Автомобиль қозғалтқыштарын дамыту перспективалары | туралы қазақша

Күннің, жұлдыздардың, жұлдызаралық кеңістіктің зерттеулері әлемнің ең таралған элементі сутегі болып табылатынын көрсетеді (ғарышта қыздырылған плазма түрінде ол күн мен жұлдыздардың 70% массасын құрайды).

Кейбір есептеулер бойынша, күн тереңдігінде 564 млн. тонна сутегі термоядролық синтез нәтижесінде 560 млн. тонна гелийге айналады, ал 4 млн. тонна сутегі қуатты сәулеге айналады, ол ғарыш кеңістігіне кетеді. Күндерде сутегі қоры таусылады деген қауіп жоқ. Ол миллиардтаған жылдар бар, ал сутегі қоры сол жылдан бері жануды қамтамасыз ету үшін жеткілікті. Сондықтан сутегі біз үшін өте үлкен қызығушылық тудырады. Біздің күндердегі сутегі әсері мен пайдасы өте үлкен. Қазір белгілі отынның барлық түрлері, әрине, сутекті қоспағанда, қоршаған ортаны ластайды. Еліміздің қалаларында жыл сайын көгалдандыру жұмыстары жүргізілуде, бірақ бұл жеткіліксіз. Қазір шығарылатын автомобильдердің миллиондаған жаңа моделіне көмірқышқыл (СО2 ) және улы (СО) газдар шығаратын отын құйылады. Мұндай ауамен дем алып, мұндай атмосферада үнемі болу денсаулық үшін өте қауіпті. Осыдан әртүрлі аурулар орын алады, олардың көпшілігі дерлік емдеуге келмейді, ал әсіресе оларды емдеу мүмкін емес. Біз дені сау болғымыз келеді, әрине, бізге баратын ұрпақ да тұрақты ластанатын ауадан қорықпауға және зардап шекпеуге, керісінше, «күн, ауа және су — біздің ең жақсы достарымыз»деген мақал-мәтелдерді еске алып, сеніп тапсырғымыз келеді.

Ауаға келетін болсақ, мұнда күн тәртібінде көп жылдар бойы маңызды мәселе тұр. Егер, ең болмағанда бір секундта барлық қазіргі заманғы қозғалтқыштар экологиялық таза отынмен жұмыс істейтін болса, коим, әрине, сутегі болып табылады,онда біздің планетамыз экологиялық райға апаратын жолға шығады. Бірақ бұл біздің ұлы өкінішке орай, әлі күнге дейін шындыққа айналмайтын барлық қиялдар мен көріністер. Біздің әлем экологиялық дағдарысқа жақындап келе жатқандығына қарамастан, өз өнеркәсібімен қоршаған ортаны ластайтын барлық елдер (ГФР, Жапония, АҚШ, және бұл өкінішті емес — Ресей) үрейге ұшырап, оны тазарту жөніндегі шұғыл саясатты бастауға асығыс емес.

Сутегінің оң әсері туралы қанша айтпасақ та, іс жүзінде бұл жиі емес. Бірақ әлі де көптеген жобалар әзірленуде, менің жұмысымның мақсаты ең керемет отын туралы әңгіме ғана емес, оның қолданылуы туралы да болды. Бұл тақырып өте өзекті, өйткені қазір еліміздің ғана емес, бүкіл әлемнің тұрғындары экология мәселесі мен осы проблеманы шешудің мүмкін жолдарын толғандырады.

Сутегі технологиясына көшу және сутегі алу үшін шикізаттың жалғыз көзі ретінде суды пайдалану планетаның су балансын ғана емес, оның жекелеген өңірлерінің су балансын де өзгерте алмайды.

Мысалы, ГФР сияқты жоғары индустриялық елдің жылдық энергетикалық қажеттілігі Рейн өзенінің орташа ағынының 1,5% — ына сәйкес келетін судың осындай санынан алынған сутегі есебінен қамтамасыз етілуі мүмкін (2180 л су 1 мұнда H2 түрінде беріледі ). Біздің көз алдымызда Ұлы фантаст Жюль Верннің гениальды болжамдарының бірі болып, ол «жұмбақ арал» ромасының (XVII тарау) кейіпкерінің аузымен: «су — болашақ ғасырлардың көмірі»деп мәлімдейді.

1-тарау. Сутегі технологиялары

1.1 сутегі

Сутегі-жер бетіндегі ең көп таралған элементтердің бірі. Әрбір 100 атомынан жер қыртысында 17-сутегі атомдары. Ол жер шарының (атмосфераны, литосфераны және гидрофераны қоса алғанда) массасының шамамен 0,88% құрайды. Егер жер бетіндегі су көп екенін есте сақтаңыз. 1,5 * 1018 м3 және судағы сутегі массалық үлесі 11,19 % құрайды, онда жерде сутегі алу үшін шикізат-шексіз мөлшерде екені анық. Сутегі мұнай (10,9 — 13,8 %), ағаш (6 %), көмір (қоңыр көмір — 5,5%), табиғи газ (25,13%) құрамына кіреді. Сутегі барлық жануарлар мен өсімдік организмдерінің құрамына кіреді. Ол вулкандық газдарда да бар. Сутектің негізгі массасы биологиялық процестер нәтижесінде атмосфераға түседі. Анаэробты жағдайларда миллиард тонна өсімдік қалдықтарының ауаға ыдырауы кезінде сутегінің едәуір мөлшері бөлінеді. Атмосферадағы бұл сутегі тез ыдырайды және атмосфераның жоғарғы қабаттарына диффундирлейді. Аз массаға ие, сутегі молекулалары диффузиялық қозғалыстың жоғары жылдамдығына ие (ол екінші Ғарыш жылдамдығына жақын) және атмосфераның жоғарғы қабаттарына түсіп, ғарыш кеңістігіне ұшып кетуі мүмкін. Атмосфераның жоғарғы қабатындағы сутегі концентрациясы 1•10-4% құрайды.

Судан алынатын сутегі-ең энергияға қаныққан энергия көздерінің бірі. Өйткені, 1 кг H2 жану жылуы (төмен шегі бойынша) 120 МДж/кг құрайды, ал бензиннің немесе ең жақсы көмірсутекті авиациялық отынның жану жылуы — 46 — 50 МДж/кг, яғни 1 т сутегіден 2,5 есе аз өзінің энергетикалық эквиваленті бойынша 4,1 мұнда, сонымен қатар сутегі — тез жаңартылатын отын.

Бірақ отын және химиялық шикізат ретінде сутегі басқа да құнды қасиеттерге ие. Сутегі әмбебаптығы-ол энергетика, көлік, өнеркәсіп, тұрмыста әр түрлі салаларда жанармайдың кез келген түрін ауыстыра алады. Ол автомобиль қозғалтқыштарындағы а бензинін, реактивті авиациялық қозғалтқыштардағы керосинді, металдарды дәнекерлеу және кесу процестеріндегі ацетилендерді, тұрмыстық және өзге де мақсаттарға арналған табиғи газды, отын элементтеріндегі метанды, металлургиялық процестердегі коксты (кенді тікелей қалпына келтіру), бірқатар микробиологиялық процестердегі көмірсутектерді алмастырады. Сутегі құбырлармен оңай тасымалданады және ұсақ тұтынушыларға бөлінеді, оны кез келген мөлшерде алуға және сақтауға болады. Сонымен бірге сутегі — синтетикалық көмірсутектерді алу үшін бірқатар маңызды химиялық синтездерге (аммиак, метанол, гидразин) арналған шикізат.

1.2. Сутегі алу

Қазіргі заманғы технологтардың иелігінде сутекті отынды, көмірсутекті газдарды, сұйық көмірсутектерді, суды алудың жүздеген техникалық әдістері бар. Қандай да бір әдісті таңдау экономикалық пайымдауларға, тиісті шикізат және энергетикалық ресурстардың болуына байланысты болады. Әртүрлі елдерде әртүрлі жағдайлар болуы мүмкін. Мысалы, су электр станцияларында өндірілетін арзан артық электр энергиясы бар елдерде су электролизімен сутегін алуға болады (Норвегия); қатты отын мен Жолдар көп көмірсутектер, қатты отынды газдандырумен сутегіні алуға болады (Қытай); арзан мұнай, сұйық көмірсутектерден сутегіні алуға болады (Таяу Шығыс). Алайда, қазіргі уақытта ең көп сутегін метан мен оның гомологтарының конверсиясы көмірсутекті газдардан алады (АҚШ, Ресей).

Метанды су буымен, көміртегі диоксидімен, оттегімен және көміртегі оксидін конверсиялау процесінде су буымен келесі каталитикалық реакциялар өтеді. Табиғи газдың (метан) конверсиясымен сутегін алу процесін қарастырайық.

Сутегін алу үш кезеңде жүзеге асырылады. Бірінші кезең-метанның құбырлы пешке конверсиясы:

CH4 + H2 O = CO + 3H2 — 206,4 кДж/моль

немесе

CH4 +CO2 = 2CO + 2H2 — 248, 3 кДж/моль.

Екінші кезең, егер сутегі аммиакты синтездеу үшін пайдаланылса, бірінші сатыдағы қалдық метанның ауа оттегімен донверсиясымен және газ қоспасына азотты енгізумен байланысты. (Егер таза сутегі алынса, екінші кезең принципті болуы мүмкін және болмауы мүмкін).

CH4 + 0,5O2 = CO + 2H2 + 35,6 кДж/моль.

Ақырында, үшінші кезең — көміртегі оксиді су буымен конверсиялау:

CO + H2 O = СО2 + H2 + 41,0 кДж / моль.

Барлық көрсетілген сатылар үшін су буы қажет, ал бірінші сатылар үшін — көп жылу қажет, сондықтан энерготехнологиялық жоспардағы процесс құбырлы пештердің сыртынан пештерде жағылатын метанмен жылытылатындай, ал түтіннің қалдық жылуы су буын алу үшін пайдаланылатындай етіп жүргізіледі.

Электролиз-ол арқылы қуатты электр ұшқынын өткізу арқылы Судан сутегін алу. Қалған әдістер техникалық мүмкін емес немесе қымбат электролизге қарағанда қымбатырақ. Электролиз арқылы өте аз сутегі алу үшін сутегі тым қымбат етеді электр энергиясының үлкен мөлшерін қажет етеді.

2-тарау. Автомобиль құрастырудағы перспективалар

2.1. Сутекте жұмыс істейтін іштен жану қозғалтқышы

70-ші жылдардың отын дағдарысы көптеген автомобиль компанияларын жанармайдың баламалы түрлеріне жаңаша қарауға мәжбүр етті. Сол кезде сутегіге бірінші қызығушылық байқалды. Ал бұл «кандидат» өте көп үмітпен көрінді. Жердегі сутегі-теңіз. Сөздің тура мағынасында, оны Судан алуға болады.
Алайда, Дағдарыс көп ұзамай шығынға ұшырады, мұнай құбырлары толық қуатқа ие болды, ал сутегі проблемалары, бір қарағанда, академиялық зертханалардың алыс бұрыштарына ығыстырылды. Алайда, жиырма жыл өтті, енді бұл зерттеулер екінші тыныс алды-олар заманауи «экологиялық» көңіл-күймен үндесіп шықты. Шын мәнінде: сутегі өртеңіз-суды аламыз. Қалай көзқарас-өте бейтарап және зиянсыз өнім.