.. |
|
|
Электрический велосипед Pedego ездит на воде с порошком
Химические соединения металлов и некоторых неметаллов с кремнием называют силицидами, которые образуются при высоких температурах. Силициды разделяются на три основные группы: -металлоподобные. Образуются переходными металлами. -ковалентные – азотом, серой, бором, фосфором, углеродом, кислородом. -ионно-ковалентные образуются щелочноземельными и щелочными (кроме калия и натрия) металлами.
Здесь показана ключевая реакция в картридже от SiGNa Chemistry. Внизу слева: массовый процент H2 (вертикальная шкала) по отношению к весу исходного порошка в зависимости от температуры смеси в градусах Цельсия (горизонтальная шкала). Справа: темп генерации водорода после включения системы (горизонтальная шкала в секундах).
Чёрные линии показывают параметры для силицида натрия, синие – для альтернативного состава натрий-силикагель, с которым также экспериментировала компания (иллюстрации SiGNa Chemistry).
5 октября 2010 года, в Нью-Йорке, в рамках Interbike International Trade Expo, компанией SiGNa Chemistry Inc. был устроен показательный заезд, для демонстрации высоко-эффективного водородного двигателя. Это инновационное устройство производит водородный газ мгновенно и затем преобразовывает водород в электричество, используя дешевый топливный элемент. Двигатель развивает мощность до 200W. Излишняя энергия сохраняется в литиевой батарее для использования в условиях энергоемких ускорений или взбирания на холм. Уникальное преимущество — высокая степень безопасности, что было продемонстрировано в течение непрерывной трехдневной эксплуатации на Interbike EXPO. Водород производится при низком давлении (50 %, давления банки с содой), а единственная эмиссия — водный пар. Электро-велосипед на топливном элементе SiGNa преодолевает 60 миль (96,56 км) на одной зарядке. Самое впечатляющее то, что для этого нужна обычная вода.
Сам велосипед лишь витрина для технологии топливного элемента, структура которого напоминает объемную матрицу, ячейки которой используют порошковый силицид натрия. Добавив воды, Вы немедленно получите водородный газ. Этот водород используется для производства электричества. Поскольку водород не накапливается, ячейки безопасны, а излишнее электричество сохраняется в батареях для дополнительного усиления, когда Вы движитесь на подъем или ускоряетесь. Быстро-сменные картриджи полностью пригодны для вторичной переработки.
Опытный образец велосипеда с генератором от SiGNa Chemistry (чёрный ящик сзади). Белая коробочка ниже – буферная литиевая батарея (фото с сайта wired.com).
По информации ICIS Green Chemicals, компания SiGNa построила и испытала первый образец комбинированного генератора под названием H300 (на снимке) ещё год назад.
Система была создана в кооперации с американской компанией Trulite. Она отвечала за топливный элемент, который утилизирует водород, вырабатываемый по технологии SiGNa. Среди возможных областей применения уже тогда назывались электровелосипеды, что и было продемонстрировано нынешней осенью (фото с сайта icis.com). http://www.trulitetech.com/
Главное преимущество (кроме аспекта безопасности) состоит в том, что есть возможность быстро заменить один картридж на другой, когда Вы торопитесь, вместо того чтобы ждать перезарядки (вес составляет около 1.5 фунта (680 грамм) — меньше чем большинство батарей. Вы также получаете большую дистанцию пробега: велосипед на аккумуляторах, как правило, может проехать 20-30 миль (32-48 км) на одной зарядке. Данные изделия могут быть разработаны для производства энергии в диапазоне от 1 Вт до 1 КВт. , тем не менее, их будущее связано не столько с велосипедами, сколько с большими транспортными средствами. SiGNa объявила о приеме предварительных заказов на топливные элементы. Предполагается, что велосипеды будут доступны следующим летом.
Для велосипедиста преимущества очевидны: водородный байк утраивает длину пробега на одной зарядке, в сравнении с обычным электро-велосипедом, при минимальном дополнительном весе. У существующих электро-велосипедов пробег на одной зарядке батареи (без использования педалей) составляет 20 (реже 30 км); SiGNa увеличила дистанцию до 60 миль (96,56 км). В водородных картриджах на 1 кг веса вырабатывается более чем 1 000 Вт/ч по сравнению с продвинутыми литий-ионными аккумуляторами приблизительно в 65 Вт/ч на килограмм.
Двигатель использует безопасные реактивные металлические порошки, чтобы произвести электроэнергию. «Продемонстрировав водородную технологию на электро-велосипеде, мы показали беспрецедентное решение для выработки энергии без выбросов парниковых газов», — говорит Михаэль Лефенфельд SEO и Президент SiGNa. «Устройство было продемонстрировано на электрическом велосипеде Pedego®, но оно совместимо с большинством моделей электрических велосипедов.»
Силицид натрия, благодаря которому портативный двигатель стал возможным — безопасный, устойчивый к окислению реактивный металлический порошок, создающий водородный газ при соприкосновении с водой. Годится любая вода, включая пригодную для питья воду, загрязненную воду, морскую воду, или даже мочу. Как только топливный картридж исчерпан,его можно отправлять в переработку — после окончания цикла эксплуатации остается экологически безопасный побочный продукт — силикат натрия.
Водородный велосипед является еще одной вехой в давнем споре между противниками и сторонниками водородной энергетики. А начался он в 80-е годы ХХ века, когда выяснилось, что запасы нефти и газа не бесконечны, а выхлопы двигателей внутреннего сгорания и тепловых электростанций сильно загрязняют окружающую среду. Главным козырем противников водородных двигателей было то, что известные способы получения водорода были очень энергоемки: для производства 1тонны водорода, нужно сжечь десятки тонн нефти, что опять же загрязняет окружающую среду и не отменяет нефтезависимость. Новое устройство — весомый аргумент в этом споре: единственный недостаток, о котором пока упоминается — практически абсолютная бесшумность двигателя, мол, транспортное средство передвигающееся практически бесшумно потенциально опасно для пешеходов.
Коллективное сознание постепенно выбирается из нефте-газового угара. Каждый день приносит новые вести об альтернативных источниках энергии. К более-менее привычным фермам солнечных батарей и ветряков добавляются хитроумные конструкции на базе нано-технологий, человечество 6е бросает попыток приручить атом, все громче заявляет о себе микроэнергетика. Куда все это ведет? По-видимому, в не столь уж отдаленное будущее, где для общения друг с другом на расстоянии, равно как и для перемещения в пространстве, люди не будут использовать сколь-нибудь заметных устройств, не говоря уж о такой ерунде, как старомодное поддержание комфортного температурного режима при помощи шкур убитых животных.
Кристаллический кремний является веществом химически довольно инертным, тогда как аморфный значительно более реакционноспособен. Он хорошо растворим во многих расплавленных металлах, причем в одних случаях (Zu, AI, Su, Рb, Au, Ag) с ними химически не взаимодействует, а в других (Mg, Са, Сu, Fе, Pt, Bi) образует соединения, например, Mg2Si, называемые силицидами. Для них известны простейшие формулы, отвечающие обычным валентностям образующих их металлов и кремния, например, Mn2Si, MnSi, Сг2Siз, но в некоторых случаях валентные отношения не очень ясны, например, Сг3Si, MnSi2. Как правило, почти все силициды устойчивы по отношению к воде и кислотам, за исключением силицидов некоторых активных металлов (в частности, лития, кальция). Так, силицид Li бурно реагирует с водой, выделяя смесь водорода, моно- и дикремневодородов. Расплавленные едкие щелочи активно взаимодействуют с силицидами, образуя силикаты. Разбавленные щелочи реагируют с си-лицидами медленнее, но силициды с большим содержанием кремния щелочами разлагаются довольно легко.
При нагревании до 500-600 С силициды щелочных металлов (кроме силицида натрия), теряют часть металла, переходя в полисилициды - KSi6, CsSi8 с образованием сложных структурных группировок из атомов кремния. Силициды - кристаллические вещества, обладающие металлическим блеском и значительной хрупкостью. Важнейшие промышленные способы получения силицидов основаны на использовании восстановительных свойств элементарного кремния. Известны следующие методы получения силицидов:
• сплавление Me + Si --» MeSi; • спекание или горячее прессование 2МеН + Si --» 2МеSi + Н2; • взаимодействие оксидов металлов с Si, SiC, Si02, с силикатами в присутствии углерода (восстановление) 2МеО + 3Si --» 2МеSi + Si02 MeО + SiC --» МеSi + СО МеО + Si02 + 3C --» МеSi + 3СО МеО + (силикат + C) --» МеSi + СО; • алюмо-или магнийтермический метод Ме + A1(Mg) + Si02 + S --» МеSi + шлак (шлак, содержащий Аl, Mg,S); • осаждение из газовой фазы Ме + SiCl4 + 2H2 --» MeSi + 4НСl.
Благодаря своим ценным физико-химическим свойствам силициды широко применяются в технике. Так, сплавы системы медь-кремний применяются как кремнистые бронзы, Mg2Si обладает высоким электросопротивлением, входит в состав дюралюминия. Силицид кальция используется в качестве сильного восстановителя для предупреждения окисления легирующих примесей при плавке стали, для очистки стали от серы и фосфора. Как уже отмечалось, кремний с алюминием не образует силицид, но их сплав используется как конструкционный материал (силумин). Высокая химическая стойкость MoSi2 обусловливает его применение для аппаратуры в химической промышленности, а ферросилиций используется в производстве сварочных материалов, для получения кислотоупорных изделий. Также соединения с его участием применяются для защиты металла.
