Legjobb válasz
A különböző SpaceX rakétákban három különböző üzemanyagot használnak.
- Az eredeti Sólyom-1 , a Sólyom-9 és a Falcon-Heavy mind a „ Merlin ” motorokat használja.
- A Merlin hűtött RP-1-et használ (ami áll folyékony oxigénnel (LOX) oxidálószerként.
- A különféle sárkánykapszulák a „ Draco ” és „ SuperDraco ” motorok.
- A Draco használjon „hipergolikus” üzemanyagot, ami azt jelenti, hogy két vegyi anyagot összekever, és ezek spontán égnek – semmiféle gyújtóforrás nélkül. Mindkét rakéta monometil-hidrazint és nitrogén-tetroxidot használ. Tüzeléskor a kipufogógáz nagyon jellemző élénk narancssárga.
- A StarShip és SuperHeavy használja a „Raptor” motorokat.
- A Raptor folyékony metánt (LCH4) használ folyékony oxigén ( LOX), mint oxidálószer (ezt néha Methalox-nak is hívják).
MIÉRT VÁLASZTJON A METÁNRA?
Az RP-1-ről a metánra váltás azért következik be, mert a SpaceX a StarShipet a Marsra akarja repíteni – és ha ezt megteszik, akkor nincs elég hely a fedélzeten annyi üzemanyag tárolására, hogy újra hazaérhessenek.
A metánban az a szép, hogy szén-dioxidból és hidrogénből állítható elő – ráadásul jó áramellátással. A Mars légköre szinte csak szén-dioxidot tartalmaz, és hidrogént nyerhet a víz elektrolízise – amely meglehetősen sok, mint jég a Mars felszíne alatt. A napenergiát termelő villamos energiával metánt és oxigént állíthatnak elő ott a Marson. Ha pár évvel az első emberek előtt kiküldik, akkor képesnek kell lennie annyi üzemanyag előállítására, hogy az első emberes küldetés megtankolhasson és hazatérjen.
Válasz
rengeteg zavarba hozza meg, beszélek a hidrogénről.
A hidrogén üzemanyag.
A víz hidrogént tartalmaz, de oxigénhez kötődik.
Ha a a hidrogén felszabadulhat a vízből ( disszociáció néven ismert eljárással), felhasználhatja üzemanyagként. Tulajdonképpen a vezetõképessé kell tenni a vizet úgy, hogy elektrolittá teszi; meglehetősen egyszerű és olcsó folyamat.
Nem is kell a víz oxigénje; elegendő oxigén szabadon hozzáférhető a légkörben.
A hidrogén középpontjában két fő tulajdonság rejlik.
Először is, a készlete gyakorlatilag korlátlan. Mivel ez az elsődleges A víz összetevője, a kinyerés gazdaságos módszere az egyetlen, ami a szó szerinti óceánok előállításához szükséges.
Másodszor, a hidrogén elégetése nem árt a környezetnek. A vizet egyszerűen visszaadja víz formájába. .
A hidrogén az energia tárolására és elosztására is egyedülállóan rugalmas közeg. Üzemanyagcella segítségével könnyen elektromossággá alakítható, és a villamos energiát a víz elektrolizálásával hidrogénné alakíthatjuk.
A földgázhoz használt csővezetékeken keresztül továbbítva energiát szállíthat a nagy, távoli erőművekből az egyes házakba és gyárakba, mint az áram jelenleg – de sokkal nagyobb hatékonysággal.
És az áramtól eltérően a hidrogént tartályokban lehet tartani a járművek üzemanyag-ellátására vagy az áram tárolására p időtartamig elégtelen kereslet.
Peter Hoffman, a A hidrogénlevelet szerkesztője és kiadója szerint: “A hidrogén az üzemanyag a végén az a vonal, amikor minden más kimerült, működésképtelennek vagy környezetileg kifogásolhatónak bizonyult. “
A legtöbb ember számára a hidrogén szó azonnal felidézi a Hindenburg kísértetét. irányítható, felrobbant New Jersey vidékén.
▲ A New Jersey-i Lakehurstnél égő LZ-129 Hindenburg modell
Azonban egy objektívebb elemzésből kiderül, hogy a hidrogén nem veszélyesebb, mint más tüzelőanyagként használt gyúlékony anyagok, sőt van néhány jelentős biztonsági előnyök.
Ironikus módon a Hindenburg incidens példaként említhető.
Bár százakat robbant fel lábbal a földtől a légi hajó 97 utasának 62 életben maradt, részben azért, mert a lightwei A ght gáz égés közben felszabadult a vízi járműtől, és viszonylag rövid robbanás alatt fogyasztotta el.
/ div> Hindenburg továbbra is valódi akadálya annak, hogy a hidrogén elfogadja a lakosságot.
gyakorlati szempontból azonban a valódi problémák a mérnöki tudományhoz és a közgazdaságtanhoz kapcsolódnak.
A víz elektrolízisének egyik fontos új fejleményében egy vékony műanyagszerű lap tulajdonképpen az elektrolit, szilárd anyag. polimer anyag, amely sokkal jobb ionvezető, mint a hagyományos elektrolízisnél vízzel használt folyékony kálium-hidroxid-elektrolit.
Az eredmény? Több hidrogén ugyanannyi felhasznált elektromos energiához.
Ez csak egy a hidrogéngyártás terén elért számos előrelépés közül.
Többek között:
• Elektrolízis rendszer, amely elosztja a vizet, amikor a nap süt az elektródáira. .
• Egy ele ctrolízis, amelynek során szénport és vizet használnak, a hagyományos elektrolízishez szükséges energiamennyiségnek csak a felére van szükség. • Biológiai organizmusok és anyagok, amelyek napfény hatására szétválják a vizet.
• Termokémiai ciklusok, amelyek intenzív hő hatására vízfelosztást váltanak ki. p>
Két ok.
Az egyik, hogy a hidrogént iparban széles körben használják vegyi alapanyagként számos gyártási folyamathoz. A legtöbb hidrogén ma a földgázból és a kőolajból származik, amelyek viszonylag hiányosak.
Kettő, amikor ez a hiányos ellátás nem válik szükségessé, más hidrogénforrásokra és egyéb üzemanyagforrásokra lesz szükségünk.
Szerencsére a természet széfje gyakorlatilag kimeríthetetlen hidrogénkészletet tartalmaz. Csak meg kell találnunk a kombinációt a feloldásához.
A föld felszínének 75\% -át víz borítja.
A víz minden molekulájában két atom van hidrogén- és az oxigén egy része.
Ha megtanulhatjuk gazdaságosan kinyerni a vízben rekedt hidrogént, akkor az üzemanyaggal kapcsolatos aggodalmaink elmúltak.
A hidrogén jobb üzemanyag, mint a benzin.
Szennyezésmentes, égéskor vízzé válik.
Fontosabb energiát tölt fel fontként, mint bármely üzemanyag – például 19 000 BT potenciális hőenergia egy font benzinért, 61 000 benzinért egy font folyékony hidrogén.
A hidrogéngazdaság útjában álló legnagyobb egyetlen probléma a költség.
Ez a két hidrogénatom nagyon barátságos az adott oxigénatommal.
Szétválasztásuk energiát igényel.
A víz elektrolízisével – a víz felosztásának szokásos kereskedelmi módja, amelyet évtizedek óta használnak – ez az energia drága villamos energiából származik.
“Elektrolitikus a hidrogén ma dollárba kerül 15–25 dollár / millió BTU “- mondja Al Mezzina a Brookhaven Nemzeti Laboratóriumban. “A benzin körülbelül 6 dollár – 8 dollár / millió BT.”
Költsége miatt az elektrolit-hidrogén az összes termelt hidrogénnek csak körülbelül egy százalékát teszi ki.
Ott használják, ahol különösen tiszta hidrogénre van szükség – például a fémfeldolgozásban és a félvezető-gyártási folyamatokban.
De a jövő nem teljesen komor.
Az imént említett rendszerek egy része vagy az összes egy napon játszhat fontos szerepe van a hidrogéntermelésben.
Vizsgálja meg őket alaposabban.
Az elektrolízis előrehaladása
A hagyományos elektrolízis egyenfeszültséget alkalmaz két víz és kálium-hidroxid oldatába merített elektródon. Amikor áram áramlik, ionok és elektronok cseréje történik az elektródák között. A hidrogénatomok a negatív elektródon (katód) és az oxigénatomok a pozitív elektródon (anód) gyűlnek össze. Az elektródák közötti elválasztó szétválasztja a gázokat.
Ma Brookhaven kutatói és tudósai egy olyan kísérleti rendszeren dolgoznak, amely hasonló a hagyományos elektrolízis rendszerhez, kivéve, hogy ez kiküszöböli az ember által előállított áram szükségességét. A hagyományos elektrolízishez hasonlóan a rendszer két elektródát használ. A különbség az, hogy az anód egy speciális fényérzékeny vas-oxid félvezető.
“Vékony titán-dioxid-filmmel van bevonva, hogy megakadályozza a korróziót víz- és kálium-hidroxid-oldatában, “mondja Dr. Chiang Yang, a kísérletben részt vevő egyik tudós. Amikor a napfény süt a rendszerre, az anódnál elektromos potenciál keletkezik, ami áramot áramol. Elektron és ioncsere történik, csakúgy, mint egy hagyományos elektrolízis rendszerben.
“Ilyen módon gondolhatja át, mi történik az anódnál” – magyarázza Yang. “Amikor a napfény megüt a félvezető elektródon, egyes elektronok nagyon izgatottá válnak és megváltoztatják helyzetüket, olyanok, mint egy színházi személyek, akik felkelnek, hogy hagyják, hogy mások üljenek. Ez lyukakat tölt be. A vízből származó egyéb elektronok foglalják el a lyukakat, ami vízhasadáshoz vezet.De néha az izgatott elektronok visszaköltöznek azokba a lyukakba, amelyeket kiürítettek, mielőtt a többi elektron a vízből beköltözhetett volna, mintha a színház színházi tagjai közül sokan felállnának a helyükről, jobban gondolkodnának rajta, és újra visszaültek volna. Ez elpazarolt mozgás, amely mást nem termel, csak hőt. Rekombinációnak hívjuk. Minimumra szeretnénk csökkenteni a rekombinációt, ami egy másik módja annak, hogy növelni akarjuk hatékonyságunkat. “
Eddig a rendszer csak kis laboratóriumi modellként létezik.
Csökken a rekombinációs ráta csak egy a sok probléma közül, amelyeket meg kell oldani, mielőtt továbbhaladna ezen a szakaszon.
És Dr. Yang óvatosságra int a túlzott optimizmus ellen. “A fotoelektrolízis általános sémájában az történt, hogy nem áttörés “- mondja.” De ez egy fontos lépés a gyakorlati fotoelektrolitikus cellák kifejlesztése felé. Ezt és más, a napfényt és félvezető elektródákat használó rendszereket azonban teljes körűen fel kell tárni. Ha ki tudjuk találni a hibákat , jelentős szerepet játszhatnak a hidrogéntermelésben. “
Az elektrolízis kísérleti fotokémiai megközelítését is folytatja csoport a Caltechnél, prof. Harry B. Gray vezetésével. A kísérletezők nem szilárd elektródákat használnak, hanem egy egyedülálló, ember alkotta molekulát (szerves komplexet, amelynek magjában a fém ródium van). Vízben oldva és napfénynek kitéve a vegyi anyag feloszlatja a vízmolekulákat, hidrogént szabadítva fel. “Túl korai megmondani, hogy ez valaha is praktikus lesz-e” – mondja Dr. Virginia Houling, a Gray kutatócsoportjának tagja. “Ezekkel a rendszerekkel a technika legszélső pontján vagyunk.”
Harry B. Gray | www.cce.caltech.edu
Az elektrolízis másik ígéretes megközelítése a GE szilárd elektrolit rendszer, amelyet Massachusetts államban, Wilmingtonban fejlesztettek ki. A szilárd polimer anyag 10 milliméter vastag, és mindkét oldalán vékony elektródafóliával van bevonva. “Ez a rendszer különféle szempontból fontos” – mondja Jack Russell, a szilárd polimer-elektrolit elektrolízis programok GE programmenedzsere. rendszerek, ami lényegében azt jelenti, hogy ugyanabban a villamos energiában több hidrogént lehet előállítani. És nem használ maró folyékony elektrolitokat. “
Egy másik elektrolízis rendszer még nagyon korai kísérleti szakaszban van a Connecticuti Egyetemen. Robert Coughlin professzor hagyományos elektrolizátort és nátrium-hidroxid vagy sav vizes oldatát használja. De hozzátesz még finoman porított szenet is – a szén elektromos típusa eléget turbináiknál. A szénpor érdekes hatása, hogy 50\% -kal csökkenti az adott mennyiségű hidrogén előállításához szükséges villamos energia mennyiségét. A szén oxidálódik és elfogyasztja folyamatban van, de az oxidáció által generált energia csökkenti az elektrolízishez szükséges elektromos energia mennyiségét.
Milyenek lesznek a kezdeti laboratóriumi munkájának végeredményei, Coughlin nem biztos.
“De amikor lehetősége van 50\% -kal csökkenteni az elektromos költségeket” – mondja -, meg kell vizsgálnia. És hatalmas szénkészleteink vannak. “
Kevés szakértő kétségbe vonja, hogy az elektrolízis valamilyen formája, esetleg a különböző régiók különböző formái, végül fontos szerepet játszanak a hidrogéntermelésben.
Például, mondja Brookhaven “Mezzina:” Ahogy a fotovoltaikus cellák kutatása olyan mértékben fejlődik, hogy elég olcsók és praktikusak legyenek, a Napszíj elektrolizálóit napelemek működtethetik. Olyan területeken, ahol nincs sok napsütés de rengeteg vízerő, a vízerőművek vízmegosztó energiát szolgáltathatnak. Még más helyeken az atomerőművek szolgáltathatják az áramot. “
Víz felosztása hővel
Atomerőművek hőt is szolgáltathatna a vízfelosztás – termokémiai disszociáció – eltérő megközelítéséhez.
A kutatók már régóta tudják, hogy ha a vizet 3700 F-ra melegítik, spontán oxigénné és hidrogénné bomlik.
Ennek a módszernek vannak problémái – nem utolsósorban az olyan tartályanyagok hiánya, amelyek tartósan bírják az ilyen hőmérsékleteket.
Ezen kívül nincs gyakorlati módszer ilyen hőmérsékletek.
Ha azonban bizonyos szervetlen vegyületeket – például kén-dioxidot és jódot – adnak a vízhez, a víz sokkal alacsonyabb hőmérsékleten: 1400 ° F-os kémiai reakciók sorozatával bomlik fel.
A folyamat végén a szervetlen vegyületek regenerálódnak, és a folyamat készen áll az újrakezdésre. az eddig alkalmazott kémiai ciklusok hőjét a hagyományos laboratóriumi kemencékből nyerték.
“Még mindig évek vagyunk távol az atomreaktor tényleges bekötésétől” – mondja Dr. Giovanni Caprioglio, a General kémiai vezetője Atomic Corp., San Diego, Kalifornia.
A General Atomic a termokémiai kutatások egyik vezetője.
Az egyik probléma az, hogy az egyetlen típusú reaktor, amely a szükséges 1400 fokos hőmérsékleten képes hőt szolgáltatni, a gázhűtéses atomreaktor “. És csak ketten dolgoznak a világon” – mondja Caprioglio. “Az egyik Colorado-ban, a másik pedig Németországban található.”
A napkollektorból származó hő is működhet. A Georgia Tech egy napkollektort épített, amely képes a szükséges hő biztosítására. “De a hatékonyság nem biztos, hogy olyan nagy, mint egy atomreaktor esetén” – mondja Caprioglio.
“Ezen a ponton senki sem mondhatja teljes bizonyossággal, hogy még akkor sem, ha a technikai problémák (ilyenek mint hőálló anyagok) megoldódnak, a költségeket és a hatékonyságot ésszerű szintre tudjuk hozni “- mondja Caroline Mason, a Los Alamos Nemzeti Tudományos Laboratóriumok munkatársa, ahol a termokémiai ciklusokkal kapcsolatos kutatások is folynak. “De folytatnunk kell, hogy megtudjuk.”
Caprioglio egyetért. “Ha minden a tervek szerint halad” – mondja -, jelentős vegyipari mérnöki demonstrációs folyamatok lesznek, és “elkezdjük az adatok gyűjtését, valamint néhány komoly hatékonysági és költségelemzési számadat felsorolását.”
Biológiai vízfelosztás
A Földön vannak olyan élőlények, amelyek áram, hő, csúcstechnológia vagy erőfeszítés nélkül hasítják a vizet. Természetesen a zöld növények. A zöldes vegyület, a klorofill segítségével megragadják a napfény energiáját, hogy a vizet és a szén-dioxidot belélegzett oxigénné, valamint széndioxidot, hidrogént és oxigént tartalmazó szénhidrátokká – a szénhidrátokká – alakítsák.
Ez a folyamat, a fotoszintézis az alapja a legtöbb életnek a Földön.
Ez a megfigyelés arra ösztönzött néhány kutatót, hogy kövessék azt a kísérleti utat, amely valószínűleg a legegzotikusabb és legtávolabbi. vízhasadás: a növények saját fotoszintetikus folyamatának módosítása úgy, hogy a hidrogén szabaduljon fel, ne pedig karbohidba kerüljön aránya.
Az Oak Ridge Nemzeti Laboratóriumban a kísérletezők mind a spenót kloroplasztok (a korongszerű struktúrák, ahol a zöld növényekben fotoszintézis zajlik), mind az édesvízi algák hidrogéntermelésre való felhasználását vizsgálják. Az Oak Ridge Lab munkatársa, Dr. Elias Greenbaum elmondta: “Lehetséges, hogy a fotobiológiai hidrogéntermelés elfoglalhatja helyét az új energiaforrások között, amelyeket kifejlesztettek és fejlesztenek, amikor a fosszilis tüzelőanyagok túl drágák vagy nem érhetők el.”
Senki sem tudja megjósolni, hogy mi lesz ennek a kutatásnak az eredménye.
A hidrogéntermelés területén sok tudós és kutató két témát hangoztatott:
1) Meg kell vizsgálnunk a hidrogéntermelés összes lehetséges területét, még akkor is, ha sokan túl költségesnek, hatástalannak vagy kivitelezhetetlennek bizonyulnak. Ez az egyetlen módja annak, hogy valós előrelépést érjünk el.
2) A hidrogén legyen a jövő üzemanyaga.
Csak az a kérdés, hogy mikor és hogyan fogják előállítani.
Amint az várható volt, ez utóbbi két kérdés jelentős nézeteltérést váltott ki a szakértők között, de kevesebb, mint amire számítani lehetett.
A legtöbben egyetértettek abban, hogy még 20 év telik el, mire azt látjuk, hogy a hidrogén jelentősen hozzájárul az energiaképhez. Calvin azt mondja: “25 éven belül az Egyesült Államok 10 százaléka az úgynevezett hidrogéngazdasággal foglalkozik.”
A hidrogén a jövő legígéretesebb üzemanyaga. Minden szakértő úgy véli, hogy megtanuljuk gazdaságosan előállítani. A kérdés azonban senki sem válaszol, hogy milyen hamar.
Rengeteg további kutatásra van szükség.