8.2. Применение водорода

В перспективе основным видом топлива может стать водород. При сгорании 1 л жидкого водорода выделяется в 3 раза больше теплоты, чем от бензина. Чтобы водород стал жидким, нужно понизить его температуру до –253 °C. При атмосферном давлении плотность водорода составляет 0,1 кг/м³.

Более простой путь применения водорода – это использование аммиака, он поступает в цилиндр с выделением водорода. Водород взрывоопасен, его хранение затруднено. При получении водорода его целесообразно сразу направлять в камеру сгорания двигателя и сжигать.

В настоящее время в автомобилях стали использовать топливные элементы, которые позволяют получить электрическую энергию непосредственно из химической энергии без промежуточного образования теплоты. Если принять в качестве топлива водород, а окислителя – кислород (воздух), то топливный элемент условно можно представить в виде, как показанно на рис. 8.2. Вместо водорода можно подавать газ с большим содержанием водорода, например метан, а вместо кислорода – воздух.

В полость 1 подается водород, который контактирует с пористым анодом 2 (сплав платины с иридием). В полость 3 подается кислород, который контактирует с пористым катодом 4, выполненым из такого же материала, что и анод 2. Между катодом и анодом находится электролит. Водород проходит через поры анода 2 и, соприкасаясь с электролитом, ионизируется. Ионизация в газах – отрыв от атома или молекулы газа одного или нескольких электронов. При этом электроны будут уходить во внешнюю цепь, а ионы водорода поступят в электролит. Затем электроны, пройдя внешнюю цепь (электродвигатель 5), соединяются на катоде 4 с кислородом, образуя ионы кислорода. Далее, ионы кислорода соединяются с водой электролита и образуют гидроксильные ионы, которые после соединения с ионами водорода вновь образуют воду. В результате получим

О₂ + 2Н₂ = 2Н₂О + электроэнергия.

Электроэнергия подается на электродвигатель 5, который может приводить в движение колеса автомобиля.

В настоящее время в ряде стран применяют спирты – метанол и этанол. Главный недостаток спиртов – меньшая теплотворная способность, чем у бензина.

Спирты можно использовать в качестве добавки (15 %) к бензинам. В этом случае достигаются следующие положительные результаты:

- не нужно вносить изменения в конструкцию двигателя и регулировать его топливную аппаратуру;

- можно работать на бензине с меньшим октановым числом;

- снижается токсичность отработавших газов и расход бензина.

Основные характеристики спиртов приведены в табл. 8.1.

Этиловый и метиловый спирты токсичны и ядовиты, 30 г метилового спирта может вызвать смерть (метиловый спирт СН₃ОН – древесный спирт). Этиловый спирт (С₂Н₅ОН) оказывает наркотическое воздействие.

Таблица 8.1.

Основные характеристики спиртов

Показатели	Метанол	Этанол
Плотность, кг/м3, 20 ° C	795	789
Теплота сгорания, МДж/кг	22	26
Октановое число по моторному методу	90	88