Примерные ответы на обязательные задания

1. Конструкторский отдел

Сжигание 45 л бензина:

М.м.С₈Н₁₈=114; масса = 0,70 х 45 х 10³ = 31500 г;

31500:114 = 276,3 моль бензина;

276,3 х 5500 кДж/моль = 1,52^.10⁶ кДж (выделяется при сжигании 45 л бензина).

Сжигание водорода:

1,52^.10⁶ : 268 (кДж/моль, Н₂) = 5,31^.10³ моль;

масса водорода = 10,6 кг, необходимый объем 1,2^.10⁵ л.

Для движения по трассе требуется 8,85 кг или 1,06^.10⁵ л, в городе  7,08 кг или 1,91^.10⁵ л водорода.

Для хранения газообразного Н₂ объем топливного бака надо увеличить в 4200 раз.

2. Технологический отдел

Октановое число  условный показатель способности горючего к детонации; 2,2,4-триметилпентан (изооктан)  разветвленный алкан с низкой способностью к детонации. Его октановое число (ОЧ) принято за 100. Н-Гептан  легко детонирующий алкан. Его октановое число принято за 0. Под октановым числом понимают процент изооктана в эталонной смеси его и гептана, которая детонирует при той же степени сжатия в цилиндре, как и используемое топливо. Например, если бензин имеет октановое число 97, это значит, что он детонирует при той же степени сжатия, что и смесь 97% изооктана и 3% гептана.

Методика удаления соединений серы в результате реакции с водородом, образующимся в таких процессах, как риформинг (повышение октанового числа; в риформинге участвуют циклические соединения: алканы превращаются в циклоалканы, а они  в арены). Например, гексан (ОЧ=25) превращается в циклогексан (ОЧ=83), который превращается в бензол (ОЧ=106); метилциклогексан (ОЧ=70) превращается в метилбензол (ОЧ=120). При риформинге используют платино-рениевые катализаторы, и процесс в этом случае называют платформингом. Одна загрузка платинового катализатора стоит около 5 млн. ф.ст., поэтому очень важно регенерировать катализатор и правильно его использовать.

Суть методики удаления серы: фракция нефти с серосодержащими соединениями поступает на стадию очистки от серы при температуре примерно 100^оС. Ее нагревают в печи до 300^оС и смешивают с Н₂, поступающим с платформинга. Смесь подается в реактор. Газ с температурой 300^оС на выходе из реактора представляет собой смесь нефти (без S-содержащих соединений) и Н₂S. Далее газ охлаждают до 93^оС.

2. ...т. к. смесь водорода с воздухом должна впрыскиваться в камеру сгорания (дополнительные конструкторские затраты, делающие продукцию убыточной); по сравнению с другими видами топлива водород имеет слишком широкий диапазон воспламеняемости. С точки зрения безопасности это недостаток.

3.Водород выделяется из гидридов при условии нагревания.

4 и 5. Использование гидрида металла в качестве системы для запасания топлива значительно безопаснее, чем использование газообразного водорода, и даже безопаснее, чем вождение автомобиля с полным баком бензина. Если во время аварии топливный бак будет поврежден, водород останется «запертым» в своем соединении, и риск взрыва может быть исключен.

3. Отдел дизайна

Полистирол  изоляционный материал с улучшенными внешними характеристиками.

Биоразлагаемые полимеры  1) биополимеры (производимые живыми организмами): например, полигидроксибутаноаты (природные полиэфиры, вырабатываются некоторыми бактериями, используются ими как источник энергии; полное разрушение за 9 мес.; производство очень дорогое, в 15 раз дороже, чем производство полиэтилена);

2) внедрение в пластик гранул крахмала; микроорганизмы поедают крахмал, разрушая крахмал до коротких цепочек, биодеградация которых происходит быстрее;

3) синтетические пластики, специально разработанные так, что они могут разрушаться в природных условиях:

а) фоторазрушаемые; б) подверженные бактериальному разложению; в) водорастворимые (поливиниловый спирт, новый полимер, полученный гидролизом или алкоголизом (чаще метанолизом) из другого полимера, поливинилацетата).