Автомобиль, поглощающий ядовитое ракетное горючее

Автомобиль, поглощающий ядовитое ракетное горючее

07.09.2022 Выкл. Автор Sergey

Автомобиль, поглощающий ядовитое ракетное горючее, может стать реальностью, если японские инженеры доведут до ума оригинальную систему питания «зеленых» машин и экзотические топливные элементы. Авторы новации утверждают, что она безопасна и удобна в использовании. Противогаз можете не покупать. Гидразин и его производные — это очень сильные яды. Но поскольку это топливо — долгохранимое и не требующее особых условий содержания (кроме герметичности бака, конечно), а в сочетании с определенным окислителем еще и самовоспламеняющееся, инженеры с радостью применяют его в качестве ракетного горючего. Особенно, в военных «изделиях».

Ракетчиков не смущает даже то, что от паров соединений гидразина человека не может защитить даже противогаз (обычного типа). А вот что скажут автомобилисты, если их попробуют превратить в «ракетчиков» — это интересно, пишет Membrana.ru.

Но обо всем по порядку. Компания Daihatsu, совместно с японским национальным институтом передовых прикладных наук и технологий (AIST), разработала новый класс топливных элементов: не нуждающихся в платине, прямого действия, на гидразине. Называется такой элемент DHFC.

Топливом для него служит гидразин гидрат (N2H4·H2O), довольно широко применяемый в химической промышленности. Выхлоп же нового топливного элемента представляет собой воду и азот. Никаких вредных веществ, никакого парникового CO2. Красота.

На этом рисунке компания поясняет главную разницу между традиционными топливными элементами (слева) и элементом с анионообменной мембраной (справа). 1 — электроды; 2 — мембрана (иллюстрация Daihatsu).

Интересно, что если обычные топливные элементы работают, когда через их мембраны проходят протоны, то в новом устройстве инженеры перевернули технологию, в некотором роде, с ног на голову. Реакцию в DHFC обеспечивают бегущие сквозь мембрану анионы (OH-). Соответственно, ключом к созданию нового топливного элемента стала анионнообменная электролит-мембрана.

Благодаря такой «химии» в качестве катализаторов (покрытия электродов) в новом устройстве удалось применить кобальт и никель. Куда более дешевые материалы, нежели применяемая в обычных (водородных) топливных элементах платина.

Как пишет в своем пресс-релизе Daihatsu, в блоке топливных элементов, работающих на водороде и достаточных для питания одной легковушки, платины содержится примерно 100 граммов. А это несколько тысяч долларов.

Максимальная плотность мощности (отмерена по вертикали) построенного опытного DHFC (красный график) составила 0,5 ватта на квадратный сантиметр мембраны, а плотность тока (по горизонтали) — примерно 1300 миллиампер на квадратный сантиметр. Это как минимум не хуже, чем у сегодняшних водородных топливных элементов (серый график) (иллюстрация Daihatsu).

Отсутствие же платины в новом аппарате, наряду с другими хитростями (недорогими материалами для сепаратора, корпуса и прочих деталей), позволило сделать новый топливный элемент сравнительно дешевым. Неудивительно, что Daihatsu прочит DHFC применение в качестве «сердца» в экологически чистых автомобилях нового поколения.

Но вот важный момент. Как мы уже сказали, гидразин и его производные — сильные яды. Страшно представить, что будет, если при аварии на дороге бак с гидразином даст течь.

«А вот и не страшно», — утверждает японская компания. Она весьма оригинально решила вопрос безопасности применения столь ядовитого вещества в качестве топлива.

Daihatsu придумала специальный бак, наполненный гранулированным полимером, содержащим карбонильную группу (>C=O). При заправке бака гидразин гидрат вступает в реакцию с полимером. Происходит дегидратация и конденсация топлива, и гидразин оказывается химически связан.

Теперь внутри емкости он образует твердый материал — гидразон (hydrazone, >C=N2H2), который совершенно безопасен в хранении и которому не страшно разрушение бака в случае аварии. А вода, входившая в состав гидразин гидрата, при заправке из этого самого бака откачивается.

Когда же требуется извлечь связанное топливо, в бак направляется порция горячей воды. Реакции идут в обратном направлении, и полимер высвобождает гидразин гидрат, который перекачивается в топливный элемент (подробности в статье авторов технологии в журнале Angewandte Chemie).

Топливный же элемент, как водится, вырабатывает ток для зарядки аккумуляторов авто и питания его электродвигателей.

Принцип работы гипотетического гидразинового авто. На врезке — реакции, идущие при заправке бака и связывании топлива, и при освобождении горючего для переправки в топливный элемент (иллюстрация Daihatsu).

Насколько удобна и безопасна такая заправка? Конечно, можно пофантазировать, что на самой АЗС гидразин будет храниться также в виде гидразона. Лишь в момент заправки он будет соединяться с водой, чтобы его можно было бы перекачать в бак автомобиля.

В машине также опасение вызывает лишь небольшая магистраль, соединяющая топливные ячейки с баком. Ведь там будет курсировать гидразин гидрат.

Зато хранить новое горючее в подобной машине на топливных элементах несравненно проще, чем водород, который требует либо высокого давления (газообразный, 350 атмосфер), либо низкой температуры (253 градуса Цельсия ниже нуля), а значит — очень прочного баллона или очень толстых теплоизолирующих стенок бака.

Daihatsu также отмечает, что DHFC обладают большим ресурсом и высокой мощностью. В общем, достоинств у такой технологии масса. Потому компания намерена продолжить исследовательские и проектные работы по экзотическому топливному элементу. Она надеется улучшить «емкостные» параметры полимера, захватывающего гидразин гидрат, дополнительно повысить мощность, надежность и долговечность DHFC и подойти к решению проблемы инфраструктуры.

Не беремся утверждать, что придуманная японцами концепция экологически чистых авто — самая совершенная. Но, несомненно, одна из самых оригинальных и неожиданных. Берем на заметку.