Розміщено на сайті 12.02.2009.

ПЕРЕДМОВА КАФЕДРИ Прогоноз

Добрий день, шановні читачі!

У минулому випуску ми торкнулися теми водневих автомобілів і проблем виробництва водню. Якими б не були можливі висновки і думки про перспективи водневої енергетики, сама історія використання водню є досить цікавою.

Ми бачимо в кризі тільки негативну сторону, але не слід забувати, що в кожному явищі укладено завжди дві сутності: як негативна, так і позитивна.

Кризи і війни завжди були і потужними каталізаторами розвитку техніки. Перша світова війна штовхнула вперед розвиток авіації і підводного флоту. Друга Світова Війна дала людям і системи навігації та атомну енергетику.

Що зможе дати людям поточна криза можна тільки здогадуватися, але що -то важливе для розвитку техніки він обов'язково дасть.

Зовсім недавно пройшли святкування Дня прориву блокади Ленінграда. Опублікований сьогодні матеріал є даниною пам'яті і поваги до героїчного минулого і винахідливості людей нашої країни і одночасно обов'язковим кроком будь-якого дослідження в області ЗРТС.

Для того, щоб мати уявлення про майбутнє необхідно знати минуле.

Приємного читання,

Ведучий рубрики КП,

Юрій Даниловський.

Ось уривок з публікації Санкт-Петербурзькі Відомості No 70 (2460), 18 квітня 2001

... Війна У 1941 році на Ленінград наступала група німецьких армій «Північ».

Фашистам вдалося відрізати місто з суші і встановити блокаду. Вони прагнули зламати опір його захисників голодом, постійними артилерійськими обстрілами, наносили удари з повітря.

Блокований Ленінград по суті був островом, відрізаним від Великої землі. І цей острів організував власну оборону _ на суші, воді і в повітрі. У щиті, який прикривав місто, зіграли свою, і чималу, роль аеростати.

Крім основних засобів ППО захист міста від авіації противника забезпечувалася сотнями прив'язних аеростатів загородження. Заповнені воднем і підняті на висоту від 2000 до 4500 метрів, гігантські гумові "ковбаси" не дозволяли фашистським льотчикам знижуватися для прицільного бомбометання.

Крім того, аеростати відігравали велику роль в контрбатарейної боротьбі. Піднімаються на них летнаба ( «льотчики - спостерігачі» прим. КП) вели повітряну розвідку, уточнювали позиції німецьких батарей, їх активність, коректували вогонь наших артилеристів "на придушення" або "на знищення" фашистських гармат, що починали обстріл міста.

Крутити привід допоміг ... Жюль Верн В ті дні воентехніка молодший лейтенант Борис Ісаакович Шелищ служив в майстернях з ремонту аеростатних автолебедок. Вони були встановлені на 200 "полуторках" ГАЗ-АА і приводилися в дію двигунами вантажівок. Зрозуміло, що автомашини працювали на бензині. Але він в умовах блокади став такий же коштовністю, як хліб.

Коли скінчився бензин, Шелищ спробував використовувати для спуску аеростатів ліфтові електролебідки. Але, поки йшло переобладнання, в місті не стало і електрики. Намагалися використовувати ручний привід.

Але навіть десять здорових чоловіків не могли впоратися зі складними механізмами підйому і спуску.

Звернемо увагу ще на одну сторону цієї непростої історії. Через 25- 30 днів роботи аеростати переставали тримати висоту, так як гумова оболонка пропускала водень, а його місце займали інші гази і пари води. Тому аеростати періодично опускали, підбурювали "відпрацьований" водень і заправляли чистим.

Повчання наказувало виробляти перезаправку аеростатів, коли в них натікало 15'_ 20 відсотків інших газів і парів. Це запобігало втрату підйомної сили повітроплавного газу і вибухи при утворенні "гримучої суміші". В атмосферу викидали мільйони кубометрів суміші "водень-повітря". Всього ж тільки в 1941 році аеростати піднімали 40.054 рази.

Ймовірно, саме в цей час молодший технік-лейтенант ППО Б. І.

Шелищ згадав роман Жуля Верна "Таємничий острів" (це не вигадка, замітки про це збереглися в записках винахідника). Там, в розділі "Паливо майбутнього", йдеться, що коли скінчиться вугілля, його замінить вода. І не просто вода, а вода, розкладена на складові частини: водень і кисень.

Борис Ісаакович любив Жюля Верна, а робота з аеростатами і положення, в якому опинився улюблене місто, нагадали йому дитячі враження і змушували його винахідливий мозок працювати. За теплотворної здатності водень в 4 рази перевершує вугілля, в 3,3 рази вуглеводні. Нацьковуючи "брудний водень" в атмосферу, викидали енергію, яка могла працювати на Перемогу! Це все одно що виливати бензин бочками.

Шелищ осінила думка: ось воно "паливо майбутнього", про який говорив інженер Сайрес Сміт здивованому Пенкроф!

Але водень небезпечний _ Борис Ісаакович пам'ятав катастрофу "водневого літаючого" Титаніка "30-х років" _ дирижабля нацистської Німеччини "Гінденбург". Весь світ обійшли знімки палаючого трансатлантичного дирижабля, який перевозив з Німеччини в Америку багатих осіб. Однак, міркував лейтенант, зараз війна, і якщо аеростати не опускати для перезаправлення, вони втратять висоту, перестануть прикривати місто. Ризикнути одним вантажівкою або навіть власним життям в цих умовах здавалося цілком виправданим.

"Архімедова" рішення 21 вересня 1941 року молодший технік-лейтенант Шелищ звернувся до командування з раціоналізаторськими пропозицією: подавати "відпрацьовану повітряно-водневу суміш з приземлилися аеростатів під всмоктуючі труби автомобільних двигунів". Він на свій страх і ризик підготував експеримент і звернувся до командира полку за дозволом на його проведення.

Під час небезпечних дослідів згоріли два аеростата, вибухнув газгольдер, сам Борис Ісаакович отримав контузію. Після цього для безпечної експлуатації повітряно-водневої "гримучої" суміші він придумав спеціальний водяний затвор, що виключає займання суміші при спалаху у всмоктувальній трубі двигуна. Коли все нарешті вийшло, приїхали воєначальники, переконалися, що система працює нормально, і наказали за 10 днів перевести всі аеростатні лебідки на новий вид пального.

Майстерні працювали в три зміни. Надалі керівництво всіма аеростатами здійснювалося з водневих вантажівок, і працювали ці вантажівки краще, ніж на бензині, миттєво заводячись навіть на морозі.

І легковик молодшого техніка-лейтенанта Шелищ, на задньому сидінні якої лежали балони з воднем, їздила теж справно. У 1942 році незвичайний автомобіль демонструвався на виставці техніки, пристосованої до умов блокади.

При цьому його двигун пропрацював кілька годин в закритому приміщенні. Відпрацьовані гази - звичайний пар, які не забруднювали повітря.

Стендові випробування двигуна, який працював без зупинки 200 години, показали, що його знос виявився нижчим, ніж при роботі на бензині, двигун не втратив потужності, а в камерах згоряння не було і слідів нагару.

За цю роботу Б. І. Шелищ в грудні 1941 року був нагороджений орденом Червоної Зірки. Були відзначені і його помічники.

Винахід було висунуто на здобуття Сталінської премії 1942 року, але не пройшло за конкурсом, оскільки тоді ще не було офіційного рішення про прийняття його на озброєння в масштабах країни, а пізніше, коли таке рішення прийняли, до цього питання вже не повернулися.

Бориса Ісааковича відрядили до Москви, його досвід використовували в частинах ППО столиці _ 300 двигунів перевели на "брудний водень". І зовсім цікавий факт: під час війни було оформлено авторське свідоцтво # '64209 на винахід. Таким чином був забезпечений пріоритет країни в розвитку енергетики майбутнього.

Зробив це автор, правда, тільки після прориву блокади. Документи зафіксували термін подачі заявки # 8247 (322526) в Народний Комісаріат Оборони 28 липня 1943 року. В описі винаходу старший техніклейтенант Шелищ писав: "В основному завдання було вирішено в листопаді 1941 року, а закінчене оформлення і масове практичне застосування винахід отримав у всіх частинах аеростатів Загородження Ленінградського та інших фронтів в 1943 _ 44 роках". І далі: "В той же час практика роботи на водні підтвердила, що водень як паливо взагалі має величезні перспективи застосування в інших родах військ, а також в промисловості ...".

Цивільний подвиг Борис Ісаакович зробив громадянський подвиг і виявив при цьому незвичайну фантазію і винахідливість. Вражають терміни реалізації його проекту: 10 днів _ і "водневими" стали 200 вантажівок. За всю війну через витоки водню вибухнув всього одну вантажівку з 500. Але ж для виготовлення гідрозатворів використовувалося все, що було під руками _ корпусу вогнегасників, водопровідні труби ...

Після війни Борис Ісаакович повернувся до свого блокадному винаходу лише в середині 70-х, коли отримала широке визнання концепція "водневих" перспектив у світовій енергетиці і стало відомо про що ведуться з 1969 року в США експериментах по використанню водню в якості автомобільного палива.

Це змусило згадати про винахід 1941 року, який створив вітчизняний пріоритет у цій галузі. Пріоритет Бориса Ісааковича Шелищ також підтвердила Комісія з водневої енергетики Академії наук СРСР. Помер Борис Ісаакович Шелищ 1 березня 1980 року.

Про "водневому лейтенанта" замовте слово У 2000 році один з авторів цієї статті перебував на запрошення Університету Майамі в США. Під час зустрічі, присвяченій розгляду шляхів співпраці між російськими і американськими вченими в області водневої енергетики, американці питали про "водневому лейтенанта", цікавилися, де він брав водень для своїх автомобілів в блокадному Ленінграді, як йому вдалося перевести на водень 200 вантажівок за 10 днів ? Питали, чи знають співвітчизники про своє "російською Архімеда".

Завдяки щасливому випадку автор зміг відповісти на ці питання. Про Бориса Ісаковича Шелищ знають у всьому світі, його науковий подвиг відображений в багатьох відомих міжнародних виданнях, присвячених водню.

Однак склалося так, що сьогодні мало хто в Росії і навіть в Санкт-Петербурзі пам'ятає про його подвиг, знає про його талант.

Хоча в повоєнні роки в Харкові, Балашисі і Загорську були зроблені перші водневі легковики. У Харкові в 1980 році їздили водневі таксі, в Москві було навіть заплановано грандіозне водневе шоу на честь Олімпіади-80. Але через міжнародну політичного бойкоту програма Олімпіади була урізана, і шоу не відбулося.

Міжнародні симпозіуми У 2000 році в місті Сарові відбувся Перший міжнародний семінар "Безпека і економіка водневого транспорту" (IFSSEHT-2000).

Цей форум відразу здобув популярність. На семінар найбільших вчених в області водневої енергетики приїхав лідер Міжнародного водневого руху _ президент Міжнародної водневої асоціації, директор Інституту чистої енергії Університету Майамі професор Т. Н. Везіроглу.

"Водородное шоу" влаштував приїхав на власному водневому автомобілі з Москви 78-річний винахідник доктор фізико-математичних наук професор А. І. Захаров.

На Форумі IFSSEHT-2000 було прийнято рішення провести другий семінар _ Симпозіум IFSSEHT-2002 _ в 2002 році в Петербурзі на честь 60-річчя першого в світі водневого автомобіля, створеного техніком-лейтенантом Б. І. Шелищ. На сьогоднішній день виявили бажання взяти участь в ньому близько 250 вчених.

У Петербурзі існує Музей ППО. Б. І. Шелищ допомагав у створенні його експозиції. Тут можна побачити фотографію винахідника, копію опису винаходу і ... той самий гідрозатвор з вогненно-червоного вогнегасника. У сімейному архіві сина "водневого лейтенанта" Петра Борисовича зберігається авторське свідоцтво на винахід і знімки військових років.

Післямова У наші дні вчені Санкт-Петербурзького фізико-технічного інституту імені академіка Іоффе зробили те, що навіть Жюль Верн не міг припустити ... "Чи не хочете ви цим сказати, пане Сайресе, _ втрутився Пенкроф, _ що ми коли-небудь будемо палити в топках алмази замість вугілля? .. "у лабораторіях інституту до ідеї використання алмазів для живлення автомобілів відносяться позитивно.

Ці "алмази" _ речовини з групи вуглецевих молекул фулериту і вуглецеві нанотрубки, насичуються воднем. При роботі двигуна водень згорає, а фулеренові структури насичують їм знову. Такий спосіб зберігання водню повністю безпечний для автомобіля навіть при серйозній аварії, так як водень знаходиться в зв'язаному вигляді і виділяється тільки при нагріванні до 5000 С.

Автомобілі на "алмазах" вже зараз можуть врятувати Санкт-Петербург.

Центр міста, а це 108 перехресть, задихається від автомобільних пробок і заторів. Показник забрудненості по оксиду вуглецю на міських магістралях на рівні 1,5 _ 2 гранично-допустимих концентрацій (ГДК), а максимальні разові концентрації окису вуглецю в центрі досягають 5 _ 10 ГДК.

Рішення для зниження рівня викидів на сьогоднішній день вже є _ впорскування в бензин всього 1 відсотка водню. При цьому економічність роботи двигуна на перехрестях підвищується на 30 відсотків, а рівень токсичних викидів знижується в 10 разів.

Водневе пальне дозволяє в більш широких межах регулювати потужність двигуна і по цілому комплексу властивостей є ідеальною добавкою до палива для прискорення процесу згоряння углеводородновоздушних сумішей. Окремі зразки таких автомобілів вже їздять по Москві та інших містах.

Поки дорого їздити на чистому водні _ вважають вчені з СанктПетербургского військово-інженерного космічного університету ім. А. Ф.

Можайського. Цей відомий вуз за 60 років своєї славної історії накопичив багатий досвід роботи з воднем. Саме в ньому зараз активно розробляються всілякі гібридні варіанти, при яких водень може навіть проводитися на борту автомобіля.

Приклад залишається актуальним У Сарові вже багато років ведуться роботи по використанню водню в електрохімічних генераторах (ЕХГ). Колишній ленінградець академік РАН Ю. А. Трутнєв мобілізує російський науковий потенціал на створення вітчизняного транспорту на ЕХГ, у якого к.к.д. перетворення хімічної енергії в електричну близький до 100 відсотків за рахунок протікання реакції на молекулярному рівні.

Потрібно сказати, що ЕХГ був успішно використаний на космічному кораблі "Буран", і поки нічого кращого ніхто в світі не зумів створити.

Правда, підприємливі німці вже зробили ЕХГ-шний "опель" на водні.

А ми все чогось чекаємо. Тому приклад Б.І. Шелищ в наш час не менш актуальне і повчальний, ніж в ті блокадні дні.

Олександр ГУСЄВ, начальник групи "Нові вакуумні та водневі технології", Російський федеральний ядерний центр _ Всеросійський науково-дослідний інститут експериментальної фізики р Саров Юрій Дядюченко, лауреат Державної премії СРСР, "Житель блокадного Ленінграда"

У матеріалі КП використані фото зі статті Олександр ГУСЄВ, Саратов
Юрій Дядюченко, Санкт-Петербург Про "водневий лейтенант" ЗАМОВТЕ СЛОВО ... ІР 3 (627) за 2002 р
ІСТОРІЯ ТЕХНІКИ

Крім того, можна завантажити фільм:

(2006рр., Канал "Культура")

Документальний фільм, що розповідає про винахідника Бориса Шелищ, який у вересні 1941 року в блокадному Ленінграді всього за 10 днів реалізував свій водневий проект - перевів з бензину на водень 200 вантажівок. Це дозволило в умовах браку бензину захистити місто, піднімаючи в небо аеростати загородження. Таким чином, винахід молодого лейтенанта військ ППО забезпечило вітчизняний пріоритет у цій галузі, тому що експерименти по використанню водню в якості альтернативного палива в США почали проводитися лише з 1969 року.

• Продюсер Яків Каллер, лауреат премії "ТЕФІ"
• Режисер і автор сценарію Олексій Артем'єв
• Оператор-постановник Сергій Стариков

хронометраж: 26 хв.

ПІСЛЯМОВА КАФЕДРИ ПРОГНОЗІВ

Звернення до водню в автомобільній індустрії відбувається не тільки у вигляді спроб створити дешевий мотор на паливних елементах.

Є й інші технічні рішення, засновані на тому, щоб готувати водень прямо на борту автомобіля .

«... Ізраїльська компанія Engineuity в 2005р. запропонувала технологію, яка, як очікується, в перспективі дозволить налагодити масовий випуск відносно недорогих і безпечних транспортних засобів, що працюють на водні (див. рис. 2).

Мал. 2 Схема роботи установки Engineuity (див. Інтернет: "Ізраїльська компанія Engineuity запропонувала заправляти автомобілі воднем".)

Це не єдиний метод виробництва водно на борту автомобіля. У Европе подібний патент БУВ зареєстрованій в 1982, а в США в 1987 году. Суть новой технологии зводу до следующего. Автомобіль, вместо традіційного бензину, заправляється металевий дротом - например, з алюмінію або магнію. Дріт с помощью електроприводом намотується на котушки Всередині машини на "заправної станції" і потім Направляється в Спеціальний Пристрій під назв метало - парова камера згоряння. Тут при вісокій температурі "паливо" вступає в реакцію з водою, в результате чого утворюється оксид металу и Боден. Боден потім Направляється в паливні елементи або двигун внутрішнього згоряння. Причем в іншому випадка Загальний ККД збільшується за рахунок использование водяної пари, вікінутого з метало-парової камери згоряння. Ооставшійся після реакції оксид металу (корунд) передбачається витягувати при подальшій заправці транспортного засобу і переробляти для подальшого використання в сфері металургії. Від однієї дозаправки дротом автомобіль зможе проїхати приблизно стільки ж, скільки і звичайна легкова машина на повному баку бензину. Правда, котушка з дротом при цьому буде важити близько 100 кілограмів, тобто, в два-три рази більше ніж залитий по самі вінця бензобак. В даний час керівництво Engineuity активно шукає інвесторів і обіцяє, що при хорошому фінансуванні перший прототип може бути створений протягом трьох років. При же масового використання запропонованої технології, вартість водневих автомобілів, на думку Engineuity, буде не набагато вище вартості сучасних легковиків з бензиновими двигунами ... »

Вченими розробляється інша корисна технологія: Зберігання водню в складі піни. Цитата:

• «... Ще один спосіб зберігання водню - речовини, на яке стільки надій покладають екологи і деякі автомобілісти, - придумали дослідники університету Огайо ( Ohio University ) І концерну DaimlerChrysler . Для цього вони розробляють спеціальну піну, в якій і буде перебувати газ.

• Винахід називається "Мікроструктура для зберігання під гідростатичним тиском" (Hydrostatic Pressure Retainment - HPR). Вона дозволяє "замішувати" водень в піну, що призводить до виникнення в ній крихітних сферичних порожнин. У них газ виявляється під тиском через сил пружності, які виникають в матеріалі між бульбашками ... »

Серед закономірностей розвитку техніки є тренд описує зміна агрегатного станів речовини Робочого Органу: тверде тіло, газ, рідина, плазма, фазові переходи складні комбіновані стану: піни, гранули, ...

Для зручності зберігання всіх цих корисних трендів, а так само внаслідок їх тісній взаємозв'язку я використовую таку діаграму.

У видах палива для автомобілів всі ці стану вже були.

«Тверде тіло», це дрова і вугілля в парових автомобілях Куньyo і паровозах.

Спори папороті як один з перших варіантів палива для двотактних ДВЗ.

Алюмінієва і магнієва дріт для виробництва водню (змішане стан «ТВ .. Тіло - газ», про які ми тільки що розповідали.

«Рідина» це гас, бензин, дизельне паливо, рапсове масло і навіть спирт.

«Газ» це те на чому працювали ДВС мотори деяких дирижаблів Цепелліна ( т.зв. блау газ ), «Автомобілі часів ВВВ, які працювали на дровах», приголомшливі парові автомобілі Абнера Добло і сучасні автомобілі працюють на суміші бутану-пропану, які є практично у всіх містах нашої країни.

«Фазові переходи» це криогенні автомобілі з Харкова і США.

Про всі ці цікавих технічних рішеннях КП розповість в своїх наступних випусках.

З повагою,

Ведучий рубрики Кафедра Прогнозів,

Юрій Даниловський.