Индивидуальный проект "Водородный двигатель"

Муниципальное общеобразовательное бюджетное учреждение средняя общеобразовательная школа с.Дмитриевка муниципального района Уфимский район Республики Башкортостан.

Тема

«Двигатели на основе водородного топлива».

Работу выполнили учащиеся 11 класса

Мустафин Эрик.

Научный руководитель

Ахмедьянова Ирина Викторовна,

учитель математики.

Оглавление.

1. Введение…………………………………………………………2

2. 1. Водородный двигатель……………………………………….3

2. Химические и физические свойства водорода……………..4

3. Собрать простейший механизм электролиза воды………...5

4. Изучить схему работы водородного двигателя………….,..6

5. Заключение………………………………………………..

3. Список литературы…………………………………………..

1. Введение.

Транспорт является неотъемлемой частью нашей жизни, ведь благодаря ему мы, за короткий промежуток времени, можем достичь заданной нами точки. Практически весь транспорт использует обычное бензиновое или дизельное топливо. Но такой вид горючего сильно влияет на экологию нашей Земли, потому что выбрасывает в атмосферу огромное количество токсинов, приводящих к парниковому эффекту. Поэтому нужно искать альтернативу.

Гипотеза. Есть ли потребность в водородном двигателе?

Актуальность. Как известно, транспорт – важная часть в нашей жизни, который помогает нам добраться в любое место нашей Земли за короткое время. Но используемое нами топливо не экологично и может привести к неприятным последствиям. В исследовательской работе расскажу о принципе работы водородного двигателя, его применении в нашей жизни.

Цель: исследовать механизм водородного двигателя.

Задачи:

1. Собрать все сведение о водородном двигателе;

2. Изучить химические и физические свойства водорода;

3. Собрать простейший механизм электролиза воды;

4. Изучить схему водородного двигателя;

5. На основе собранной информации сформулировать выводы.

Методы исследования: эксперимент, сбор сведений, анализ полученной информации с интернет-ресурсов, метод классификации и обобщения материала.

2. Основная часть.

2.1. Водородный двигатель.

В настоящее время сильно загрязнена атмосфера и запасы нефти подходят к концу, что вынуждает человечество искать альтернативные источники энергии. Одним из выходов является применение водородного двигателя, отличающегося большой экологичностью, а также обладающим максимальным КПД в сравнении с классическими двигателями. «Водород – горючее будущего» - с такими словами происходит внедрение водородных ДВС в транспортную и авиационную промышленность.

Франсуа Исаак де Реваз – первый создатель двигателя внутреннего сгорания, который работает на водороде. Создал он его в 1806 году. Водород получал методом электролиза воды.

Интерес к этим двигателем на водородном топливе появился в 1970-е года, когда случился топливный кризис. Появилось достаточно много успешных установок, которые работали стабильно, без взрывов. Однако после окончания кризиса, о водородном двигателе забыли. Сейчас интерес к таким двигателям снова растет, только уже из-за экологических проблем, которые рушат нашу Землю, а также из-за запасов нефти на планете, которые заканчиваются, а цены на нефтепродукты растут.

Водородный двигатель обладает рядом недостатков, не позволяющих вытеснить бензиновые и дизельные моторы. Это:

1. Дорогой и сложный способ получения топлива в промышленных объемах;

2. Водородный автомобиль имеет большую массу из-за применения мощных АКБ и преобразователей;

3. Имеются проблемы с хранением водородного топлива;

4. Главным вопросом в разработке водородных технологий является высокая стоимость материалов;

5. Отсутствие стандартов транспортировки и применения водородного горючего;

6. Высокая цена транспорта на водородном топливе.

Несмотря на ряд недостатков, у такого вида топлива предостаточно и плюсов, таких, как:

1. Высокая экологичность, ведь когда водород вступает в реакцию горения с кислородом, получается водяной пар;

2. Несложная конструкция;

3. КПД на водородном топливе намного выше, чем у ДВС;

4. Бесшумность.

2.2. Химические и физические свойства водорода.

Интерес ученых в области двигателестроения всегда привлекали своеобразные физико-химические свойства водорода, главным преимуществом которых является экологическая чистота рабочего процесса.

Физические свойства водорода:

Водород – легкий бесцветный газ, без запаха, в 14,5 раз легче воздуха. Водород является самым распространенным элементом Вселенной. В основном он находится в связанном состоянии – в составе воды, нефти, природного газа и т.д.

Химические свойства водорода:

Водород – неметалл. Молекула водорода состоит из двух атомов, связанных между собой ковалентной связью. С кислородом и воздухом водород образует взрывчатые смеси. Особенно опасна смесь одного объема кислорода и двух объемов водорода. Ее называют гремучим газом.

Получение водорода можно осуществить при помощи электролиза воды, но будет получаться водород и две молекулы гидроксогруппы: 2Н₂О+2 e⁻ → Н₂ + 2ОН⁻

Если в растворе присутствуют анионы F^-,SO^2-₄, NO^-₃, PO₄^3-, CO₃^2- и некоторые другие, то будет получаться кислород и две молекулы водорода: 2Н₂О - 4 e⁻ → О₂  + 2Н₂⁺

Взаимодействие с кислородом. При поджигании реакция протекает со взрывом: 2H₂ + O₂=2H₂O

2.3. Собрать простейший механизм электролиза воды.

Электролизёр – это специальное устройство, разделяющее компоненты раствора или соединения с помощью постоянного электрического тока.

Для наглядного примера получения гремучего газа я решил собрать простейшую установку электролизёра воды. Я соблюдал все меры предосторожности в работе с водородом, ведь это взрывоопасный газ! Вот простой чертеж моего электролизёра:

Ход работы:

1) В качестве пластин я взял обычные лезвия для канцелярского ножа, они отлично подходят для моей установки. Далее скрепил 5 лезвий на болте, оставляя между каждым расстояние в 5 мм. Всего должно получиться 4 ячейки.

2) Далее я соединил две такие части между собой так, чтобы между каждым лезвием было небольшое расстояние. В итоге, у меня получилось два блока ячеек.

3) Нашел стеклянную банку и подходящую герметичную к ней крышку. В крышке сделал отверстия для проводов и отсека для выхода водорода. В качестве трубки для выхода гремучего газа я взял систему капельницы. В итоге у меня получилась примерная установка:

Для того чтобы запитать наш электролизёр, потребуется напряжение в 5 Вольт и ток – от 5А до 10А. Я купил блок питания на 5В и 5А.

Запустив процесс расщепления воды, я увидел, как на стенках пластин начали появляться пузырьки газов. Для того, чтобы понять, что газ выходит через нашу систему выхода, я засунул трубочку в стакан с водой. В итоге из воды начали выходить пузырьки того самого газа. Эксперимент я считаю успешным.

2.4. Изучить схему работы водородного двигателя.

Водородный двигатель придумали уже достаточно давно и схем такого двигателя немало в интернет-ресурсах. Мы взяли пример автомобиля BMW 7 Series (Hydrogen) с двигателем внутреннего сгорания, работающим на водороде.

Принцип работы водородного двигателя почти никак не отличается от бензинового ДВС. Главным отличием является момент впрыска топлива. Так как реакция горения водорода происходит быстрее, чем у бензина или дизеля, газ подается в камеру сгорания позже, чем бензиновое или дизельное топливо.

Машина не оборудована электролизёром. Вместо этого установлено специальное хранилище водородного топлива, при этом водород хранится в жидкой форме при температуре не выше -253 градусов Цельсия. Имеется система охлаждения для предотвращения взрывов.

2.5. На основе собранной информации сформулировать выводы.

Выполняя исследовательскую работу, я понял, насколько важно найти альтернативный вид топлива. Планета Земля может стать непригодной для жизни человека из-за парникового эффекта, который возникает вследствие выбросов токсинов CO₂, приводящий к глобальному потеплению.

Водород является такой альтернативой к бензиновому топливу. Он ,имеет достаточно плюсов, таких, как: экологичность, высокий КПД, бесшумность, несложность в конструкции; но и минусов, которые не дают вытеснить классический вид топлива, – высокая цена на транспорт, дорогой способ получения водорода в промышленных объемах, проблемы с хранением водородного топлива, взрывоопасные свойства водорода и др.

Однако существуют успешные двигатели на основе водородного топлива, которые работают относительно стабильно, но мы на них не переходим. А всё потому, что практически отсутствует инфраструктура водородных заправок. Но есть ещё один момент, который не дает перейти нам на такой вид топлива. Это все нефтяные компании по производству бензинового и дизельного топлив. Если мир перейдет на водородный тип топлива, то бензин нам практически будет не нужен, тогда и экономика в этой сфере упадёт. Нефтяным компаниям это будет не выгодно.

Нужно не бояться перемен, бороться за экологию нашей планеты, создавать революционные технологии, и только тогда мы сможем сберечь наши будущие поколения от гибели.

1. Список использованной литературы.

http://krutimotor.ru/vodorodnyj-dvigatel-ustrojstvo/

https://principraboty.ru/vodorodnyy-dvigatel-princip-raboty/

https://motorist.guru/modeli/vodorodnyj-avtomobil.html

https://drivertip.ru/osnovy/kak-rabotaet-vodorodnyj-dvigatel.html

https://www.asutpp.ru/chto-takoe-elektrolizer-i-kak-ego-sdelat-svoimi-rukami.html