/
КонтактыО проекте Блог
Galaktika

Вход | Регистрация


Запомнить меня
Забыли пароль?

 

  ПОИСК


 
 

 

Перепись водорода

Место водородной энергетике — в одном списке с нанотехнологиями: это вещь привлекательная, но неощутимая и малопонятная. Экологи (а вслед за ними политики) заговорили о ней совсем недавно. Между тем советской водородной программе, связанной больше с космосом, чем с экологией, скоро 50 лет.

Водород технический

Постепенно водород вытесняет всю воду из пробирки«, — рассказывает учебник химии о результатах опыта, рекомендованного семиклас­сникам. У тех же семиклассников, похоже, есть все шансы увидеть, как водород вытеснит нефть и природный газ. Но уже не из пробирки, а с мирового топливного рынка.

В этом заинтересованы многие. Климатологи из IPCC (Международная комиссия по изменению климата) считают водород сильнодействующим средством против глобального потепления — не столько лекарством, сколько способом избавиться от вредной привычки. Повсеместно используемые бензин и метан усугубляют парниковый эффект: из них получается углекислый газ, не позволяющий рассеиваться земному теплу. А перспективный водород атмосферу загрязнять не должен: при его сгорании не выделяется ничего, кроме воды.

В России об альтернативном топливе вспомнили едва ли не одновременно с Западом. Когда в 2003 году президент Буш сформулировал «Водородную топливную инициативу» («экологически мыслящим» компаниям предложили $1,2 млрд из бюджета), отечественный миллиардер Михаил Прохоров учредил в России негосударственную ассоциацию со схожими задачами.

Актуально и своевременно — если не учитывать, что советская «водородная индустрия» существовала уже 40 лет назад.

Вещество повышенной летучести

 

Хорошей биографией и внушительным послужным списком водород обязан разработчикам космических кораблей. Те ощутили в нем потребность и стали осваивать задолго до того, как в наш обиход вошел термин «глобальное потепление». Ракетчикам было известно, что килограмм водорода дает больше тепла, чем несколько килограммов керосина. Но из-за низкой плотности (кубометр весит меньше 100 г) самим газом заменить керосин не могли. Жидким же водород становится при сверхнизких температурах — около −250°. На этом варианте и остановились. «Ракет с водородными двигателями еще не было, когда в 60-х начали создавать инфраструктуру: хранилища, аппараты для сжижения газа и специальные заводы», — вспоминает Анатолий Домашенко, главный специалист ОАО «Криогенмаш».

Совмещенные завод и институт в подмосковной Балашихе — главный центр по практическим «вопросам холода» в бывшем СССР. Возникший благодаря нобелевскому лауреату Петру Капице, он и должен был обеспечить водородом самый тенденциозный проект времен «холодной войны». Корабль «Буран» в западных справочниках рассматривается как клон американского шаттла — и, разумеется, его возможный соперник в звездных войнах.

Многоразовый корабль задумывался для вывода на орбиту «стратегических грузов». На его борту могло находиться что угодно — от мощного лазера до ядерной бомбы.

«В то время здесь работали 10 тысяч человек», — Андрей Мазин, пресс-секретарь, водит меня по гигантскому цеху «Криогенмаша», где конструируют цистерны для сжиженных газов. «Все занимались водородом?» — спрашиваю я. «Можно сказать и так: технологии для разных газов имели много общего». В цеху довольно пусто.

Ностальгия по советским масштабам и темпам — главное ощущение, которое остается от разговоров с сотрудниками. Под портретом Ленина в своем кабинете Анатолий Домашенко рассказывает про 10 резервуаров на 1400 кубометров жидкого водорода каждый, построенных в стране, — против единственного, хотя и большего, на американском мысе Канаверал.

Разница только в том, что последний до сих пор обслуживает шаттлы — тогда как «Буранов» уже не существует. А шары-"термосы" высотой с пятиэтажный дом рассредоточены от Чирчика в Узбекистане, где водород сжижали, до казахского Байконура, где им заправляли ракеты.

Но одними ракетами дело не ограничивалось. В середине 80-х Ту-154, обычный пассажирский лайнер, попробовали переделать в «летающую лабораторию» с 20 кубометрами жидкого водорода на борту. Топлива хватало на два часа полета. Лишними в «лаборатории» оказались пассажирские кресла — прежде чем окончательно переселиться в ангар в Жуковском, Ту-155 так и не совершил ни одного «гражданского» рейса.

За условно пассажирской моделью должен был последовать проект откровенно военный — бомбардировщик Ту-2000, способный пересекать границу космоса. В безвоздушном пространстве, где нет трения, преодолевать километры за секунду было бы просто. А пока самолет разгоняется в плотных слоях атмосферы, охлаждать его мог бы все тот же жидкий водород. Осуществить замысел, однако, не сумели.

Водородобоязнь

 

Безопасность на «Криогенмаше» — излюбленная тема. Хотя водород в смеси с воздухом известен как «гремучий газ», здесь говорят, что на практике «гремучесть» проявлялась редко. Зато ощутимо: сотрудники НИИХИММАШа, где испытывали ракетные двигатели, однажды все-таки ошиблись — и в рабочем поселке, удаленном на полтора километра от эпицент­ра взрыва, не осталось целых стекол.

Чтобы подобное не случилось в пути — жидкий водород из Узбекистана на Байконур везли цистернами по обычным дорогам несколько сотен километров -принимали довольно неожиданные меры. Например, специально искали некурящих водителей. Правда, недолго. «Это вначале. А потом они уже курили и ничего не боялись. Русские люди», — поясняет Домашенко. Лишний газ, который успевал испариться, просто сбрасывали в атмосферу — опыты показали, что на открытом пространстве взрыв почти невозможен.

«После того как мы научились с ним правильно обращаться, водород стал безопаснее бензина», — утверждает Иван Кузьменко, член правления «Криогенмаша». Но приводит пример из иностранной практики: на одной международной выставке решили расстрелять из автомата две похожие машины — с водородным и бензиновым двигателями. «Внутрь посадили манекены. Из бензиновой их вынули обгоревшими — там после первых выстрелов топливо растеклось и загорелось. А водород мгновенно улетучился сквозь дыры в баллонах. У манекенов — только пулевые отверстия и ни одного ожога».

Водород и дороги

 

Несмотря на то что водородомобили уже существуют, расстреливать их в естественных условиях — дело гангстеров из далекого будущего. Жидкому водороду, уверены специалисты, пока место лишь в приборах государственной важности. До сих пор его производили слишком мало: не больше 12 тыс. тонн в год в СССР (теперь намного меньше) и около 120 тыс. — в США. «Когда разрабатывали „Буран“, вопрос о цене просто не стоял. Наши цифры назвать сложно, но в США килограмм стоит $5—6».

Во столько же обходится галлон бензина лондонскому автомобилисту. Но, уточняют в «Криогенмаше», сравнение некорректно: водород нужно еще доставить на заправку и залить в бак. А это куда сложнее сходных манипуляций с бензином: все должно быть сверххолодным и сверхгерметичным. «Водородопроводов» длиной в километры, по которым могло бы течь жидкое топливо, нет даже на космодромах — следовательно, должны появиться хранилища в черте города. «Заправка, а рядом „термос“ на сто-двести кубометров. Представляете? А я представляю», — говорит Домашенко.

Остается альтернатива — сжатый газообразный водород. В тяжелом стальном баллоне на него приходится сотая доля веса — такова неизбежная плата за легкость обращения с газом. Газохранилища проще спрятать под землей, а газопровод может быть сколь угодно длинным. И начинаться прямо там, где водород производят. К тому же индустрия несжиженного водорода оперирует совсем другими цифрами: только на нужды химиков, например, ежегодно тратятся десятки миллионов тонн.

Из ста с небольшим водородных заправок, существующих в мире, с жидким водородом могут работать только несколько. И прежде чем заправлять машины, его все равно испаряют — у современных водородомобилей внутри обычный двигатель внутреннего сгорания, потреб­ляющий газ.

Негорючее горючее

 

«Настоящая водородная энергетика начнется тогда, когда водород перестанут просто сжигать», — объясняют в питерском Физико-техни­ческом институте имени Иоффе. Институт включился в водородную программу Михаила Прохорова и теперь разрабатывает, среди прочего, топливные элементы: в них вещество бесшумно окисляется, выделяя электричество вместо тепла.

Пока журналистам предъявляют платиновую нанопыль — наполнитель будущих топливных элементов — вместе со сложным лазерным прибором, где ее синтезируют. Платина — популярный катализатор для десятков химических реакций, и авторы разработки честно сообщают: о том, что занимаются водородной энергетикой, они сами узнали не сразу. «Мы просто хотели выяснить, как устроены платиновые кластеры — группы из сотен или тысяч атомов металла. Это нужно, например, химикам-теорети­кам. Но если получается много наночастиц с хорошим выходом, странно их не использовать где-то еще», — комментирует Сергей Гуревич, заведующий лабораторией в ФТИ.

Вечный двигатель третьего рода

 

В соседнем корпусе ФТИ показывают токамак «Глобус-М» — прототип термоядерного реактора. Разговор о нем тоже начинают с «водородного» вступления — ведь именно из этого вещества получается плазма внутри токамака, разогреваемая до десятка миллионов градусов! А энергию термоядерного синтеза считают главным (а заодно и самым безвредным) среди будущих средств получения водорода.

Академик Легасов, один из авторов советского «водородного проекта», описывал возможную схему так: реактор-токамак на берегу моря вырабатывает ток, который тут же разлагает воду на элементы. Дальше с водородом можно поступать как угодно — закачивать в газопровод или сразу сжижать, что тоже требует энергии. Ее остаток, в свою очередь, можно потратить на выделение сверхчистых изотопов водорода для термоядерного синтеза. Цикл замыкается, и получается что-то вроде вечного двигателя — с оговоркой, что при этом все-таки расходуется вода.

За вычетом той, которая рано или поздно вернется в атмосферу, это несколько килограммов в год. Профессор Василий Гусев поясняет: «Самому токамаку нужно совсем мало: внутри „Глобуса-М“, например, умещается меньше трех граммов плазмы. И даже в полноценном реакторе выгорать она будет довольно медленно».

Считать реактор «полноценным» физики смогут, когда он будет производить больше энергии, чем потреблять. Опытный образец, ITER, начали строить во Франции совсем недавно — закончить его надеются не раньше 2015 года. Но и он будет не мощнее среднестатистической атомной электростанции. А пока питерскому «Глобусу-М» для работы с плазмой нужно 125 «чужих» мегаватт — то есть примерно одна восьмая от мощности энергоблока Чернобыльской АЭС.

Скорее всего, именно «термоядерные» сроки определят время «ухода» нефти. А до той поры экологическая целесообразность использования водорода будет оставаться как минимум спорным вопросом. Ведь чтобы наполнить бак водородомобиля, требуется сжечь куда больше традиционного, «вредного» топлива — на электростанции или в баке водородовоза, доставившего сжиженный газ на заправку. И, похоже, чтобы выучиться произносить трудновыговариваемое слово «водородооборот», у энергетиков в запасе еще много времени.

Источник: Конкурс русских инноваций

 


« Назад

Хиты

В России начались испытания аппарата «Луна-25»
В России начались испытания аппарата «Луна-25»
Российские специалисты начали испытания аппарата «Луна-25» («Луна-Глоб»), который в 2019 году должен приступить к изучению спутника Земли. Об этом в ходе выставки Paris Air Show-2015 в Ле-Бурже РИА Новости сообщил представитель «Объединения имени Лавочкина», представившего там макет аппарата. 
Первый в истории частный спутник на солнечном парусе вышел на орбиту
Первый в истории частный спутник на солнечном парусе вышел на орбиту
Разработан и построен он был на деньги некоммерческого Планетарного общества США, объединяющего энтузиастов исследования дальнего космоса. 
Роскосмос отложил оглашение результатов расследования аварии «Прогресса»
Роскосмос отложил оглашение результатов расследования аварии «Прогресса»
Роскосмос продлил на неопределенный срок работу комиссии по расследованию причин произошедшей 28 апреля 2015 года аварии транспортного грузового корабля (ТГК) «Прогресс М-27М».