ШКОЛА ФИЗИКИ
персональный сайт учителя физики
ЛЯХ ВЛАДИМИРА ПЕТРОВИЧА
 

 


Визитка ИсторияФизкабинет МетодикаКружки   Гостевая книга

Главная
Лаборатория
Публикации
Ссылки
Гостевая книга
Материалы к уроку
Школа физики
 Сайт школы

ПО    СЛЕДАМ   СЕНСАЦИИ

Э Р А     В О Д О Р О Д А

Не успели правительства Объединенной Европы и США принять решение об очеред­ном ужесточении допусков на выброс выхлопных газов, которое приведет к подо­рожанию автомобилей, как минимум, на 5 10 тысяч долларов, как американс­кий инженер Джон Канзиус обнародовал свое феноменальное изобретение, способное в корне изменить ситуацию.

Нет худа без добра

...Демонстрация этого устройства выглядит, как цирковой трюк. В обычную пробирку наливают обычную морскую воду, чиркают спичкой — и над пробиркой появляется голубое пламя. Горит, конечно, не вода, а выделяющийся из нее водород. И ничего бы странного в том не было, но водород выделяется без обычного в таких случаях электрического тока и электродов. Так что же все-таки сделал изобретатель? Давайте попробуем разобраться. Тем более что радиоинженер Джон Канзиус из городка Эри в Пенсильвании честно признается, что открыл феномен совершенно случайно. Главной целью его работы было создание особого высокочастотного генератора радиоволн, который, как надеялся изобретатель, поможет в лечении ряда раковых заболеваний. Сам Канзиус в том кровно заинтересован, поскольку в 2002 году заболел лейкемией и немало испытал, проходя курс химиотерапии. Тогда он и задумался: нельзя ли как-то облегчить страдания людей, попавших в такую же беду? Уже через год был готов прототип аппарата разрушения раковых клеток с помощью радиоволн. Действует он так. В больные ткани вводятся наночастицы металлов, например золота, которые свободно проходят сквозь здоровые клетки, но задерживаются в пораженных. Затем при облучении ВЧ-генератором металл разогревается и разрушает очаги болезни.

Испытания устройства Канзиуса в медицинских цен­трах Техасского и Питсбургского университетов дали многообещающие результаты. В настоящее время ведется тестирование метода на пациентах. Но это не все. Во время одной из демонстраций прибора кто-то из присутствующих обратил внимание Канзиуса на то, что на дно пробирки выпадает осадок. Инженер догадался, что, вероятно, под воздействием ВЧ-излучения выделяются соли. Получалось, аппарат, возможно, пригоден для опреснения соленой воды. Инженер провел соответствующие опыты и убедился, что его догадка верна. Вот в одном из экспериментов от случайной искры вода в пробирке, находившаяся под воздействием радиоволн, вспыхнула! Тут уж Канзиус возликовал: получалось, что он на­шел простой способ получения водорода из воды.

Проблемы проблем

                В самом деле, было от чего радоваться. Водород, как известно, самый распространенный элемент Солнечной системы. Одно только наше светило сжигает его около 600 млн. т в секунду! И на Земле его невообразимо много — по крайней мере, треть Мирового океана, а это по­рядка 100 млрд. т! Водород прекрасно горит, его можно использовать в автомобильных моторах и авиационных турбинах практически без их переделки. А вместо выхлопа получается дистиллированная вода. Почему же до сих пор водород не используется столь же широко, как нефтепродукты? Причин тому две. Во-первых, нужно решить проблему простого и дешевого получения водорода из той же морской воды. Во-вторых, полученный водород надо как-то хранить до его использования. Рассмотрим обе проблемы по порядку. Получают водород чаще всего разложением воды на ее составляющие с помощью электролиза. Однако электролиз требует электричества. И если использовать ту энергию, что дают тепловые электростанции, овчинка получается не стоящей вычинки. В конце концов, какая разница, загрязняют атмосферу сами автомобили или тепловые электростанции? Пробовали использовать для получения водорода энергию ветра. Экономист Эндрю Освальд из Уорвикского университета (Великобритания) подсчитал, что перевод всех транспортных средств на водород только в США потребует включения в работу 1 млн. ветряных электростанций; для их размещения потребуется территория размером с пол-Калифорнии. Да и ветры дуют далеко не всегда и не повсюду...

Лучше обстоит дело с солнечными батареями. Наши исследователи из МГУ, например, предлагают разместить их прямо на поверхности океана и, черпая из него воду, тут же превращать ее в водород. Такой подход более рационален. Прикрыть солнечными батареями пустынные участки океана вполне реально. А если сделать батареи полупрозрачными, то и обитатели моря не пострадают. Более того, огромные поля солнечных батарей площадью в сотни квадратных километров не позволят и ветрам устраивать штормы нынешней силы... Но куда девать полученный газ? Его нужно сжимать или даже сжижать и на танкерах развозить потребителям. И вот здесь начинаются проблемы.

Дело в том, что водород очень текуч. Он способен проникать в мельчайшие отверстия, даже сквозь поры в структуре некоторых материалов. Исследователи из Калифорнийского технологического института подсчитали: если мы не уменьшим нынешний процент утечек (от 10 до 20%), то глобальное применение водорода, кроме всего прочего, увеличит его содержание в атмосфере в 4 — 8 раз. И ни к чему хорошему это не приведет.

В любом случае, коренным образом придется пересматривать конструкции всех газовых баллонов и топливной аппаратуры. А это задача чуть ли не планетарного масштаба.

Хлопоты  с баллонами

Экспериментальное использование водорода на авто- и авиационном транспорте уже показало: баллоны с водородом даже под давлением 200 бар слишком громоздки, для них приходится предусматривать места на крышах автобусов и специальных надстройках на фюзеляжах авиалайнеров. Более того, газовый баллон под таким давлением — это фактически бомба, при любом происшествии она может взорваться. Потому сотрудники Технического университета в Дрездене разработали баллоны, которые способны при тех же габаритах и давлении вмещать большее количество газа. А для этого они... заполнили весь баллон особым порошком.

«Это особый высокопористый порошок, — поясняет профессор Стефан Карстен. — Поры диаметром около одного нанометра активно поглощают газ. В результате смесь в баллоне приобретает некое квазижидкое состояние, что позволяет в том же объеме разместить примерно вдвое больше газа. При этом давление в баллоне не 200, а всего 20 атмосфер».

Поглощают водород и материалы с так называемыми металлокаркасными структурами. Каждый такой молекулярный каркас из цинка и кислородосодержащих соединений металлов способен удержать до девяти молекул водорода, однако это число может быть увеличено в 4 раза, если добавить в структуру дополнительные углеродные кольца.

Еще одно преимущество: баллон низкого давления может быть той же формы, что и обычный бак. Да и во­обще емкости для газа можно разместить в любом более-менее подходящем месте автомобиля. Впрочем, это пока теория. Все заправки рассчитаны на давление газа в баллоне 200 бар. А при таком давлении металлокаркасные структуры, как ни странно, позволяют увеличить емкость баллона всего на 20%, что не такой уж большой выигрыш. Масса же баллона с порошком на 50 — 80 кг больше, чем масса пустого.

Есть и еще одна проблема. Баллоны с порошком при заправке газом сильно нагреваются, и это требует специальных мер предосторожности.

Как «связать» газ?

Именно потому многие исследователи предлагают хранить водород в так называемом связанном состоянии. Наиболее перспективны для этого металлические гидриды, полагает руководитель программы по исследованию водорода из Ок-Риджской национальной лаборатории США, доктор Тимоти Армстронг. «Водород входит в гидрид металла и занимает межузлие в его кристаллической структуре», — говорит он. Однако и здесь свои проблемы. Когда водород входит в металл, выделяется тепло и баллон сильно нагревается. Когда же нужно высвободить водород, то приходится подогревать уже сам баллон. А на это опять-таки приходится расходовать дополнительную энергию. Да и количество водорода в такой структуре не так уж велико — до 10% от общего объема. Поэтому специалисты стараются отыскать новые способы удержания водорода до поры до времени в некой «ловушке». Очередной шаг сделали наши специалисты из ООО «Энвайрокет». В.И. Богдан и его коллеги в 2004 году получили патент на каталитический композитный материал для хранения водорода. Более того, они нашли еще способ хранения газа на основе реакций гидрирования-дегидрирования органических соединений. Говоря проще, вместо того, чтобы применять, скажем, гидрид магния или дорогостоящие комплексы иридия, а также платиновые катализаторы, наши специалисты предлагают использовать полимеры на основе полистирола или полиацетилена. Они образуют в смеси с водородом некий органический субстрат, который прекрасно хранится в порах, скажем, того же активированного угля. Получается эффективно и дешево.

Автомобили на водороде уже ездят

 Наконец, недавно группа исследователей из универси­тета штата Миссури и их коллеги из Исследовательского центра г. Канзас придумали, как хранить газ в... кукурузных початках! Точнее, использовать сердцевины початков, которые обычно используют разве что в качестве топлива. Оказывается, если их подвергнуть обработке по специальной рецептуре, то можно опять-таки получить углеродные брикеты — аналог активированного угля — с порами-отверстиями величиной в нанометры, куда можно закачивать газ. При этом, как показали опыты, брикеты способны ак­кумулировать метан или водород, объем которого в 180 раз превышает собственный объем брикета! Причем для хранения используется давление в 7 раз меньше, чем в стальных баллонах — около 35 бар вместо обычных 200.

Почти вечный двигатель?

И вот, когда все эти работы идут полным ходом, слов­но по заказу, появляется изобретение Канзиуса, благодаря которому вообще отпадает надобность в каких-либо баллонах. Казалось бы, заправляй бак водой, разместив под капотом небольшой ВЧ-генератор и — поехали!

К сожалению, попытки заправлять автомобиль водой делались уже неоднократно и всякий раз кончались ничем. Лет десять тому назад, например, индийский химик Рамар Пиллай объявил, что построил катер, работающий на «травяной нефти» — особом наборе кипящих в воде трав. Стоимость смеси — 3 цента за литр. Однако при внимательном рассмотрении выяснилось, что химик просто мошенничал, добавлял в смесь горючее.

Похожая история случилась и в США. Некий Стэнли Мейер в штате Огайо клялся, что готов дать всем желающим дешевую и не загрязняющую среду энергию, и — понятное дело — просил денег на доведение своей идеи до ума. В итоге в 1996 году Мейер сел в тюрьму за мо­шенничество в особо крупных размерах. Ну а в данном случае единственное независимое ис­пытание детища Канзиуса недавно прошло в лаборатории исследований металлов при университете штата Пенсильвания под наблюдением доктора химических наук Растама Роя. По словам ученого, Джон Канзиус на самом деле про­демонстрировал возможность своего изобретения рас­щеплять жидкий солевой раствор в морской воде на во­дород и кислород. Замеры при этом показали, что Канзиус научился достигать температуры горения выше 1600 градусов по Цельсию. Делается это, похоже, не только с помощью ВЧ-излучения, но и специальных присадок-катализаторов, добавляемых в морскую воду.

Больше ничего узнать никому не удалось, поскольку изобретатель в данный момент ведет патентование своего изобретения. А потому наиболее серьезные эксперты, как за рубежом, так и у нас в стране, воздерживаются от окончательных суждений по этому поводу.

Более того, сотрудник журнала  Филипп Болл, автор книги «Н20: биография воды», довольно категоричен в своих суждениях. «Вода не может быть горючим, — заявил он. — Ведь согласно законам термодинамики невозможно получать энергию извлечением водорода из воды с последующим его сжиганием при положительном балансе. Это попахивает очередным рецептом вечного двигателя»...

«При протекании тока в соленой воде может иметь место процесс электролиза — разложения воды на кислород и водород, — полагает Андрей Жук, заместитель директора Объединенного института высоких температур РАН. — Однако КПД высокочастотных генераторов электромагнитного поля находится на уровне 10%. В то же время КПД традиционных электролитических установок, широко используемых для получения водорода и кислорода, сейчас составляет около 70 процентов. Чем же тогда предлагаемый метод лучше традиционного?»

...К сказанному остается добавить, что сам Канзиус относится к кипению страстей довольно прохладно. Он ведь выявил эффект «горящей воды» случайно. И, получив патент, намерен продать его какой-нибудь компании, занимающейся водородной энергетикой. А сам бы хотел вложить полученные деньги в усовершенствование своего аппарата для борьбы со злокачественными опухолями. Эта проблема для него важнее, чем ответ на вопрос, когда же наконец наступит эра водорода?

С. НИКОЛАЕВ (оцифровка В.Лях)  «Юный техник»№12, 2007г
"Кстати, о музыке": Однажды, пытаясь спилить на точиле болтик клеммы небольшого (японского!) мотоциклетного аккумулятора, а это был супердефицитный товар в то время, я  был в буквальном смысле ошарашен. Аккумулятор в руках взорвался и корпус его разлетелся вдребезги, а я едва успел промыть глаза. Газоотводное отверстие на корпусе батареи, видимо, забилось, а при работе там скапливается водород. Небольшая искра и - взрыв. Так что получилось тоже своего рода открытие, возможно кому-то эта информация пригодится.

      На главную        Материалы к уроку      Карта сайта         Список  статей

                

Заключительные уроки по теме " Теплота" и разделу "Электричество"

Информационно-методическое пособие для учащихся по теме "Строение вещества"

Связь преподавания физики и биологии

Литературные материалы в обучении физике

Анимации моделей

Прибор для демонстрации независимости действия сил

 Домашняя экономия 

 Анекдоты

 
 
 

 

 
 

Визитка ИсторияФизкабинет МетодикаКружки   Гостевая книга