Наука: водородная энергетика

Профессор Анатолий Евдокимов прочел лекцию о водородной энергетике

В Музее занимательных наук "Экспериментаниум" прошла лекция "Водородная энергетика – энергетика будущего. Водородный всеобуч". Заведующий кафедры химии Московского государственного института радиотехники, электроники и автоматики (МИРЭА), профессор и доктор химических наук Анатолий Евдокимов рассказал о том, почему водородную энергетику называют "энергией будущего" и как с ее помощью планируется начать освоение Северного морского пути. Онлайн-трансляцию занятия провело сетевое издание M24.ru.

Из года в год ученные всего мира занимаются поисками экологически чистого, легкодоступного и неисчерпаемого источника энергии. Один из таких энергоносителей - водород. Сегодня водородная энергия используется в различных производственных направлениях, и с помощью водорода теперь получают не только аммиак, мыло и пластмассу, но и топливо.

Водородный транспорт

Первый двигатель внутреннего сгорания на водороде создал Франсуа Исаак де Риваз в 1806 году. Водород производился с помощью электролиза воды - под действием электрического тока вода распадается на кислород и водород.

В 1959 году бельгийский изобретатель Жан Жозеф Этьен Ленуар с помощью энергии водорода запустил самоходный экипаж (прототип автомобиля).

Однако на какое-то время эти разработки ушли в тень. С изобретением бензина в 1870 году водородное топливо было забыто. И лишь изредка о нем вспоминали, например, в блокаду Ленинграда, когда бензин был в дефиците, или во времена энергетического кризиса (в 1970 году многие советские предприятия переводили свои автопарки на водородное топливо).

Однако водородный автомобиль имеет неоспоримые плюсы перед бензиновым: он совершенно безопасен для окружающей среды, поскольку в качестве выхлопа выпускает обычную воду. Это особенно важно, когда во всем мире изо дня в день растет количество покупаемых автомобилей, и в воздух выбрасывается огромное количество выхлопных газов.

Уже более 20 лет водородными технологиями занимается компания BMW Group. В ходе испытаний баварцы создали самый надежный бак для хранения водорода, который прошел мощную проверку на прочность. Чего только не делали с этим баком: и разрушали под высоким давлением, и нагревали на открытом огне, и деформировали тяжелыми предметами, - но водород не взрывался.

Самый известный в мире проект по созданию водородного автомобиля - BMW Hydrogen 7. Эта машина была выпущена в 2007 году, и на ней можно было передвигаться как с обычным бензином, так и с топливом на основе водорода. Затем двигатель перекочевал и на привычные BMW седьмой серии, причем они использовались в основном в качестве машин напрокат.

Автомобили с водородным двигателем производит и Mazda. После ряда опытов на основе Mazda 5 было создано пятиместное купе Mazda RX-8 Hydrogen. Первую партию автомобилей заказала Норвегия, закупившая более 30 машин для проверки работоспособности национального проекта HyNor (водородные дороги Норвегии).

На сегодняшний день мировые автопроизводители могут предложить и "водородные" и "гибридные" (бензин плюс водород) автомобили. Лидирующие позиции в этом сегменте рынка занимают BMW Hydrogen 7, Honda FCX и Mercedes F-Cell.

Стоит отметить, что транспортные средства на водородном двигателе пока выпускают в ограниченном количестве, поскольку не все трассы оснащены специализированными заправками. Но работа в этом направлении активно ведется. Так, водородные заправки появляются на крупных американских магистралях, в Канаде и Норвегии.

Применение водорода не ограничивается лишь автопроизводством. Его используют в качестве топлива для железнодорожного и водного транспорта. Так, пассажирские поезда на водороде курсируют в Китае, Дании и в Японии.

В Германии и в Испании на водородном топливе производят бесшумные подводные лодки. А Исландия планирует перевезти на водород все рыболовецкие суда, катера и яхты.

Лекции

Тема водородной энергетики широко обсуждается в ученых кругах. С каждым годом в этой области появляются новые открытия, узнать про которые можно из специализированных научных журналов, сайтов или лекций, которые проводятся не только для студентов института радиотехники, но и для всех желающих. Например, в Музее занимательных наук "Эксперементариум" - научно-развлекательном центре, созданном для изучения законов науки и явлений окружающего мира.

Другие альтернативные источники энергии

Солнечная энергия

Первые солнечные нагреватели появились во Франции в XVIII веке. Естествоиспытатель Жорж Луи Бюффон создал большое вогнутое зеркало, которое фокусировало в одной точке отраженные солнечные лучи. Это зеркало было способно в ясный день быстро воспламенить сухое дерево на расстоянии 68 метров.

Вскоре после этого швейцарский химик Никола Теодор де Соссюр построил первый солнечный водонагреватель. Это был всего лишь деревянный ящик со стеклянной крышкой, но вода в нем нагревалась солнцем до 88°С.

В 1774 году французский ученый Антуан Лоран Лавуазье впервые применил линзы для концентрации тепловой энергии солнца. Вскоре в Англии отшлифовали большое двояковыпуклое стекло, расплавлявшее чугун за три секунды, а гранит - за минуту.

Первые батареи, преобразовывавшие солнечную энергию в механическую, были построены тоже во Франции. В конце XIX века на Всемирной выставке в Париже изобретатель Огюст Мушо демонстрировал инсолятор - аппарат, который при помощи зеркала фокусировал лучи на паровом котле. Котел приводил в действие печатную машину, печатавшую по 500 оттисков газеты в час.

В 1953 году ученые Национального аэрокосмического агентства (НАСА) США создали настоящую солнечную батарею - устройство, преобразующее энергию солнца в электричество.

Ветроэнергетика

История этой отрасли началась несколько тысячелетий назад, когда был изобретен парус, который с помощью энергии ветра запускал в море корабли. Затем появились ветряные мельницы, долгое время они использовались лишь для помола муки. А в XIX веке в Дании были изобретены мельницы, производящие электричество.

Энергетические ветровые зоны в России расположены в основном на побережье и островах Северного Ледовитого океана от Кольского полуострова до Камчатки, в районах Нижней и Средней Волги и Дона, на побережье Каспийского, Охотского, Баренцева, Балтийского, Черного и Азовского морей. Отдельные ветровые зоны расположены в Карелии, на Алтае, в Туве и на Байкале. Максимальная средняя скорость ветра в этих районах приходится на осенне-зимний период, когда возрастает потребность в электроэнергии и тепле.

Добавим, что ветряный и солнечные аккумуляторы активно используются в московских парках. Так от них работают фонари, Wi-Fi передатчики и камеры наблюдения в природных зонах – например, "Долина реки Сетунь" и "Воробьевы горы".

Геотермальная энергия

Геотермальная энергия - это энергия внутри Земли, которая может быть использована для обогрева домов, учреждений и промышленных предприятий.

Широко применяют геотермальную энергию в районах вулканической и сейсмической активности в США, Италии, Исландии, Мексике, Японии, Новой Зеландии, России, Венгрии, Сальвадоре и на Филиппинах. Здесь внутреннее земное тепло поднимается к самой поверхности в виде горячей воды и пара с температурой до 300 °С и часто вырывается наружу в виде источников (гейзеры). Широко известны гейзеры Йеллоустонского парка в США, Камчатки и Исландии.