11/01/2017 ВУЗы

Топливный бак для водородного транспорта сохранит атмосферу Земли

377 Инновации Техника Томск Массовый перевод автомобилей на водородное топливо позволит сократить эмиссию углекислого газа в атмосферу Земли — ведь при сжигании водорода образуется вода. 

Однако широкого распространения "водородомобили" пока получить не могут, прежде всего, из-за отсутствия безопасных и удобных способов хранения водорода в топливной системе транспортного средства. В существующих системах газ, как правило, находится в сжатом состоянии под высоким давлением (порядка 150 атм), для поддержания которого требуется температура — 147^о С и соответственно дорогостоящая система охлаждения. Если машина попадет в аварию, велика вероятность выхода водорода в атмосферу и его самопроизвольной детонации: смесь водорода и кислорода очень взрывоопасна, а взрыв водорода намного мощнее, чем взрыв бензина.

Потенциальное решение проблемы — хранение водорода в связанном виде. Зарубежные исследователи работают над созданием углеродных систем хранения с использованием нанотрубок или фуллеренов, однако это достаточно сложные и дорогостоящие решения.

Евгений Борецкий, магистрант кафедры технической физики Томского политехнического университета (ТПУ), придумал, как создать систему хранения, которая будет дешевле в несколько раз. Для безопасной упаковки водорода используется технический углерод, смешанный со стеаратом никеля и стеаратом натрия. С помощью разработанной в ТПУ установки эти вещества прессуются в пористые таблетки (будущие хранилища водорода) и подвергаются обжигу. Предполагается, что такие таблетки диаметром 3 — 5 см и толщиной 1,5 — 2 см, объединенные по несколько сотен штук, можно будет помещать в специальный герметичный контейнер, который заменит топливный бак автомобиля. Для заправки такого "бака" водород понадобится подавать под высоким давлением. Газ станет проникать в пористую структуру таблеток и адсорбироваться углеродом. Находящийся в связанном состоянии водород не сможет выйти в атмосферу и детонировать.

Для разрушения физических связей и его высвобождения потребуется действие высоких температур (порядка 200^оС), поэтому конструкция предполагает подведение к топливной системе нагревательных элементов. Согласно требованиям Международного энергетического агентства, топливная система должна выдерживать более 500 циклов перезарядки. После этого автовладельцу придется заменять модуль с углеродными таблетками.

Операция будет относительно недорогой (в силу низкой стоимости материалов) и не требующей участия специалистов автосервиса. При этом разработчики подчеркивают, что 500 заправок водородом не равнозначны такому же количеству бензиновых заправок: энергоемкость топлива будущего в 2,5 раза выше; по продолжительности езды один литр водорода заменяет более трех литров бензина.

На данный момент разработаны математические модели проникновения атомов водорода в поры углеродных наноструктур и произведено моделирование сорбционных процессов. В первой половине 2017 года планируется изготовить прототип системы хранения водорода. В ТПУ считают, что она перспективна для применения не только в автомобилях, но и в беспилотных летательных аппаратах