла, да и многие детали системы подачи топлива и выхлопного тракта автомобиля могут окислиться от воды. Необходимо разрабатывать особые двигатели, изначально предназначенные для работы на воде. Первые опытные образцы таких двигателей сконструированы в лаборатории фирмы "ЮСМАР" в Кишиневе. В этом двигателе, вместо поршня с шатуном и кривошипным валом используется вода, выдавливаемая расширяющимися продуктами сгорания из рабочей камеры в турбину. Это упрощает схему силового механизма и избавляет от необходимости изготавливать такие сложные детали, как коленчатый вал, шатуны и поршни. Конечно, эти двигатели пока примитивны и имеют множество недоработок, но они работают. Несомненно, с истощением нефтяных ресурсов, у таких двигателей большое будущее.

1.2. Двигатели, питающиеся водородом  

В последние десятилетие  стало очевидным фактом, что дальнейшее интенсивное развитие современной  энергетики и транспорта ведет человечество к крупномасштабному экологическому кризису. Стремительное сокращение запасов ископаемого топлива будет принуждать индустриально развитые страны расширять сеть атомных энергоустановок, которые во все возрастающей степени станут повышать опасность их эксплуатации. Резко обострится проблема утилизации радиоактивных отходов. Учитывая эту тревожную тенденцию, многие ученые и практики определенно высказываются в пользу ускоренного поиска альтернативных нетрадиционных источников энергии. В частности, их взоры обращаются к водороду, запасы которого  водах Мирового океана неисчерпаемы. Неоспоримым достоинством водородного топлива являются относительная экологическая безопасность его использования, приемлемость для тепловых двигателей без существенного изменения их конструкции, высокая калорийность, возможность долговременного хранения, транспортировки по существующей транспортной сети, нетоксичность и т.д.

С водородной энергетикой (экономикой) связаны надежды на глобальное переустройство мировой экономики, к переходу от ископаемых углеводородных энергоносителей к водороду, что открывает возможность использования в качестве неограниченной сырьевой базы водные ресурсы, а продуктами сгорания водорода являются пары воды. В отдаленном будущем для получения электролитического водорода предполагается использовать в основном термоядерную, солнечную и другие возобновляемые источники энергии. Однако существенной непреодолимой проблемой до сегодняшнего дня остается неэкономичность промышленного производства водорода.В широком смысле водородная энергетика основана на использовании в качестве топлива водорода. Водородная энергетика также включает: получение водорода из воды и др. природного сырья; хранение водорода в газообразном и сжиженном состояниях или в виде искусственно полученных химических соединений, например гидридов интерметаллических соединений; а также транспортировку водорода к потребителю с небольшими потерями. Однако, водородная энергетика пока не получила широкого применения. Методы получения водорода, способы его хранения и транспортировки, которые рассматриваются как перспективные для водородной энергетики, находятся на стадии опытных разработок и лабораторных исследований. Выбор водорода в качестве энергоносителя обусловлен рядом преимуществ, главные из которых являются экологическая безопасность водорода, поскольку продуктом его сгорания является вода, исключительно высокая энтальпия

 равная - 143,06 МДж/кг (для обычного  углеводородного топлива — 29,3 МДж/кг); высокая теплопроводность  водорода, а также его низкая  вязкость, что очень важно при его транспортировании по трубопроводам. Запасы водородного сырья для водородной энергетики неограниченны, если в качестве исходного соединения для получения водорода рассматривать воду (содержание воды в гидросфере 1,39*1018т).Мировые запасы воды на Земле неисчерпаемы. Мы лихорадочно ищем топливо будущего, а сами буквально купаемся в нем. Ведь чтобы пользоваться водой как топливом, надо придумать некое устройство, работающее на ней, а вернее, на ее составляющих  водороде и кислороде. Из основ химии известны методы диссоциации (способы разложения) воды на водород и кислород – термическая, электрическая, под действием ионизирующих излучений, радиоволн и др.

Это способствует возможности многостороннего  использования водорода. Водород  может быть использован в качестве топлива во многих химических и металлургических процессах, а также как топливо в авиации и автотранспорте, так и в виде добавок к моторным топливам.Для получения и передачи энергии также перспективно получение и использование водорода химическими способами. По одному из них смесь водорода с монооксидом углерода (СО), полученная на первой ступени каталитической конверсии метана, передается к потребителю по трубопроводу и поступает в аппарат - метанатор, в котором осуществляется обратная экзотермическая реакция:

ЗН2 + СО -> СН4 + Н2О

Выделяемое при этом тепло может  быть использовано для бытового и  промышленного теплоснабжения, а  паро-газовая смесь возвращается обратно в цикл для конверсии  метана.Следует отметить, что традиционные способы получения водорода для водородной энергетики экономически не выгодны.  Есть целый ряд известных способов разложения воды: химический, термохимический, электролиз и др., но все они обладают одним и тем же крупным недостатком - в технологическом процессе получения водорода используется высокопотенциальная энергия, на получение которой в свою очередь затрачивается дефицитное ископаемое топливо (уголь, природный газ, нефтепродукты) или электроэнергия, вырабатываемая на электростанциях. Такое производство водорода, естественно, всегда будет оставаться неэкономичным и экологически опасным, а, следовательно, бесперспективным.

Для нужд водородной энергетики в  будущем предполагается усовершенствовать  традиционные методы и разработать  новые, нетрадиционные, используя ядерную и солнечную энергию. Предлагаемое усовершенствование основного метода получения водорода – каталитической конверсии природного газа заключается в том, что процесс проводят в кипящем слое катализатора, а тепло в свою очередь подводят от высокотемпературного ядерного газоохлаждаемого реактора (ВТГР). Применение этого метода позволит более чем в 10 раз увеличить объемную скорость процесса, снизить температуру в химическом реакторе на 150 °С, а также уменьшить затраты на производство водорода на 20-25%. Однако такие реакторы, обеспечивающие высокие температуры теплоносителя (ок. 1000°С), пока находятся в стадии экспериментальных разработок. Другой вариант получения водорода - водно-щелочной электролиз под давлением с использованием дешевой электроэнергии, вырабатываемой в ночное время атомной электростанцией. При этом расход электроэнергии на получение 1 м3 Н2 составляет 4,3-4,7 кВт*ч (по обычному способу 5,1-5,6 кВт*ч), напряжение на ячейке 1,7-2,0 В при плотности тока 3-5 кА/м2 и давлении в электролизёре до 3 МПа. Полученный таким способом водород может направляться на нужды промышленности либо использоваться как топливо на электростанции для выработки дополнительной электроэнергии в дневное время.

Другим методом получения водорода является электролиз воды с использованием в качестве электролита расплава щёлочи, твердого полимера (твердополимерный, или ТП-электролиз), или керамики на основе ZrO2 (высокотемпературный, или ВТ-электролиз). Электролитический метод требует затрат электроэнергии на 30-40% меньше, чем традиционные способы получения водорода. Использование твёрдых электролитов позволяет значительно сократить расстояние между электродами в ячейке (до 250 мкм), в результате чего в несколько раз повышается плотность тока без увеличения напряжения на ячейке электролизёра. В качестве электролита при твёрдополимерном электролизе можно использовать пленку из сульфированного фторопласта-4. При этом температура процесса составляет 150°С, достижимый кпд электролизёра 90%, расход электроэнергии на получение 1 м3 Н2 3,5 кВт*ч. Наиболее перспективен высокотемпературный электролиз с использованием тепла от реактора: при этом электролитом служит керамика из оксида циркония ZrO2 с добавками оксидов других металлов (например, Va2O3, CaO, Sc2O3). При этом температура процесса существенно повышается до 800-1000 °С, а достижимый уровень расхода электроэнергии на получение 1 м3 Н2 при плотностях тока 3-10 кА/м2 составляет 2,5 кВт*ч.

Из плазмохимических методов получения  водорода наиболее перспективен двухстадийный  углекислотный цикл, включающий: 1) диссоциацию углекислоты (2СО2 -> 2СО + О2), осуществляемую в плазмотроне с эффективностью до 75-80%; 2) последующую конверсию СО с водяным паром (СО + Н2О -> Н2 + СО2), после которой образовавшийся СО2 возвращается в плазмотрон.

Термохимические способы получения  водорода представляют собой совокупность последовательных химических реакций, приводящих к разложению исходного  водородсодержащего сырья – воды при более низкой температуре, чем  та, которая требуется для термической диссоциации. Так, степень термической диссоциации воды при 2483°С составляет 11,1%. В этих циклах все компоненты системы, кроме водородсодержащего сырья, регенерируются. Ниже приводятся примеры термохимических циклов разложения воды.

Сернокислотный:

Также представляют интерес  сероводородные термохимические циклы, например:

При использовании сероводорода (H2S) вместо воды снижаются затраты  энергии на получение водорода, т.к. энергия связи Н—S в сероводороде значительно меньше энергии связи  Н—О в воде, и кроме водорода образуется сера - важное химическое сырье.

Другим перспективным  методам получения водорода относится  радиолиз воды и водных растворов  СО2, H2SO4, HC1, HBr, H2S, AgCl и др. под действием  ядерного излучения (жесткого, нейтронного). Наиболее мощные источники такого излучения - ядерные реакторы. Однако, для развития этого метода необходимо создать источники ядерного излучения с высокой энергонапряженностью, разработать системы, способные поглощать реагирующей средой более 50% энергии излучения и использовать ее с радиационным выходом более 10 молекул водорода на 100 эВ. Исследуются также и фотохимические методы получения водорода с использованием солнечной энергии. Осуществлен фотоэлектролиз воды (с раздельным получением Н2 и О2); метод будет представлять практический интерес, если его кпд достигнет 10-12% (пока он составляет ок. 3%). Другим интересным способом получения водорода является биофотолиз воды. Биофотолиз воды основан на том, что некоторые микроорганизмы и микроводоросли (например, хлорелла), поглощающие солнечную энергию, способны разлагать воду с выделением водорода. Однако кпд трансформации солнечной энергии такими микроорганизмами очень низок – примерно 8%.

В последнее время  как альтернативу водородной энергетики предлагается использовать тяжёлую воду. В ходе ядерной реакции двух атомов дейтерия образуется водород и гелий:

D + D = H + He

В такой реакции неприменим закон сохранения массы, каким пользуется обычная химия; в результате реакции  получается недостача:(2x2,014-1,008-3,016)г=0,004г

Она означает, что если бы удалось  найти условия, при которых может  протекать реакция между двумя  молями тяжелого водорода, то, согласно уравнению Эйнштейна: E=mc2

можно было бы получить энергию:0,00433х(3,0х1010)2 эрг=3,9х1018 эрг=3,9х1011 Дж.

В наше время, чтобы получить такую энергию, приходится сжигать 14 т угля. Между тем в соответствии с уравнением ядерной реакции такую энергию можно получить при затрате всего лишь двух молей дейтерия, которые содержатся в одном моле тяжелой воды. Следовательно, простой воды для этого потребуется:6700x18/1000 кг = 120,6 кг или 120 л. Значит, из одного литра обычной воды можно добыть больше энергии, чем можно получить ее из ста килограммов высококачественного угля. А запасы воды на нашей Земле огромны.

http://www.o8ode.ru/article/energy/

§ 2. Потенциальные вещества, используемые в качестве

альтернативных топлив 

Применение альтернативных видов топлив на автомобильном транспорте обусловлено прежде всего его  опережающим развитием и высокой  энергоемкостью, поэтому автомобильный транспорт стал ведущим потребителем топливно-энергетических ресурсов на транспорте (рис. 4.1)

Для классификации альтернативных топлив применительно к автомобильному транспорту отличительные признаки могут быть сгруппированы по следующим составляющим цикла энергопотребления.

1). В сфере производства  топлива – по видам используемого  сырья, основным технологическим  вариантам получения топлив, их  компонентному составу и важнейшим  физико-химическим свойствам.

2). В сфере транспортирования  топлива – по способам его доставки к месту потребления.

3). В сфере эксплуатации  транспорта – по способам использования  топлива в двигателях, хранения  и транспортировки на автомобилях,  организации их заправки и  сферам применения по видам  автомобильных перевозок.

В табл. 4.1 приведены важнейшие  свойства альтернативных' топлив. Большинство  альтернативных топлив отличается от традиционных нефтяных топлив, что  сказывается на характеристиках  двигательной установки и на эксплуатационных качествах транспортного средства. В качестве примера на рис. 4.2 приведены сравнительные показатели теоретического цикла двигателя с принудительным (искровым) воспламенением при использовании известных альтернативных топлив.

Рис. 4.1. Потребление  топливно-энергетических ресурсов G в 1965– 1985 гг. по видам транспорта:

1– водный; 2 – воздушный; 3 –автомобильный; 4–  железнодорожный

 Как видно, применение  альтернативных топлив ведет  к изменению как мощностных  характеристик двигателя (определяемых  средним индикаторным давлением  рс), так и его экологических показателей, связанных с содержанием в отработавших газах токсичных веществ. Показатели топлив с нефтяными добавками находятся на уровне базовых бензинов, поскольку моторные свойства их равнозначны. Использование спиртов сопровождается повышением среднего индикаторного давления, в то время как для газообразных топлив оно снижается главным образом из-за уменьшения энергоплотности заряда.

Состав продуктов сгорания различных альтернативных топлив весьма разнообразен. Содержание оксидов азота находится в прямой зависимости от температуры горения топлива. В соответствии с этим максимальный выход оксидов азота получается при использовании водорода (температура горения л;2500 К), а минимальный–аммиака (1956 К). Выход оксида углерода определяется главным образом элементным составом топлива (отношением С:Н), в соответствии с которым альтернативные топлива по отношению к бензину характеризуются снижением содержания СО (природный газ, метанол) либо полным его отсутствием (водород, аммиак).

При сохранении общего характера теоретических закономерностей на практике рабочие параметры двигателей внутреннего сгорания при переводе на альтернативные топлива определяются рядом дополнительных факторов, рассмотренных ниже. Эффективность альтернативных топлив в значительной мере зависит от степени использования их положительных свойств (например, высокой детонационной стойкости у природного газа) и применения специальных мер по устранению отрицательных факторов (например, впрыска воды для понижения высоких цикловых температур у водорода).

Влияние вида альтернативного  топлива на технико-эксплуатационные показатели транспортного средства связано, главным образом, с изменением характеристик двигателя и объемно-массовых показателей системы хранения топлива. Для большинства альтернативных топлив масса заправленной системы хранения, как правило, растет, что обусловлено либо способом хранения (в баллонах высокого давления, криогенных емкостях и др.), либо пониженной энергоемкостью топлива (метанол, аммиак и др.). По этим причинам изменяется и эксплуатационный расход топлива.

2.1. Вода как  топливо для транспортного средства 

Вода – самое загадочное вещество в природе, обладающее уникальными  свойствами, которые не только ещё  полностью не объяснены, но далеко не все известны. Чем дольше ее изучают, тем больше находят новых аномалий и загадок в ней. Большинство из этих аномалий, обеспечивающих возможность жизни на Земле, объясняются наличием между молекулами воды водородных связей, которые много сильнее вандерваальсовских сил притяжения между молекулами других веществ, но на порядок величины слабее ионных и ковалентных связей между атомами в молекулах. К настоящему времени больше изучены лед и водяной пар, чем вода, в отношении которой у исследователей до сих пор нет даже единого мнения о ее структуре, хотя кристаллическая структура льда давно хорошо изучена.