Warning: Cannot modify header information - headers already sent by (output started at /nano-data/main/resources.obj.php:5902) in /nano-data/main/resources.obj.php on line 5089
MEMBRANA: Химики решили кормить автомобили водородными таблетками
Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Эта крошечная, порядка сантиметра в диаметре, таблетка из боразана весит 0,24 грамма, а если говорить о топливной эффективности и чистоте выхлопа, то, кажется, трудно придумать что-то лучше комбинации "водород – топливные элементы" (ТЭ). Последние обладают КПД, намного большим, чем у ДВС. А спокойная реакция на их электродах даёт на выходе водяной пар.
Honda FCX Clarity – один из самых современных водородных автомобилей. Водород здесь хранится в баллоне под высоким давлением (иллюстрации Honda).
Боразан похож по строению на этан, но в нормальных условиях является не газом, а твёрдым веществом, похожим на бесцветный воск (иллюстрация Ben Mills).
Учёные из Тихоокеанской Северо-западной Национальной Лаборатории (PNNL) как-то установили, что боран аммиака выпускает водород во много раз быстрее, будучи нанесённым на наноструктурированные "леса" из кварца. Возможности боразана не первый раз привлекают внимание исследователей (иллюстрация Pacific Northwest National Laboratory).
Так можно записать превращение полиборазилена в боразан, отлаженное авторами нового исследования (иллюстрация Benjamin L. Davis et al./Angewandte Chemie).
Рециклинг отработанного боразана должен быть налажен на специальных предприятиях. Учитывая, что само это вещество давно применяется в химической промышленности, проблем с этим быть не должно (иллюстрация Benjamin L. Davis et al./Angewandte Chemie).
Аммиакаты – основа "Адаммина" – изобретения Йенса Норскова (Jens K. Nørskov), основателя компании Amminex (фото Jens K. Nørskov/Technical University of Denmark).
Hydrammine, содержащий 4 килограмма водорода (красная канистра), и для сравнения объём топлива той же массы в случае жидкого водорода (в центре) и газообразного, сжатого в 500 раз. Такое количество водорода при отправке его в топливные элементы означает пробег легковушки примерно в 300-450 километров (иллюстрация Amminex).
Система очистки выхлопа от компании Amminex содержит блок управления, ёмкость со сменными блоками "Адаммина", небольшое стартовое устройство (электрический подогреватель) и набор трубок, выпускающих чистейший аммиак в крошечных дозах в выхлопной тракт, где он вступает в реакцию с оксидами азота (иллюстрации Amminex).
Ещё пара примеров изделий с применением технологии датских аммиачно-солевых таблеток. Слева: блок "твёрдого аммиака" весом 100 граммов. Содержит 74 литра (или 52 грамма) чистого аммиака (считая при нормальных условиях). Если бы этот аммиак был газом, для достижения аналогичной плотности упаковки его потребовалось бы сжать до давления в 900 атмосфер.
Справа: блок хранения и выпуска аммиака, содержащий 400 граммов этого соединения. При КПД энергетической установки (ТЭ, в частности) в 50% это эквивалентно одному киловатт-часу электроэнергии (фотографии Amminex).

MEMBRANA: Химики решили кормить автомобили водородными таблетками

Ключевые слова:  альтернативная энергия, нанотехнологии, храние водорода

Опубликовал(а):  Никитина Елизавета Александровна

07 сентября 2009

Учёные наметили ещё один вариант обеспечения автомобилей энергией, который благоприятен с экологической точки зрения и конкурентоспособен в плане экономики. И пусть перед нами лишь лабораторные опыты, не исключено, что они предвещают переход транспорта на топливо нового формата. Свежее исследование ложится в целую обойму альтернатив, родственных по сути.

Если говорить о топливной эффективности и чистоте выхлопа, то, кажется, трудно придумать что-то лучше комбинации "водород – топливные элементы" (ТЭ). Последние обладают КПД, намного большим, чем у ДВС. А спокойная реакция на их электродах даёт на выходе водяной пар.

И ведь, что приятно, на горизонте уже виднеется удешевление ТЭ, пока ещё заметно проигрывающих ДВС в стоимости. Так, недавно General Motors построила водородные ячейки нового поколения — более компактные, лёгкие и дешёвые, чем предыдущие образцы, а в Британии создали относительно простое водородное авто, тоже на топливных элементах. Оно демонстрирует, насколько экономичным может быть такой транспорт.

Однако остаётся открытым вопрос наилучшего способа хранения водорода на борту. H2 можно держать в сжатом виде, но такой баллон многие именуют не иначе как бомбой. Если перейти на жидкий водород, то так же не обойтись без проблем: он не может плескаться в баке слишком долго — неизбежны потери на испарение.

Пока нет ярких успехов в "набивании" водорода в какую-нибудь полимерную пену, приходится искать новые пути безопасной и плотной упаковки столь желанного горючего.

Почему бы не использовать соединения легчайшего элемента, но не привычные углеводороды, дающие парниковый CO2 на выходе? Инженеры и учёные уже показали на практике, что ездить можно на аммиаке, банально сжигаемом в ДВС. Учитывая, впрочем, что аммиак ядовит, — это не самый лучший вариант.

С горя специалисты пускаются на самые экзотические поиски. К примеру, японцы разработали дешёвые ТЭ на гидразине (вот уж отрава чистой воды), а также метод безопасного хранения его в машине в виде твёрдого полимера. Другие варианты снабжения авто "чистой" энергией включают топливную ячейку на основе борида ванадия и применение в качестве транспортного энергоносителя обыкновенного крахмала.

Но есть ещё целая группа близких видов топлива. Химические гидриды — твёрдые вещества либо жидкости, которые хранят в своём составе водород при плотности, куда более высокой, чем у водорода, сжатого до 500-700 атмосфер, или даже у жидкого.

Химические гидриды легко выпускают водород "по требованию", скажем, при небольшом нагреве (до температур порядка 70-150 градусов, в некоторых случаях — выше). А такие температуры могут в виде бросового тепла предоставлять сами топливные элементы.

Одним из перспективных гидридов считается боран аммиака (ammonia borane) или боразан (borazane). Его формула: H3NBH3. При атмосферном давлении и комнатной температуре – это твёрдое соединение с плотностью 0,78 грамма на кубический сантиметр, которое содержит по весу аж 20% водорода.

Это очень высокий показатель, позволяющий, в теории, создать водородные авто с пробегом не меньшим, чем у бензиновых, и с боразановым "баком", не большим по размеру, чем традиционный бензобак.

Но ключевой загвоздкой для данного вида энергоносителя (и это относится ко всем химическим гидридам) является восстановление дегидрированного (отработанного) топлива. Оно должно быть простым, а ещё — экономически и энергетически оправданным. Иначе вся затея с новым хранилищем H2 теряет смысл.

Ныне учёные из Национальной лаборатории в Лос-Аламосе (Los Alamos National Laboratory), университета Алабамы (University of Alabama) и центра разработки химических средств хранения водорода министерства энергетики США (DOE Hydrogen Program — Chemical Hydrogen Storage Center of Excellence) нашли интересное решение.

Они открыли, что одна из форм отработанного боразана — полимер полиборазилен (polyborazylene) — может быть обращён обратно в боран аммиака при помощи ряда недорогих реагентов и скромной порции энергии. Причём весь набор реакций может полностью проходить в одной ёмкости.

И это открывает возможность для крупномасштабной промышленной переработки полиборазилена, позволяющей замкнуть круг. (Детали исследования изложены в статье в Angewandte Chemie.)

Сходный подход к решению проблемы хранения водорода применяют и создатели аммиачных таблеток — специалисты датской компании Amminex. Материал, из которых состоят эти таблетки, назван AdAmmine.

AdAmmine получается путём экспозиции аммиака в присутствии солей типа MCl2 (где M — магний, кальций и некоторые другие металлы). Аммиак реагирует с солями, образуя сложный комплекс наподобие Mg(NH3)6Cl2.

Это совершенно безопасный в обращении (можно брать в руки), довольно стабильный твёрдый материал, который содержит большое количество водорода на единицу объёма (порядка 110 граммов на литр) и веса (более 9%) и выпускает его при нагреве.

Время, прошедшее с момента изобретения AdAmmine, даром не прошло. Компания наладила выпуск различных по размеру и составу его вариаций (Hydrammine), проработала вопросы использования своих таблеток в качестве источника топлива для ТЭ разных типов (высокотемпературных твёрдооксидных, например, или, скажем, ТЭ, потребляющих напрямую аммиак, выпускаемый такими "зарядами").

Также Amminex разработала технологию очистки выхлопа обычных моторов от оксидов азота при помощи добавки в него толики аммиака из картриджа с "Адаммином" (он вступает в реакцию с оксидами, преобразуя их в азот и воду).

В общем, как и боразан, солевые таблетки со "спрятанным" в них водородом могут оказаться интересным вариантом для питания транспорта будущего. Не зря технологическая ассоциация European Tech Tour нынешним летом включила Amminex в список "Топ-24" европейских компаний, разрабатывающих самые многообещающие "зелёные" технологии.

На этом поиски не заканчиваются. Различные группы учёных экспериментируют с упаковкой водорода в соединения и комплексы, основанные на литии, магнии и боре. Всё идёт к тому, что кто-то первым решится показать в работе новые автомобили, который заряжается картриджами с твёрдым топливом, "дышащим" водородом.

Если разделять оптимизм учёных из Лос-Аламоса, повторная переработка таких картриджей со временем окажется вполне конкурентоспособной отраслью, а значит — бензоколонки могут уступить место станциям по продаже брикетов с "Адаммином" или всё тем же бораном аммиака. содержит в связанном виде 0,5 литра водорода (фото Pacific Northwest National Laboratory).


Источник: MEMBRANA



Комментарии
Нейтрализация оксидов азота аммиаком давно применяется для очистки "дымовых газов" при получении азотной кислоты.
Перепубликация статей с "Перепонки" ни к чему хорошему не приведет.

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Нановселенная
Нановселенная

Интервью с участниками, авторами задач и организаторами XIII Олимпиады
Предлагаем ознакомиться с подборкой видеороликов - миниинтервью, взятых в течение очного тура XIII Всероссийской Интернет-олимпиады по нанотехнологиям "Нанотехнологии - прорыв в будущее!" (25 - 30 марта 2019 года).

Неделя Олега Лосева
Портал RSCI.RU и инициаторы проведения "Недель Олега Лосева" приглашают все вузы и факультеты физико-технологического и радиоэлектронного профиля к участию в первой Неделе Олега Лосева в Рунете, посвященной Олегу Владимировичу Лосеву - признанному пионеру полупроводниковой электроники и оптоэлектроники.

Магистратура Московского университета по химической технологии
Химический факультет МГУ имени М.В.Ломоносова объявляет о приеме в магистратуру "Химическая технология" для подготовки специалистов в области полимерных композиционных материалов, углеродных материалов, защитных покрытий.

Интервью с Константином Козловым - абсолютным победителем XIII Наноолимпиады
Семенова Анна Александровна
Школьник 11 класса Константин Козлов (г. Москва) стал абсолютным победителем Олимпиады "Нанотехнологии - прорыв в будущее!" 2018/2019 по комплексу предметов "физика, химия, математика, биология". О своих впечатлениях, увлечениях и немного о планах на будущее Константин поделился с нами в интервью.

Микроэлементарно, Ватсон: как микроэлементы действуют на организм
Алексей Тиньков
Как на нас воздействуют кадмий, ртуть, цинк, медь и другие элементы таблицы Менделеева рассказал сотрудник кафедры медицинской элементологии РУДН Алексей Тиньков в интервью Indicator.Ru

Зимняя научная конференция студентов 4 курса ФНМ МГУ 22-23 января 2019 г.
Сафронова Т.В.
Настоящий сборник содержит тезисы докладов зимней научной студенческой конференции студентов 4-го курса ФНМ

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.