Свойства воды как топлива
Формула воды известна практически каждому – H2O. В ней присутствуют два атома водорода (H2) и один кислорода (O2). Они соединены между собой ковалентной связью. Здесь стоит напомнить о сути любого топлива. Это вещества, способные к окислению под действием окислителя, которым является кислород.
Функцию окисла в составе воды может выполнять молекула кислорода (O2). Водород (H2) при этом становится своеобразным топливом. При его горении выделяется в 3 раза больше энергии, нежели при использовании обычного природного газа, и в 2 раза больше, чем при сжигании бензина. Именно эти свойства легли в основу идеи использовать воду вместо топлива.
Общественный транспорт на водороде
В европейских городах на маршруты начинает выходить водородный общественный транспорт – хотя и только в пилотном режиме.
Например, в Эстонии появились беспилотные микроавтобусы на водородном топливе, а по Риге ездят 10 троллейбусов, которые используют водород на случай отключения электричества или поломки. Такой троллейбус курсирует без дозаправки весь день, только к вечеру заезжая на пока что единственную в Риге заправочную станцию (на ней заправляются и частные авто).
Есть в Риге и водородный автобус – пока он ходит по одному маршруту в тестовом режиме: нужно оценить, сколько топлива ему понадобится зимой, когда потребуется отапливать салон. Через два года в Риге уже 12 автобусов будут ездить на водороде.
А в Копенгагене появились «водородные» такси. Таксопарк, правда, пока что небольшой — всего на 20 автомобилей.
Коммунальная техника тоже начала переходить на водород. Например, во Фрайбурге (Германия) появились два водородных мусоровоза.
В немецком городе Фрайбурге появились мусоровозы на водородном топливе
Существует ли вечное полено
В реальности это не бревно, а обычный металлический бак (труба), заваренный с обеих сторон. Сверху по всей длине в нем сделаны отверстия, предназначенные для выхода пара. В самой трубе тоже есть отверстие, которое можно закрывать при помощи вентиля после того, как весь объем будет заполнен водой.
Можно использовать холодную, но с горячей нагрев будет быстрее. Как работает устройство:
- Бак кладут на самый низ печки. Слева, справа и сверху обкладывают его обычными поленьями. Печку растапливают.
- При разогреве до большой температуры из трубы начинает выходить водяной пар.
- Он поступает на горящие угли, смешиваясь при этом с воздухом. Удельная теплоемкость такой смеси в 2 раза больше, чем у обычного воздуха. Водяной пар имеет теплоемкость 2,14 кДж/кг·К, а воздух – 1 кДж/кг·К.
Результаты такого эксперимента по заявлениям тех, кто его проводил:
- Из дыма уходит черная сажа. Это объясняется реакцией частичек углерода с кислородом.
- Пламя становится более насыщенным, с длинными языками.
- Дрова горят дольше: 1 час 40 мин. в сравнении с 1 часом 10 мин. при горении без вечного полена. Время увеличивается на 40%.
Поезда на водороде
С 2022 года в Германии можно сесть на первый в мире водородный поезд Coradia iLint. Он развивает скорость до 140 километров в час и может преодолеть почти тысячу километров без дозаправки – примерно столько же, сколько поезда на дизеле.
Пока что по Германии курсируют два водородных поезда. Разработчик этих поездов, французская компания Alstom, поначалу собиралась построить еще 14. Но поезда на водороде оказались настолько востребованными, что в 2022 году немецкие железнодорожные компании заказали уже 41 водородный поезд.
В Португалии тоже есть поезд на водороде, всего один, зато какой: винтажный Vouginha, на котором летом можно прокатиться в Порту. Этот исторический поезд ходит по последней оставшейся в Португалии узкоколейной железной дороге, а его вагоны сохранились с 1908 года.
Вперед в прошлое: 5 роскошных туристических поездов в Европе
Почему же водой до сих пор не топят
Межмолекулярные связи воды возникают и разрываются гораздо легче, чем внутримолекулярные. Поэтому именно их и решили использовать в процессах теплообмена. Химиками экспериментально было установлено, что энергия межмолекулярных связей воды находится в пределах от 0,26 до 0,5 эВ (электронвольт).
Проблема заключается в том, что для получения топлива из воды ее необходимо разложить на составляющие. Простыми словами, ее нужно разложить на кислород и водород, затем сжечь водород и вновь получить воду. Расщепление достигается путем пропускания через жидкость электрического тока.
При кипении вода не разрывается на отдельные молекулы, а только испаряется. Нагревание от обычного горения не вызывает в жидкости никаких других реакций. Причем и на этот процесс требуется много энергии, которую можно было бы применить с пользой. К примеру:
- сжигание 1 кг сухих дров с долей влажности не более 20% дает около 3,9 кВт;
- если уровень влажности древесины повышается до 50%, то с 1 кг выделяется уже всего 2,2 кВт.
Разложение воды для получения реального горения требует значительных затрат энергии. Ее нужно намного больше, нежели выделится при использовании восстановленных элементов вновь в качестве горючего. Можно привести примерное соотношение:
- 100% энергии – на расщепление;
- 75% энергии – при сжигании восстановленных составляющих.
Именно тот факт, что при обратной реакции выделенных водорода и кислорода выделяется меньше энергии, и выступает причиной, почему вода как топливо для автомобилей и не только до сих пор не используется. Экономически такой метод оказался невыгоден. Более реально сделать топливо из мусора. Оно может быть жидким, газообразным и твердым.
Существует ли «водный» автомобиль
В 2008 году в Японии «водное» авто было представлено компанией Genepax на выставке в Осаке. В качестве топлива можно было использовать стакан воды из-под крана или из реки и даже обычную газировку.
Устройство расщепляло жидкость на молекулы водорода и кислорода, которые начинали гореть и давать автомобилю энергию для езды. На сегодня известно, что компания Genepax уже через год разорилась и закрылась.
Самолеты на водороде
Это пока дело будущего, но уже сейчас идут активные разработки водородных самолетов. Например, во Франции европейская компания Airbus создала три прототипа коммерческого самолета на водороде. Конструкция одного из них позволяет безопасно хранить водородное топливо, поэтому такой самолет сможет поднять в воздух до 200 человек для перелета на 3,7 тысячи километров — в отличие от двух других моделей, рассчитанных на 100 пассажиров при той же дальности маршрута.
Конструкторы того же Airbus разработали съемный водородный двигатель для самолетов, который позволит не зависеть от наземной инфраструктуры. Водородное топливо в него не закачивается, а устанавливается в переносных капсулах. Поэтому самолеты с такими двигателями смогут заправляться в аэропортах без устройств для подачи водородного топлива.
В прошлом году Евросоюз объявил новую инициативу RefuelEU: поиск решений для экологически чистой авиации. Теперь перед Евросоюзом стоит задача перевести до 1-2% европейских самолетов на «зеленое» топливо, в том числе на водород.
В ЕС предложили переводить самолеты на возобновляемое топливо
Добавление воды в обычное топливо
Вода как топливо для вашего автомобиля может применяться в составе обычной солярки. Это еще одно предположение, которое было выдвинуто «домашними» изобретателями. Оказалось, что при добавлении в бутылку с водой небольшого количества солярки полученная смесь горит. Причем выделяется меньше копоти, а процесс горения становится более бурным.
Также в процессе горения бумажки, которую окунули в полученную смесь, появляется треск, но он всего лишь указывает на испарение жидкости. Кроме того, взбалтывание не растворяет солярку в воде. Однородной смеси здесь не получится. Со временем солярка, как и масло или бензин, собирается на поверхности.
Похожий эксперимент провели с трактором, в который залили солярку и воду, смешанные в определенных пропорциях. Агрегат завелся и стал тарахтеть, стоя на месте. Но только на это и хватает энергии подобного топлива. Да и высок риск, что двигатель выйдет из строя.
А хватит ли водорода для транспорта?
К 2030 году Евросоюз собирается ежегодно производить 40 гигаватт водородной энергии, а к 2050 году водород будет обеспечивать четверть всей потребности в энергии. Этого водорода хватит, например, чтобы обеспечить экологичным топливом 42 миллиона автомобилей, 1,7 миллиона грузовиков, около 500 тысяч автобусов и более 5,5 тысяч поездов. Это часть «Водородной стратегии для климатически нейтральной Европы»: там Евросоюз определил водород в качестве одной из шести ключевых стратегических областей, где необходимы серьезные инвестиции.
Газ для нагревателей
Именно этот вид топлива, как уже упоминалось, используется для котлов чаще всего. Согласно нормативам, для нагревательных установок допускается применять любые виды газа — как сжиженный, так и магистральный. Однако в первом случае для обогрева жилых домов и производственных помещений должны использоваться котлы исключительно особой конструкции, предназначенные для работы в комплексе с баллонами или газгольдером.
Сжиженный газ применяется обычно для отопления только частных домов. Но иногда этот вид топлива для котельных используется и, к примеру, в общепоселковых коммуникациях.
Типы пеллет
Видов подобного топлива на современном рынке существует несколько. Индустриальные пеллеты имеют серо-коричневый цвет и отличаются высоким процентом зольности. Такое топливо подходит в основном только для промышленных котлов. Использование его в бытовых водонагревательных установках может привести к поломке последних.
Агропеллеты получают из отходов сельскохозяйственных культур. Процент их зольности также достаточно высок. Используют такое топливо обычно лишь на больших ТЭС.
Белые пеллеты изготавливают из окоренной древесины. Процент их зольности составляет всего 0,5%. Цвет такие пеллеты имеют светло-желтый. Стоят они достаточно дорого. Однако именно белые пеллеты обычно используются в бытовых твердотопливных котлах.
Пеллеты
Этот вид топлива обычно используется в котлах длительного горения. Подобное оборудование имеет особую конструкцию, обеспечивающую практически полное сгорание пеллет, без образования даже золы. Иногда за подачу горючих гранул отвечает кочегар котельной на твердом топливе. Но в некоторых случаях в подобных установках может использоваться автоматическая загрузка. Такие системы делают оборудование гораздо более удобным в эксплуатации.
Также в последнее время очень популярными стали современные, комфортные в применении модульные котельные на твердом топливе. Использование для их работы пеллет также является решением практически идеальным.
