Топливный элемент

> Проекты > Топливный элемент

 Название проекта:  «Топливный элемент» (Способ управляемого холодного ядерного синтеза водородоподобных химических элементов) [Н01М 4/64].

 
 Отрасль: Энергетика
 
  1. Актуальность
Экологическая катастрофа при существующих формах и видах хозяйствования человека неминуема. Наступает время, когда необходимо преобразовывать уже сильно засоренные земные, водные и атмосферные поверхности Земли. Для этих целей необходимы огромные энергетические ресурсы. Энергетические ресурсы нужны для освоения морских глубин и просторов, создания различных защитных мероприятий от землетрясений, цунами, а также космических «пришельцев» - метеоритов и т.д.
Ресурсы на Земном шаре углеводородов и кислорода ограничены. При интенсивном развитии энергопотреблении человечество в ближайшие 30-40 лет столкнется с проблемой: «Экологическая безопасность и нехватка энергетического сырья»:
·         природа не сможет справляться с переизбытком СО2, т.к. количество лесов на планете убывает, идет интенсивное освоение морей;
·        многие страны вынуждены повышать добычу угля, при сжигании которого происходит образование сернистого дыма и выпадение кислотных дождей.
·         образование все большего количества свалок, т.к. для утилизации различных отходов нужны энергетические затраты.
Факторы, тормозящие развитие направления по созданию альтернативных видов топлива и энергетических установок:
·        современная энергетика Земли (нефть, газ и т.д.) принадлежит людям, которые блокируют или прячут под «сукно» перспективные разработки;
·        чиновники «отмывают деньги на проекте «Такомак»;
·        чиновники от науки боятся серьезной новизны;
·        частный бизнес, как правило, боится серьезных разработок.
Всем известно, что прямое преобразование химической энергии в электрическую путем окисления водорода сегодня является модным направлением, но используется только первая «ступенька» и получаемое топливо – чистый водород. Применение водорода связано с большими трудностями: взрывоопасность, габариты установок и т.д.
Всем известные процессы низкотемпературной плазмы ядерного синтеза сегодня не нашли применения, потому что управлять плазмой очень сложно в условиях Земли, так как не разработаны такие материалы и конструкции. Почти 50 лет работы, связанных с ядерным синтезом  по проекту «Такомак» пока не привели к созданию рабочей конструкции – это очень дорого и сложно.
Ядерный синтез высокотемпературной плазмы используется в термоядерном вооружении для разрушительного воздействия и ядерного шантажа.
 
  1. Конструкция топливного элемента (потенциал течения)
2.1   Термины
2. .1.1 Газодиффузионный электрод (анод) - это металл, способный насыщаться водородом (протонами). Установлено, что водород стремится в сторону, где большая температура и желательно — трение, поэтому газодиффузионный электрод должен быть нагрет относительно водородсодержащего топлива, причем топливо должно быть в виде низкотемпературной
плазмы. Поток водорода, высасываемого из топливных систем, насыщает газодиффузионный электрод.
Газодиффузионный электрод — это газопроницаемый полимер (обеспечивает сорбирование водорода)
2.1.2 Протоннообменная мембрана (мембранный катализатор)
При дегидрировании и дегидроциклизации удаление из зоны реакции образующегося Н2, благодаря его диффузии через мембрану подавляет обратные и побочные процессы (Pd ≈ 15% и Rh ≈85%).
2.1.3 Композицитный мембранный катализатор (КМК)) - состоит из пористого, механически прочного листа каталитически неактивного вещества и тонкой, но сплошной пленки активного вещества. Для формирования последней может потребоваться промежуточный непористый слой, и тогда катализатор становится трехслойным, как например металлокерамический лист», покрытый слоем термостойкого газопроницаемого полимера с нанесенным на него слоем Pd или его сплава (толщина до 10 мкм). КМК содержит гораздо меньше металла на единицу поверхности, чем монолитные, более устойчивы, проницаемы для Н2 при более низких температурах, что позволяет гидрировать термически кислотные вещества.
Могут быть использованы газы, богатые водородом (например, газопаровые смеси).
2. .1.4 Мембранный потенциал - разность электрических потенциалов между системами, разделенными мембраной. Таким образом, используется эффект движения протонов в сторону более высокой температуры - в зону окисления водорода. В результате возникает разность потенциалов за счет массопереноса, что обеспечивает протекания электроосмоса (наоборот), т.е. процесс обеспечения отделения части низкотемпературной плазмы (НТП).
2. .1.5 Электролиты твердые:
Протонная проводимость комплекса (ПЭО)  Н3 РО4  полиэтиленооксид (ПЭО) ок. 10 см/м (298 к). В комплексе ПЭО – NH4HSO4  анионы практически неподвижны и протон переносится катионами NH+ (σ2 * 10 см / м).
Протонопроводящие электролиты твердые (ЭТ) - в основном кристаллогидраты твердых органических и неогранических кислот и их солей, в которых перенос Н осуществляется либо по сетке водородных связей молекул Н2О (механизм туннельного перехода), либо перемещением ионами гидроксония Н3О (прыжковый механизм), либо по молекулам, адсорбируясь на межзеренных границах поликристаллических материалов.
Исключение составляют безводные гидросульфиты и гидроселениты щелочных металлов (например, CsHS04 и CsHSeO, которые приобретают высокую ионную проводимость при температурах выше структурного фазового перехода, когда число возможных мест локализации протонов оказывается вдвое больше числа самих протонов. Обладают протонной проводимостью и многие полимерные структуры.
2. .1.6 Электрокинетические явления и электромиграционные методы - водород двигается в сторону повышенной температуры.
На ледоколах за счет трения льда о корпус происходит окисление и водородный износ отдельных зерен металла и для защиты корпуса применяют метод электромиграции.
Электропомиграционный метод.
Протонные растворители для протонных электролитов неводных, содержащие подвижный протон Н+ - это спирты, фтороводород и др. Как правило, они хорошо сольватнруют малые анионы с образованием прочных водородных связей. Растворители, не содержащие подвижного протона, называются диполярными апротонными (диметилформамид, диметилсульфоксид, ацетон, ацетонатрил и др.); они активно взаимодействуют с большими легко поляризуемыми анионами.
Электродонорные растворители содержат атомы с неподеленными электронными парами:
- О (спирты, эфиры, кетоньг);
- N (амины, амиды);
- S (сульфиды, сульфоксиды);
- Р (фосфины) и др.
Они характеризуются высокой способностью сольватировать преимущественно катионы.
Применение электролитов неводных привело к разработке новых типов химических источников тока. Важное значение они имеют в фотоэлектрохимических элементах* электролитических конденсаторах, электроорганическом синтезе.
Различия в сольватирующей способности растворителей используется при получении чистых благородных металлов, разделении веществ.
2. .1.7 Электролитическая дислокация (ЭД) - полный или частичный распад молекул растворенного вещества на катионы и анионы. ЭД называют также распад на катионы и анионы ионных кристаллов при растворении или расплавлении. ЭД как правило происходит в полярных растворителях. При ЭД разрываются обычно лишь наиболее полярные связи  молекул, например, карбоновые кислоты RCOOH диссоциируются на RCO -2 и Н+.  ЭД могут подвергаться молекулы некоторых растворителей, например воды.
Основными причинами ЭД является, с одной стороны, взаимодействие растворенного вещества с растворителем, которое приводит к сольватации ионов, а с другой — значительное ослабление электростатического взаимодействия между сольватированными ионами в среде, обусловленное ее электростатическим полем (диэлектрической проницаемостью растворителя).
При этом работа, необходимая для разрушения молекул (кристаллической решетки), обеспечивается за счет энергии сольватации.
ЭД лежит в основе деления растворов на два класса:
•                растворы неэлектролитов;
•                растворы электролитов.
Наблюдаемое различие в коллегиальных свойствах разбавленных растворов электролитов и неэлектролитов объясняется тем, что из-за ЭД увеличивается общее число частиц в растворе.
Это, в частности, приводит к увеличению осмоостического давления раствора сравнительно с растворами неэлектролитов, понижению давления пара растворителя над раствором, увеличению изменения температуры кипения и замерзания раствора относительно чистого растворителя. ЭД объясняется также ионная электропроводимость электролитов.
Мерой ЭД является степень диссоциации а-отношения количества диссоциированных на ионы молекул электролита к их исходному количеству в растворе.
Согласно этому определению, а изменяется от 0 (отсутствие диссоциации) до 1 (полная диссоциация) и зависит от природы растворенного вещества и растворителя, а также от концентрации раствора и температуры.
Как правило, с увеличением диэлектрической проницаемости растворителя е его а увеличивается, хотя заметная диссоциация наблюдается в некоторых растворителях с низким 8.
Растворы сильных электролитов не являются идеальными, и для их описания необходим учет межионного взаимодействия даже в области предельного разведения.
Равновесие между сольватированными ионами и ионными парами характеризуется константой диссоциации, аналогичные исходному распаду молекул, или обратной ей величиной - константой ассоциации. Сольватные оболочки, окружающие реагирующие частицы в растворе, характеризуются координационным числом и релаксационными параметрами.
 
 
  1. Сущность разработки
Предлагаемое техническое решение обеспечивает возможность использования углеводородсодержащего топлива, что позволяет расширить сырьевую базу топливных элементов. Использование детонационной активации углеродных комплексов (например, бензольного кольца или графита) обеспечивает сопутствующий цепным химическим реакциям холодный ядерный синтез в ансамбле комплекса. А именно, - при разрыве углеродного кольца, за счет резонанса в энергетическом колебательном контуре, происходит в одной зоне удаление атомных ядер друг от друга с потреблением энергии, а в смежной зоне приближение атомных ядер с преодолением энергетического барьера, причем, атомные ядра формируют кластер с выделением значительного количества энергии (в данном случае кластером является магний).
В рассматриваемом техническом решении вариантом системы топливных элементов является совмещение детонационной камеры с камерой отсоса атомарного водорода. Это повышает активность отсоса водорода за счет того, что детонация происходит в непосредственной близости к гидродифуззионному электроду, а в перспективе - при повышении давления и температуры система топливных элементов эволюционно перерастет в систему холодного ядерного синтеза углерода до магния и аргона с выделением значительного количества энергии.
Использование предлагаемого способа и конструкции для его осуществления обеспечивают следующие преимущества:
· повышение парциального давления водорода в газовой смеси (при соотношении углерода к водороду приблизительно 1:4) за счет введения в топливо-воздушную смесь (ТВС) воды, что позволяет использовать топлива с малым содержанием водорода;
· обеспечивается до 95% разрушения различных кластеров, особенно бензольных колец - за счет волны детонационного горения и вибрации происходит удаление атомных ядер друг от друга, особенно тяжелых ядер углерода, при незначительном количестве (~ 0,01%) сближения этих ядер, что объясняет наличие следов магния в отработанных газах, а это уже холодный ядерный синтез;
· углерод является катализатором для водорода, а водород для углерода, поэтому при их взаимодействии обеспечивается перераспределение кислорода с пользу углерода, особенно в связи с тем, что металлическая палладиевая емкость, как губка всасывает атомарный водород, освобождая атомарный кислород, обеспечивающий дополнительное разрушение частично разрушившихся бензольных колец;
· обеспечивается окисление углерода и отсасывание в палладий атомарного водорода за счет расположения детонационной камеры в непосредственной близости с камерой (эндогаза) и происходящих на палладиевой поверхности цепных химических реакциях перераспределения кислорода;
· повышается тепловой КПД установки за счет охлаждения водой отработанных газов и обогрева окислителя в камерах окисления и дожигания;
· изменять напряжение и мощность электрического постоянного тока по техническим соображениям из-за сотового распределения в системе топливных элементов параллельно и последовательно.
Способ сжигания углеводородсодержащего топлива и конструкция для его осуществления (топливный элемент и батарея)
Предложенное техническое решение включает системы:
•    подготовки водорода путем его активации;
•    подготовки водородоподобных химических элементов путем их активации;
• сепарации и обогащения водородоподобных химических элементов, которые прореагировали с водородом;
•    горения топливо-воздушной смеси;
•    подачи тепловой энергии к потребителю.
Предложенное техническое решение позволяет обеспечивать синтез атомных ядер водородоподобных химических элементов при малых давлениях и температурах.
            В I-ом контуре осуществляется сепарация электронов и протонов из водорода посредством эффекта металлического палладия растворять водород и диэлектрической мембраны пропускать протоны.
            Во II-ом контуре поток протонов «отсасывает» из водородоподобных химических элементов (например, дейтерий) электроны, чем активирует их.
            В «щелях», за счет резонанса, обеспечивается сближение активированных водородоподобных химических элементов, что вызывает их холодный ядерный синтез.
            Управление процессом синтеза обеспечивается путем:
·         управление интенсивностью потока (скоростью) протонов;
·        управление резонансным сжатием активированных водородоподобных химических элементов в зоне синтеза.
            Отвод тепловой энергии обеспечивается III-м контуром.
            Отвод электрической энергии обеспечивается через систему «двигатель-генератор-потребитель».
Достигнуто данное техническое решение за счет того, что:
•   большая протонообменная поверхность палладиевого электрода обеспечивает освоение водорода;
• протонообменное покрытие при разности потенциалов сепарирует протоны палладиевого электрода, перетекающие в потоке активированных водородоподобных химических элементов, и, например, при активированном дейтериевом потоке, происходит синтез D2 + Р+          тритий        (2Н + Н   = 3Н);
• обеспечивается управление потоками водорода (протонов) и активированных водородоподобных химических элементов;
•   обеспечивается приближение атомных ядер за счет того, что повышается давление статическое и резонансное, а так же магнитным импульсом создаются дополнительные локальные приближения атомных ядер друг к другу.
Способ получения электричества в топливном элементе, включающем 2 электрода, разделенные мембраной, камеру подвода водорода и камеру сжигания, отличающийся тем, что топливо предварительно подогревается, сольватируется, затем поступает в камеру сжигания (форкамеру), затем в сепарационную камеру, причем обеспечивает форкамеру топливом с обеспечением истечения скоростей в сепараторе 0,1-1 м/с, при этом производится отбор части парогазовой смеси в камеру дожигания-подогрева топлива. Охлаждение 1 контура осуществляется  вторым контуром.
            Получение дейтериевой воды обеспечивается путем очистки питьевой воды при ее вымораживании, т.к. кристаллизация дейтериевой воды идет при плюс ≈3°С, а обычной воды при ≈0°С.
 
  1. Новизна
            Использованы эффекты: сепарации протонов, обеднение электронами водородоподобных химических элементов, резонансное сближение активированных водопроводных химических элементов, управление потоком протонов и резонансом в камере реактора.
            Разработана технология для конструирования принципиально новой установки, обеспечивающей синтез водородоподобных химических элементов.
Предлагаемая технология решает задачу эволюционной замены ДВС, газотурбинных и реактивных систем, работающих в режиме горения на скоростях распространения волны горения 1,5 - 4,5 м/с, на детонационное горение на скоростях распространения волны горения со скоростями 1.5-4.5 км/с (разница на три порядка).
 
  1. Стадия развития проекта
·         Создана теория энергетического колебательного контура (ЭКК).
·         Разработаны конструкторско-технологические способы для обеспечения протекания холодного ядерного синтеза (ХЯС) на водородоподобных химических элементах.
·         Разработаны способы использования традиционных материалов: мембрана для прохождения протока – фторопласт увлажнений;
·         Разработан способ активации водородоподобных химических элементов, путем снижения парциального давления электронов (как это происходит при получении триплетного кислорода из синглетного).
·         Создана теория по ускорению процесса смещения сильного воздействия (по центру колебания) в направлении электромагнитного воздействия, т.е. период полураспада – управления этим процессом.
 
  1. Выход работ (по новизне)
·         механизм сепарирования протонов – образец химического топливного элемента – патент.
·         механизм управления потоком протонов – образец ЭОП – патент.
·         образец ДВС – патент.
·         образец реактора – патент.
 
  1. Ожидаемый экономический эффект
            Прямой экономический эффект составит только за счет замены химического окисления углеводородного сырья на синтез водородоподобных химических элементов:
·         стоимость 1 литра бензина (Аи-95) ≈ 25 руб. (0,85 $ );
·         стоимость 1 литра дейтериевой воды ≈ 30 руб. (1 $ );
·         энергия, выделяющаяся при окислении равна ≈ 400 эВ (ионная или ковалентная химическая связь), а энергия, выделяющаяся при ядерном синтезе дейтерия равна  ≈ 24 МэВ, то есть 24*106:400 = 60000 раз или ≈ в 50000 раз ядерный синтез экономичнее.
            Косвенные выгоды – полная экологическая безопасность окружающей среды и снижение загрязнения природных ресурсов путем сохранения О2, исключения выброса в воздух парниковых газов и т.д.
Данная установка может быть использована в двигателях, турбинах и т.д. Конструктивное решение обеспечивает протекание управляемого холодного ядерного синтеза водородоподобных химических элементов, что позволит:
•    разрабатывать новые типы двигателей и движителей для автомобилей, авиационной и иной техники;
•  иметь неограниченную топливно-сырьевую базу.
•  исключить загрязнения окружающей среды выхлопными газами, содержащими СО2, СН, NOXибензопирен;

 

  1. Окупаемость проекта
В течение 1 года после участия на 1 – 3 выставках.
Стоимость энергетической установки мощностью 10 МВт/час. ≈ $100млн. (с учетом замены Pd на сплавы Ti, Nb с катализатором)
Предполагаемая стоимость 1 кВт/час ≈ 1 коп.
Расход обычного топлива в год в ≈ 10 тыс. раз больше, чем дейтериевого, с учетом транспортировки топлива окупаемость произойдет ≈ за 10-14 месяцев.
      Срок изготовления рабочей теплоэлектростанции ≈ 3-4 года. 
                
  1. Конкурентные преимущества и конкуренты
·         Экологический чистый способ получения энергии;
·         Неограниченные ресурсы;
Конкуренты: газ, нефть, уголь, атомные электростанции, солнечные батареи, ветреные системы, гидроэлектростанции, геотермические станции.
  
  1. Основные покупатели продукта / услуги.
·         Граждане стран мира – желающие комфортно жить и преобразовывать свои земли;
·         Государства – переводящие энергетические мощности в энергетику в холодного ядерного синтеза; осваивающие сверхглубокие недра Земли, Луну, космос и т.д.
 
  1. Исполнители – конструкторско-исследовательское подразделение нестандартизированного оборудования с лабораторией.
 
  1. Авторский надзор и обучение специалистов - ООО НПП «ИННЭКС».

 


Https://www.patboot.ru

https://www.patboot.ru высокопрочная спецобувь.

www.patboot.ru

28.11.2024 00:41