ВМС США рассматривают морскую воду в качестве топлива
Наверное, многие обладатели личного автомобиля мечтали бы о том, чтобы заправлять его не бензином, а обыкновенной водой. Такой способ заправки сильно упростил бы всем жизнь и сэкономил лишние рубли. Но такие мысли у большинства из нас вызовут лишь улыбку. Однако мы живем в мире, в котором самые невозможные, на первый взгляд, вещи, могут быть реализованы на практике. В настоящее время ВМС США на полном серьезе занимаются спонсированием создания топлива на основе обыкновенной морской воды. Целью американских военных является обеспечение своего военно-морского флота топливом, полученным из морской воды. Рабочая установка, которая в состоянии вырабатывать топливо из воды, была представлена Научно-исследовательской лабораторией ВМС США (NRL) 7 апреля 2014 года.
В настоящее время большая часть американских боевых кораблей работает на углеводородном топливе. По этой причине запас хода боевых судов ограничен вместимостью их баков. Отчасти данную проблему в состоянии решить специальные корабли – танкеры-дозаправщики, которые сопровождают американские авианосные группы. Сегодня ядерные реакторы в качестве основных силовых установок установлены лишь на американских подводных лодках (атомных) и авианосцах, в то время как все остальные корабли сопровождения работают на более привычном виде топлива. В российском военно-морском флота ядерные реакторы установлены на тяжелые ракетные крейсеры проекта 1144 «Орлан», к ним относится тяжелый атомный ракетный крейсер «Петр Великий», а также субмарины (атомные). При этом дозаправка кораблей в море не самая простая задача, особенно при плохой погоде, процесс заправки может занять несколько часов и требует совершения непростых маневров.
В ВМС США считают, что им удалось найти решение данной проблемы – в углекислом газе (диоксид углерода CO2). Идея заключается в том, чтобы извлекать его и водород (H2) прямо из морской воды. В дальнейшем CO2 и H2 можно достаточно легко превратить в топливо, заправляя корабли прямо во время походов. Такая перспектива очень сильно понравилась военным. В самом деле, в настоящее время ВМС США нужно содержать 15 кораблей-танкеров, которые в состоянии перевозить до 2,27 млрд литров топлива для дозаправки боевых кораблей в море. Все это требует грамотного решения достаточно сложных логистических задач по поддержке флотов в море и требует постоянного контроля за всеми морскими коммуникациями, которые могут понадобиться для обеспечения снабжения.
Заправка корабля топливом в море
Концентрация углекислого газа в морской воде приблизительно в 140 раз выше, чем в атмосфере и всего лишь в 3 раза меньше, чем, к примеру, в дыме труб работающей ТЭЦ. При этом 2-3% диоксида углерода представлены в виде угольной кислоты (H2CO3), а остальное – ее эфиры и соли: гидрокарбонаты (96-97%) и карбонаты (1%). Стоит отметить, что в сочетании с H2 углекислый газ представляет собой готовое сырье, которое можно использовать для синтезирования углеводородного топлива.
Однако остаются две наиболее важных проблемы: как из морской воды одновременно выделить необходимые CO2 и H2, и как эффективно синтезировать их в углеводородное топливо, которое было бы пригодно для использования. Специалисты NRL говорят о том, что им удалось решить оба вопроса, но конкретных деталей они пока что не раскрывают. Сообщается, что новая технология получила обозначение GTL.
«Сердцем» установки, которая была продемонстрирована 7 апреля, является специальный модуль E-CEM – модуль электролитического катионного обмена, который, по словам разработчиков, в состоянии выделять из морской воды CO2 и H2 с очень высокой эффективностью 92%. Полученные таким образом газы в дальнейшем превращаются в жидкие углеводороды. В обычных условиях это был бы метан (CH4), однако благодаря применению специально подобранных катализаторов (авторы держат химическую формулу в секрете) на выходе удается получить сравнительное длинные алкены (этиленовые углеводороды) в 60% случаев.
Модуль электролитического катионного обмена
Такие углеводороды уже можно применять в современной химической промышленности, а также в некоторых видах топлива. В дальнейшем с помощью контролируемой полимеризации они преобразуются в длинные цепочки, которые содержат уже от 9 до 16 атомов углерода. Такие показатели близки к топливу, которое сегодня применяется в ДВС – двигателях внутреннего сгорания. К примеру, бензин содержит фракции углеводов в диапазоне C5-C12, керосин – C9-C17, дизельное топливо – C8-C24.
До недавних пор подобные технологии можно было наблюдать лишь в лабораториях, которые занимались выпуском считанных миллилитров топлива. Однако американским ученым из NRL удалось впервые масштабировать данную технологию, более того они говорят о том, что ее можно будет использовать на флоте практически в промышленных масштабах.
То, что полученное таким путем топливо действительно может заставить двигатели работать, было продемонстрировано на небольшом радиоуправляемом самолете-демонстраторе. Радиоуправляемая модель американского истребителя времен Второй мировой войны P-51 Mustang была заправлен топливом, полученным из морской воды. Радиоуправляемая модель, оснащенная небольшим ДВС, наглядно продемонстрировала потенциал технологии получения углекислого газа и водорода из морской воды с последующим их превращением в топливо. Особо подчеркивается, что никаких изменений в небольшой двухтактный мотор радиоуправляемого самолета разработчики не вносили. С экспериментальным топливом игрушечный самолет летал ничуть не хуже, чем с обычным. По словам, авторов проекта, на настоящих кораблях и самолетах также не понадобится никаких переделок двигателей внутреннего сгорания.
По оценкам ученых, себестоимость топлива, полученного из морской воды, составит всего от 8 до 16 центов за литр. Однако на данный момент главной проблемой всего проекта остается масштабирование: экспериментальная установка, имеющаяся в распоряжении NRL, пока достаточно маломощна, для того чтобы обеспечить снабжением топливом целый корабль. На создание полноценной промышленной установки может уйти не меньше 7 лет, при условии, что проект будет финансироваться в достаточном объеме. К этому сроку разработчики обещают построить полноценный наземный перерабатывающий завод, плавучий вариант установки может появиться на свет значительно позднее.
По словам ученых, работающим над данным проектом, технология GTL может стать коммерчески жизнеспособной примерно через 7-10 лет. Основные работы сейчас ведутся над созданием более мощной установки. В случае если данные работы закончатся успешно, у флота появится реальная возможность обеспечения топливом удаленных кораблей, в частности, авианосцев и морских баз. Авианосцы, которые получат возможность самостоятельно обеспечивать свои корабли сопровождения топливом, смогут существенным образом увеличить боевую устойчивость и автономность АУГ – авианосных ударных групп. В настоящее время в составе ВМС США насчитывается 11 АУГ, находящихся на боевом дежурстве. 10 имеют портами приписки базы ВМС на территории США, одна – базу на территории Японии (Йокосука).
Стоит отметить, что в этом вопросе пока не все так безоблачно, хотя и наметился прогресс. Процесс выработки топлива из углекислого газа и водорода, получаемых из морской воды, сам по себе достаточно энергозатратен. Для того чтобы заниматься выработкой топлива на борту боевого корабля, необходима свободная энергия. Даже в том случае, когда судно не нуждается в собственном ресурсе углеводородного топлива (как с атомными авианосцами), ему потребуется повышенное количество энергии от других источников, которая и будет тратиться на производство топлива из морской воды. А это снова возвращает нас к тому, с чего мы начинали – к проблеме дозаправки, хотя и несколько в другом аспекте.
Источники информации:
http://rnd.cnews.ru/army/news/top/index_science.shtml?2014/04/08/567300
http://rusplt.ru/world/dvigatel-na-morskoy-vode-9193.html
http://www.popmech.ru/article/11803-korabl-na-vode
В настоящее время большая часть американских боевых кораблей работает на углеводородном топливе. По этой причине запас хода боевых судов ограничен вместимостью их баков. Отчасти данную проблему в состоянии решить специальные корабли – танкеры-дозаправщики, которые сопровождают американские авианосные группы. Сегодня ядерные реакторы в качестве основных силовых установок установлены лишь на американских подводных лодках (атомных) и авианосцах, в то время как все остальные корабли сопровождения работают на более привычном виде топлива. В российском военно-морском флота ядерные реакторы установлены на тяжелые ракетные крейсеры проекта 1144 «Орлан», к ним относится тяжелый атомный ракетный крейсер «Петр Великий», а также субмарины (атомные). При этом дозаправка кораблей в море не самая простая задача, особенно при плохой погоде, процесс заправки может занять несколько часов и требует совершения непростых маневров.
В ВМС США считают, что им удалось найти решение данной проблемы – в углекислом газе (диоксид углерода CO2). Идея заключается в том, чтобы извлекать его и водород (H2) прямо из морской воды. В дальнейшем CO2 и H2 можно достаточно легко превратить в топливо, заправляя корабли прямо во время походов. Такая перспектива очень сильно понравилась военным. В самом деле, в настоящее время ВМС США нужно содержать 15 кораблей-танкеров, которые в состоянии перевозить до 2,27 млрд литров топлива для дозаправки боевых кораблей в море. Все это требует грамотного решения достаточно сложных логистических задач по поддержке флотов в море и требует постоянного контроля за всеми морскими коммуникациями, которые могут понадобиться для обеспечения снабжения.
Заправка корабля топливом в море
Концентрация углекислого газа в морской воде приблизительно в 140 раз выше, чем в атмосфере и всего лишь в 3 раза меньше, чем, к примеру, в дыме труб работающей ТЭЦ. При этом 2-3% диоксида углерода представлены в виде угольной кислоты (H2CO3), а остальное – ее эфиры и соли: гидрокарбонаты (96-97%) и карбонаты (1%). Стоит отметить, что в сочетании с H2 углекислый газ представляет собой готовое сырье, которое можно использовать для синтезирования углеводородного топлива.
Однако остаются две наиболее важных проблемы: как из морской воды одновременно выделить необходимые CO2 и H2, и как эффективно синтезировать их в углеводородное топливо, которое было бы пригодно для использования. Специалисты NRL говорят о том, что им удалось решить оба вопроса, но конкретных деталей они пока что не раскрывают. Сообщается, что новая технология получила обозначение GTL.
«Сердцем» установки, которая была продемонстрирована 7 апреля, является специальный модуль E-CEM – модуль электролитического катионного обмена, который, по словам разработчиков, в состоянии выделять из морской воды CO2 и H2 с очень высокой эффективностью 92%. Полученные таким образом газы в дальнейшем превращаются в жидкие углеводороды. В обычных условиях это был бы метан (CH4), однако благодаря применению специально подобранных катализаторов (авторы держат химическую формулу в секрете) на выходе удается получить сравнительное длинные алкены (этиленовые углеводороды) в 60% случаев.
Модуль электролитического катионного обмена
Такие углеводороды уже можно применять в современной химической промышленности, а также в некоторых видах топлива. В дальнейшем с помощью контролируемой полимеризации они преобразуются в длинные цепочки, которые содержат уже от 9 до 16 атомов углерода. Такие показатели близки к топливу, которое сегодня применяется в ДВС – двигателях внутреннего сгорания. К примеру, бензин содержит фракции углеводов в диапазоне C5-C12, керосин – C9-C17, дизельное топливо – C8-C24.
До недавних пор подобные технологии можно было наблюдать лишь в лабораториях, которые занимались выпуском считанных миллилитров топлива. Однако американским ученым из NRL удалось впервые масштабировать данную технологию, более того они говорят о том, что ее можно будет использовать на флоте практически в промышленных масштабах.
То, что полученное таким путем топливо действительно может заставить двигатели работать, было продемонстрировано на небольшом радиоуправляемом самолете-демонстраторе. Радиоуправляемая модель американского истребителя времен Второй мировой войны P-51 Mustang была заправлен топливом, полученным из морской воды. Радиоуправляемая модель, оснащенная небольшим ДВС, наглядно продемонстрировала потенциал технологии получения углекислого газа и водорода из морской воды с последующим их превращением в топливо. Особо подчеркивается, что никаких изменений в небольшой двухтактный мотор радиоуправляемого самолета разработчики не вносили. С экспериментальным топливом игрушечный самолет летал ничуть не хуже, чем с обычным. По словам, авторов проекта, на настоящих кораблях и самолетах также не понадобится никаких переделок двигателей внутреннего сгорания.
По оценкам ученых, себестоимость топлива, полученного из морской воды, составит всего от 8 до 16 центов за литр. Однако на данный момент главной проблемой всего проекта остается масштабирование: экспериментальная установка, имеющаяся в распоряжении NRL, пока достаточно маломощна, для того чтобы обеспечить снабжением топливом целый корабль. На создание полноценной промышленной установки может уйти не меньше 7 лет, при условии, что проект будет финансироваться в достаточном объеме. К этому сроку разработчики обещают построить полноценный наземный перерабатывающий завод, плавучий вариант установки может появиться на свет значительно позднее.
По словам ученых, работающим над данным проектом, технология GTL может стать коммерчески жизнеспособной примерно через 7-10 лет. Основные работы сейчас ведутся над созданием более мощной установки. В случае если данные работы закончатся успешно, у флота появится реальная возможность обеспечения топливом удаленных кораблей, в частности, авианосцев и морских баз. Авианосцы, которые получат возможность самостоятельно обеспечивать свои корабли сопровождения топливом, смогут существенным образом увеличить боевую устойчивость и автономность АУГ – авианосных ударных групп. В настоящее время в составе ВМС США насчитывается 11 АУГ, находящихся на боевом дежурстве. 10 имеют портами приписки базы ВМС на территории США, одна – базу на территории Японии (Йокосука).
Стоит отметить, что в этом вопросе пока не все так безоблачно, хотя и наметился прогресс. Процесс выработки топлива из углекислого газа и водорода, получаемых из морской воды, сам по себе достаточно энергозатратен. Для того чтобы заниматься выработкой топлива на борту боевого корабля, необходима свободная энергия. Даже в том случае, когда судно не нуждается в собственном ресурсе углеводородного топлива (как с атомными авианосцами), ему потребуется повышенное количество энергии от других источников, которая и будет тратиться на производство топлива из морской воды. А это снова возвращает нас к тому, с чего мы начинали – к проблеме дозаправки, хотя и несколько в другом аспекте.
Источники информации:
http://rnd.cnews.ru/army/news/top/index_science.shtml?2014/04/08/567300
http://rusplt.ru/world/dvigatel-na-morskoy-vode-9193.html
http://www.popmech.ru/article/11803-korabl-na-vode
Информация