В своих прогнозах исследователи и специалисты большие надежды возлагают на так называемую водородную энергетику.
Дело это, сразу скажем, довольно сложное, но физическая основа его очень проста и знакома каждому еще по школьному опыту разложения воды (Н2О) на искомое горючее — водород (Н2) и кислород (O2). Тут годится любая вода — и пресная, и морская, так что в природном сырье недостатка не будет. И уж совсем заманчиво вести процесс с участием тоже природной энергии —солнечной радиации.
Именно эту цель поставил перед собой азербайджанский ученый М. Бакиров. Опыт им накоплен немалый. Уже в течение ряда лет он экспериментально испытывает действующие макеты, добывающие из воды водород за счет солнечной энергии. На одном из них, например, смонтирован солнечный концентратор — параболоидное зеркало диаметром 1,5 м. Под действием получаемого от него тепла происходит конверсия водяного пара, то есть разложение воды на водород и кислород, и в течение 10 ч агрегат вырабатывает 600 л водорода. Другой макет представляет фотоэлектрическую водородную установку, в схему которой входят солнечная фотоэлектрическая батарея, электролизер и блок управления. Мощность батареи при максимуме солнечного потока достигает 96 Вт (напряжение 12 В, сила тока 8 А). Часовая производительность установки составляет 6,4 л, а за целый погожий день установка вырабатывает 50 л водорода. КПД батареи 20%, электролизера 75%, значит, КПД всей системы 15%. Но это даже сегодня отнюдь не предел. По мнению М. Бакирова, экономически оправданное производство водорода как газообразного или жидкого энергоносителя — дело практически разрешимое.
А игра, как говорится, стоит свеч. Килограмм водородного топлива эквивалентен 142 МДж, что втрое больше, если сопоставить с бензином или с дизельным топливом. Следовательно, удельная мощность водородного двигателя будет выше, чем у теперешних. И уж совсем никакого сравнения по токсичности выхлопных газов: ведь при сгорании водорода получается безвредный водяной пар. Почему же в свете столь весомых преимуществ водородный двигатель до сих пор не занял, казалось бы, подобающего ему главенствующего положения. Как везде, и здесь есть ряд существенных «но»… Сжиженный водород примерно в десять раз легче бензина. Выходит, придется увеличивать объем топливных баков. Потребуется и специальная система для постоянного их охлаждения. Есть и другие оговорки. Наконец, нельзя не учитывать так называемый синдром «Гинденбурга», связываемый полушутя-полусерьезно с взрывоопасностью водорода, печальное подтверждение которой — гибель немецкого дирижабля «Гинденбург», наполненного этим газом.
Сейчас в мире ежегодно производится более двух десятков миллионов тонн водорода. Правда, пока он является сырьем химическим, а не источником энергии. Но все серьезнее специалисты-энергетики поговаривают о практических перспективах водорода. Причем имеется в виду его использование не только в двигателях внутреннего сгорания. Оказывается, передача энергии в виде газообразного водорода по трубопроводу диаметром 750 мм на расстояние свыше 80 км экономичнее, чем передача того же количества энергии в форме переменного тока по подземному кабелю. А при радиусах размещения потребителей более 900 км «водородный газопровод» дешевле линии электропередачи переменного тока с напряжением 500 кВ. Применение водорода способно помочь и решению проблемы неравномерного спроса на энергию. Это и понятно — водород накопить во время спада потребления проще, чем электрическую энергию. Следовательно, можно обеспечить экономичную работу электростанции при постоянной мощности и полной нагрузке. А это снизит стоимость и водорода. Значит, эффективнее станут работать и солнечные фотоэлектрические станции.
Теперь несколько слов о способах хранения водорода. Как и другие виды газообразного топлива, его можно хранить или в толстостенных баллонах под давлением, или — что менее опасно — в сжиженном виде в специальных термосах. Технология водорода и соответствующего его хранения достаточно хорошо известна и отработана. Однако наиболее перспективен способ его хранения в форме гидридов металлов. Так, 1680 л водорода можно «упрятать» в брикет гидрида титана объемом всего 10 см2, из которого он будет выделяться при нагреве брикета.
И уж совсем заманчиво применять металлический водород. Первый его образец был создан в Институте физики высоких давлений АН СССР. До промышленного производства еще далеко, но если надежды на такую технологию оправдаются, мы получим в свое распоряжение очень эффективное топливо для котельных и тракторов, автомобилей и резервных электростанций, для многих других энергетических целей.
Пока водородное горючее еще дороговато. Однако автомобили и тракторы на водороде уже начали свой путь. Например, создан экспериментальный автомобиль «Волга» с водородным двигателем на сжиженном топливе, снабженный криогенным баком общей массой 140 кг. А вот бак, изготовленный из гидридов металлов, сплавов магния, марганца, титана или железа, весит более 150 кг. Но зато гидриды поглощают часть испаряющегося водорода, а при нагреве (например, выхлопными газами) снова его выделяют.
Водород может работать в двигателе не один, а в паре с азотом. Азотоводороды, и прежде всего аммиак (NH3), справедливо относят к экологическим видам топлива. В процессе его сгорания образуются в основном водяной пар и окислы азота, входящие в естественный кругооборот веществ. Токсичность отработавших газов «аммиачных» двигателей будет во много раз меньше, чем нынешних бензиновых, а вот их мощностные и экономические показатели окажутся весьма близкими. С сырьем для получения нового горючего перебоев не предвидится, поскольку исходные элементы широко распространены в природе. К тому же в схему производства такого топлива целесообразно включить солнечные энергоустановки.
Пока мало кто может похвастаться, что ездил в автомобиле, снабженном «аммиачным» двигателем. Авторам этой книги повезло: создатели такого двигателя кандидаты технических наук А. В. Серогодский и И. Г. Сосницкий покатали их в «Запорожце» на «аммиачной» тяге. Вместо радиатора у него был холодильник, выхлопная труба отсутствовала, а сам мотор работал бесшумно. Принцип его действия прост: сжиженный при минус 38 °С аммиак поступает в «камеру» двигателя, расширяется и производит работу.
При достаточном отборе солнечного тепла двигатель, как считают его создатели, мог бы работать без затрат жидкого топлива и искусственной энергии, без выбросов аммиака, а, следовательно, и без загрязнения окружающей среды. Объяснить это нетрудно. Направьте солнечный зайчик необходимой «мощности» на емкость с водным раствором аммиака, и он выделится при 105—110 0С, то есть позже, чем испарится вода. Сожмите пары аммиака — образуется жидкость, кипящая при минус 38 °С. Затем цикл с аммиаком «замыкают» в соответствующий двигатель, и вновь работает солнечный зайчик. А если нет солнца? Тогда раствор аммиака можно подогреть любым бросовым топливом (древесными отходами, торфяной крошкой и т. п.), обойдясь без дорогих нефти и газа. Только следует найти самую энергетически выгодную схему использования аммиака или других веществ, кипящих при низких температурах. Поиск пока не закончен, но уже получены обнадеживающие практические результаты. Ученые и специалисты активно ведут производственные испытания машин с «аммиачным» двигателем, которые со временем займут подобающее место в ряду сельскохозяйственной техники.