Алюминий с водой в автомобилей

Алюминий с водой в автомобилей

Лучшим средством индивидуального наземного транспорта был и остается автомобиль. Он же – один из главных потребителей энергии и один из главных виновников ухудшения экологического состояния городов. Отсюда – постоянные попытки, удачные и неудачные, заменить источники энергоснабжения автомобиля и, соответственно, изменить характер отходов при его эксплуатации.

Представляю анализ информации об одной такой попытке.

Недавно в Интернете появилось сообщение:

«Хватит цивилизованному миру зависеть от никчемных обладателей горючего.

Израильская компания заправит машины алюминиевым порошком. 12 лет разработок подошли к победному финалу, и израильская компания Alchemy Research создала и запатентовала реактор, работающий на алюминиевом порошке. В реакторе, температура которого составляет 900 градусов Цельсия, алюминий вступает в реакцию с водой, в результате чего образуется водород и оксид алюминия.

Полученный таким образом водород, используется в качестве топлива для топливных элементов. Водород также можно сжигать для вращения турбины. Тепло, выделяемое в ходе реакции, используется для поддержания температуры в реакторе, создавая, тем самым, самоподдерживающуюся систему. Побочный нетоксичный продукт – оксид алюминия – перерабатывается на соответствующих производствах обратно в алюминий.

Автомобили, работающие на таком реакторе, могут заправляться за несколько минут – засыпал порошок и всё! Алюминиевого порошка в баке, сравнимом по объему с обычным баком, хватит для того, чтобы проехать 2,4 тыс. км.

Глава корпорации Гидеон Ямпольский рассказывает о своем детище:

«Это будет электромобиль, который сможет проехать 2,400 км на одном топливном баке размером с бак у вас в машине. Хотя топливный бак, заполненный бензином, позволит вам проехать только 700-800 км.»

В системе Alhydro энергия хранится в алюминиевом порошке. Поскольку алюминий достаточно плотный материал, он позволяет сохранить в два раза больше энергии, чем обычное топливо того же объема. И в 80 раз больше энергии на килограмм, чем лучшие литиевые батарейки. Однако до сих пор не существовало способа высвободить эту энергию.

Реакция Alhydro протекает в реакторе при нагреве до 900°С. Если при слове «реактор» вам представилось что-то внушительное и размером с дом, то не пугайтесь: этот реактор достаточно компактен, чтобы быть установленным в автомобиле.

В него поступают алюминиевый порошок и вода, на выходе получается горячий водород. Полученный водород превращается в электрическую энергию и тем самым заменяет собой батарею в электромобиле. Водяной пар, образующийся в результате реакции, охлаждается и используется в новом цикле. Таким образом, система не требует дозаправки водой, расходуется только алюминий.

С точки зрения экологии машина с алюминиевым реактором – практически идеальный транспорт. Ни один из реагентов или продуктов реакции не является токсичным веществом. Отработанное топливо не улетучивается в атмосферу и не оседает вдоль дороги, а используется вновь и вновь, экономя небезграничные ресурсы планеты.

На сегодняшний день цена машины, работающей на алюминии, такая же, как цена обычной машины с бензиновым двигателем. Однако цены на газ и нефть растут по мере истощения ресурсов, а с развитием технологии возможность повторного использования алюминия может существенно снизить цену.»

В данный момент подписан контракт на разработку таких автомобилей с одной из ведущих авто–корпораций, чьё название является коммерческой тайной. Появление этих авто на рынке в серийном варианте, ожидается к 2018 году.

Трудно переоценить, как эти технологии способны изменить геополитику.

Похоже, что кому-то придётся очень больно упасть с пьедестала, а нефтяные короли превратятся в корольков.

Конечно, это не избавление от нефтяной зависимости, поскольку для органического синтеза это сырьё пока необходимо.

А там ещё что-нибудь придумаем». [ 2а,б,в]

Анализ публикации:

Хотя суть предложения (здесь, а также во множестве презентаций фирмы [1]) детально не излагается, но её можно восстановить приблизительно по публикуемым авторами описаниям и рисункам. Кое о чем приходится догадываться, многое можно рассчитать, исходя из научных истин и современных возможностей техники.

Нет никакой экономии.

В публикациях фирмы [1] указывается, что из 1 кг алюминия можно получить 8.6 КВтч энергии. В предлагаемой системе энергии используется меньше, поскольку есть значительные потери и дополнительные затраты энергии. Но не это важно, а то, что даже по завышенной оценке это гораздо меньше, чем необходимо для восполнения предлагаемого топлива.

Улучшение экологии .

Не видно её улучшения.

Читайте также:  Акт сдачи выполненных работ на ремонт автомобиля образец

Основным аргументом авторов является улучшение экологии. Но какое же здесь улучшение, когда для производства алюминия необходимо затратить много электроэнергии, получаемой в настоящее время в большой мере от сжигания довольно грязного топлива. Берите пример с Бразилии – жгите в автомобильных моторах спирт, что дешевле, чем бензин и более экологично. Из выхлопной трубы летят водяной пар и углекислый газ, да чуток пахнет спиртом. В этой стране спирт получают, используя энергию солнца через сахарный тростник, выращиваемый на её необозримых просторах. Для перегонки на спирт годятся и другие растения, была бы земля, солнце и вода, хотя бы солёная, чего у нас в Израиле достаточно, например, в Негеве.

Эффективность .

Очень сильно завышена рекламируемая дальность пробега, более чем вдвое.

Вычислим величину этого пробега. Предположим, что в автомобиле установлен топливный бак обычного размера емкостью приблизительно 50 литров. Если заполнить порошком алюминия весь бак (контейнер), то его там будет около m =100 кг. Согласно указанному авторами уравнению реакции алюминия с водой

2 Al + 3 H 2 O → Al 2 O 3 +3 H 2

m 1 = m х 3Мводор./2Малюм. = 100кг х (3х2/2х27) =11.1 кг

Авторы предполагают подавать водород в топливный элемент, энергия которого используется в тяговом электродвигателе автомобиля. КПД современного водородного топливного элемента η составляет приблизительно 50% [4], что для вычисленной массы водорода m 1 и его энергии q 1 = 33,3 кВтч/кг даёт количество электроэнергии

Е1= m 1 q 1 η = 11.1кг х 33.3 КВтч/кг х 50% =185 КВтч

При приводе автомобиля от электродвигателя, КПД которого можно принять очень высоким ( η1 =90%), на движение автомобиля поступит

m 2 = Е2/ η2 х q =166 КВтч /30% х 12 КВтч/кг = 46 кг ( V 2 = 62 л) бензина

На 62-х литрах бензина проедем приблизительно 620 км при расходе бензина r у предполагаемого довольно тяжелого автомобиля 10л/100км

S 1 = V 2 / r = 62л/10л/100км = 620 км

Рассчитаем количество выделяемого тепла. Как следует из теплового баланса указанной выше химической реакции, на один моль алюминия (Малюм=27г) выделяется q 1 = 472КДж. От 100 кг алюминия получим

E 3 = q 1 m / Малюм =472 КДж x 100 000г /27г = 1750 МДж = 486 КВтч

Вычислим эти затраты и потери. Реактор, действительно, нужно разогреть, но только один раз – перед началом химической реакции. Можно предположить, что реактор вместе с окружающими его системой охлаждения и наружной теплоизоляцией имеет массу m 3 ≈ 50кг. Температура в зоне реакции 900ºС, наружная температура любого устройства в современном автомобиле не превышает 100ºС. Исходя из этих величин, можно принять среднюю температуру t ср всего этого агрегата приблизительно равной 500˚С. Из чего сделан реактор, не знаем, но примем среднюю теплоемкость всей конструкции такой же, как у жаропрочной стали с1 = 0.5 КДж/кг˚С. Следуя этим догадкам, вычисляем тепло, необходимое для разогрева реактора

Е4 = m 3 с1 t ср = 50кг х 0.5 КДж/кг˚С х500˚С. = 12. 5 МДж = 3.5 КВтч

Скрытую теплоту кипения не учитываем, так как превращение воды в пар выше критической температуры (374ºС) не требует затрат энергии.

Надо также вычесть тепло, необходимое для нагревания алюминия от температуры окружающей среды t 3 ≈ 20 ºС до температуры реакции t 2 = 900 ºС

E 6 = c 3 m ( t 2 – t 3 )= 0.9 КДж /кг ºС х 100 кг х (900ºС – 20 ºС) =79 МДж = 22 КВтч

И тепло для его плавления

E 7 = pm = 390 КДж/кг x 100кг =39 M Дж = 11 K Втч

Следовательно, на нагревание воды, охлаждающей реактор, и превращения ее в пар остается

То есть, около 80% тепла, полученного в реакции.

В рассматриваемой здесь завышенной оценке эффективности, потери тепла в окружающую среду не учитываем.

Как это следует из презентации авторов, реактор нагревает воду и обращает ее в пар, поступающий в турбину. (В другом месте презентации указано, что турбина работает непосредственно на водороде, то есть, этой добавки энергии пара нет.)

КПД паровой турбины меньше, чем у двигателя внутреннего сгорания. По оценке общий КПД (η3) привода такого парового автомобиля не более 20%. Следовательно, на движение автомобиля поступит энергия

Е9 = E 8 х η3= 383 КВт час х 20% = 77 КВт ч

Рассчитаем количество бензина m 5 для получения такой же энергии на движение автомобиля с двигателем внутреннего сгорания.

m 5 = Е9 хη2 х q = 77КВтч /30% х 12 КВтч/кг = 21 кг ( V 3 = 29 л) бензина

На таком количестве бензина можно было бы проехать расстояние

Читайте также:  Акт приемки автомобиля в эксплуатацию

S 2 = V 3 / r = 29л/ 10л/100км = 290 км

Итого, по нашей довольно завышенной оценке получаем общий пробег при использовании 100 кг алюминия

S = S1 + S 2 = 620+290 = 910 км

Не густо, нет рекламно впечатляющей величины 2.4 тыс.км, которая вызвала ажиотаж перепечаток. 800 – 900 км можно проехать по шоссе с одной заправки полного бака и на обычном хорошем бензоавтомобиле. Кто-то сильно ошибся в расчетах. Полагаю, что авторы предложения.

Конструкция и технология.

Здесь много странного.

Авторы пишут, что в реакторе температура достигает 900 градусов Цельсия. Такой реактор на автомобиле чрезвычайно неудобен, ведь перед выездом его нужно разогревать, вероятно, не менее часа. Как говорили в прежние времена: «Пора раскочегарить паровоз», – и раскочегаривали, обычно около суток.

Неизбежны потери большого количества энергии при остановке. Если неожиданно нужна длительная стоянка или автомобиль оставляется до следующей поездки, то вся энергия разогрева реактора пропадает. При этом нужно срочно очистить ректор, чтобы не засел там «козел» затвердевшего алюминия (температура плавления 660˚С). Из трубы стоящего автомобиля ещё долго будет свистеть горячий пар.

Энергия, запасенная в разогретом реакторе, была вычислена выше. Его охлаждение эквивалентно потере около 3.5КВтч или более кубометра водорода

m 85/ q 1 = 12 500 K Дж/129 000 K Дж/кг = 0.097 k г (1.1 м 3 ) водорода

Поскольку тепло используется для паровой турбины, то реактор является частью парового котла, он должен быть окружен жаропрочными трубами и снаружи теплоизоляцией.

Рассчитаем расход воды на одну поездку. Вероятно, что вода, поступающая из бака при температуре окружающей среды t 3 ≈ 20 ºС, будет нагрета путем теплообмена от реактора до температуры t 4 ≈ 500 ºС, то есть превращена в перегретый пар. Количество воды вычислим по формуле

Поскольку конденсация значительной части пара после турбины здесь нереальна, то он выбрасывается в воздух, как в паровозе. Поэтому необходим довольно большой бак на 800 – 900л воды.

Можно было бы не нагревать воду до кипения, а охлаждать реактор так же, как двигатель в обыкновенном автомобиле, прогоняя воду через радиатор, охлаждаемый воздухом. Воды при такой схеме нужно значительно меньше и она не теряется. Однако при этом не используется тепло химической реакции для движения автомобиля и пробег на одну заправку оказывается скромным, только 620 км.

Химический реактор (массой≈50 кг), батарея теплоэлементов (≈100 кг), паровая турбина (≈50кг), электродвигатель (≈50кг), огромный бак с водой (≈800кг), бак/контейнер с алюминием (≈100кг), кузов и ходовая часть (≈500 кг), радиатор и теплообменники для воды и водорода (≈50кг). Ещё, вероятно, нужны баллон и компрессор для запасания водорода, электрический аккумулятор и другие приспособления. Получается тяжелая конструкция, мало пригодная для современного автомобиля.

Автомобиль этот не электрический, а гибридный, на половину паровой с двигателем внешнего сгорания – паровой турбиной. Уже более 100 лет мы не видели на дорогах паровых автомобилей.

Неясно, как предполагается заправка алюминия в бак/контейнер, а уж грязная работа с извлечением отходов реакции, вряд ли, понравится современному водителю. В презентации не описывается, как подавать алюминиевый порошок в работающий реактор, ведь там внутри при температуре 900 градусов давление водяного пара и водорода более 100 атмосфер.

Предлагаемая конструкция электро-химического реактора не является лучшей. Известны и другие конструкции. Они легче современных электрических аккумуляторов, работают при комнатной температуре, не требуют зарядки от сети, выпускаются, например, для использования в электро-велосипедах [7]. Однако и они не получили широкого распространения, поскольку потребителю проще сунуть шнур блока зарядки аккумулятора в электрическую розетку, чем заниматься заправкой и утилизацией картриджей с химикалиями.

Не случайно в статье не названа фирма, решившая стать спонсором, вероятно, такой и нет. Процветающие фирмы умеют рассчитывать эффективность предложений, лохи в них не работают.

Новизна.

Год назад некие шутники от науки предложили использовать в качестве топлива для автомобиля алюминиевые колечки от крышек пивных банок [9]. Забавно, но очень не технично. Были и другие сообщения об использовании алюминия как топлива, например, для питания ноутбуков [10]. Есть ещё и много других публикаций. Google по этой теме показывает более ста позиций. Может быть, патентоведы найдут в предполагаемом изобретении какую-нибудь новизну.

Стиль и содержание

В приведенном выше интервью с директором фирмы заметно хорошее владение русским языком, однако текст залихватский, видимо, безобразничал какой-то русскоязычный журналист. Если я правильно понял из Интернета, одним из авторов публикаций фирмы является журналист по автомобильному спорту, наверное, он и писал презентации. Понятно, почему там тоже лихой текст. На многих страницах презентации много раз повторяется сообщение о преимуществах предложения, но нет достаточно внятного описания конструкции – здесь работала опытная рука рекламодателей и юристов. Не видно участия грамотных инженеров в составлении презентации – слишком много научно-технических ошибок.

Читайте также:  Автомобиль найденный в болоте

Какая цель?

Много разного публикуется в современной электронной сети – Интернете. Много полезного. Например, при написании этой рецензии не пришлось бегать по библиотекам, как в прежние времена, вся необходимая информация под рукой. Однако наряду с нужными и полезными публикациями валяется в сети много мусора, в котором можно потеряться и пропасть: произведения графоманов, околонаучные и антинаучные статьи, «документальные» описания никогда не происходивших событий. Такое можно считать плодом больной фантазии, то есть, непреднамеренным обманом.

Но есть в сети и преднамеренный обман, граничащий с преступлением. Наиболее безобидный – это искажение и раздувание всяких сплетен и происшествий, помещаемых в сайтах для привлечения читателей. Хуже этого – реклама с неполным или искажаемым описанием свойств товара. Но хуже всего – недобросовестная обманная информация, помещаемая с целью схватить незаслуженные деньги. Можно через суд бороться с обманом в информационной сети, но трудно доказать всякий обман.

Очень похожим на описанное здесь предложение является рекламируемое уже несколько лет изобретение по добыче электричества из автодорог [11]. Идея вздорная и обманная. Электричество там добывается не из асфальта, а за счет горючего проезжающих машин. Много в этом предложении несуразностей, ошибок и нереальных решений. Однако авторы предложения получили большие деньги на грант и уже пару лет живут на них, что-то делая в Технионе. Более того, недавно при посещении Всеизраильского управления дорог, увидел вывешенный там список рекомендуемых конкурсных работ и эта тема там значится. Будет возможность, напишу об этом обмане подробно с формулами и числами.

И в рассматриваемом случае о применении алюминия в качестве топлива, авторы, видимо, пошли по тому же пути – задались целью получить деньги от спонсоров или от государства. Не зря они вложили средства в создание фирмы и в довольно обширную презентацию.

Похвала Израилю

Не всякие редакторы сайтов обнаруживают обман. Вот они и перепечатывают это непроверенное сообщение, да ещё иногда под заголовком «Молодцы израильтяне». Похвала здесь незаслуженная и дутая. Пузырь этот лопнет и обнаружится очень некрасивая суть. Есть за что похвалить израильтян, но уж не за это.

Цитаты

Мне показалось, что слишком резко критикую данное предложение, но вот посмотрел на публикации по этой теме и понял, что выражаюсь сравнительно мягко. Например, на сайте «Двигатель на алюминии» [12] помещено мнение: « Вся эта бодяга затеяна для того, чтобы оправдать некую сумму на исследования или преподнести дешевую сенсацию. Только идиот будет переводить металл в руду, которая стоит копейки, а на производство того же металла придется затратить уйму энергии. Чем и выгоден сбор металлолома, так это тем, что производство из него металла на порядок дешевле, чем производство из руды. Так что не будет никаких алюминиевых автозаправок. Соответственно, и говорить не о чем».

В статье «Почему нельзя получать водород из алюминия» [13] написано, что алюминиевая энергетика явно проигрывает бензину и другим традиционным видам топлива, как по массе расходуемого вещества, так и по стоимости. Кроме того, использование таких двигателей в автомобиле вызывает ряд неудобств.

Другие комментаторы пишут: «Типичный стартап, придумали себе техническую проблему и название, будут доить инвесторов, хорошо, если не государство». « Утка это. Забавная, но утка.» «…но вроде не утка по крайней мере, контора такая существует, может, чтобы бабла на инвестициях срубить?» [ 2ж ]

Сердиться вредно для здоровья, не стоит того данное пустое предложение. Следуя одному из комментаторов, перейдем на юмор: «Всё это не более, чем курьёз. Почему-то сразу вспоминается Незнайка и автомобиль на газированной воде с сиропом. Газы выделяются, толкают поршень. И вдобавок всегда есть чего попить».

Источник

Ответы на популярные вопросы
Adblock
detector