Бескислородное горение
Изображение от benzoix на Freepik
При сжигании углеводородов разрываются связи атомов водорода с другими атомами, в результате чего выделяется энергия. А поскольку атом водорода (состоящий из протона и электрона) имеет малую массу, удельное энерговыделение получается весьма высоким.
Проблема углеводородного топлива в том, что при его сжигании кроме водяного пара образуются CO2, CO, SO2, NOx и другие газы, связывающие различные вещества, которые присутствуют в топливе и в воздухе. Конечно, можно сжигать чистый водород в чистом кислороде, как это делается в современных космических ракетах (в ходе реакции выделяются только водяной пар и теплота), но это слишком дорого.
Чистый водород привлекателен тем, что его можно направить в топливный элемент с протонообменной мембраной, чтобы получить электрический ток без промежуточных энергетических преобразований. Но существует гораздо более выигрышный способ извлечения энергии из водорода. Для пояснения обратимся к работам американского физика Рэнделла Миллса.
Космическая родословная
В середине 1980-х Миллс учился в Гарвардском университете и Массачусетском технологическом институте, где участвовал в исследованиях по рейгановской программе «звёздных войн». Американские учёные тогда пытались создать лазер на свободных электронах, чтобы в безвоздушном пространстве получить мощное излучение для поражения баллистических ракет.
Миллс понимал, что электрон как одна из фундаментальных частиц может существовать в трёх совершенно разных состояниях. Первое из них - свободное, например, в составе электронного пучка. Второе - связанное, в нём электрон образует оболочки вокруг ядер в атомах или молекулах. Третье состояние наблюдается на поверхностях металлов. Миллс разработал математический аппарат, описывающий свойства электронов во всех трёх состояниях.
В начале 1990-х, погрузившись в существовавшие тогда теории, Миллс обнаружил, что положение с моделями атома водорода - простейшего химического элемента - является просто удручающим. В них вскрылись удивительные пробелы и, в случае квантовой механики, - откровенные математические трюки, необходимые для нормализации формул, то есть для устранения бесконечных величин. В определённый момент Миллс пришёл к выводу, что есть более простой и изящный способ описать поведение электронов и фотонов в их квантовых проявлениях.
Попробуем объяснить идею на пальцах. Спектр поглощения электромагнитной энергии веществом объясняется тем, что электронная оболочка вокруг атомного ядра представляет собой сферический резонатор, настроенный на определённую длину волны. Но как только электрон получит энергию, он перейдёт на другой орбитальный уровень, отчего резонансная частота изменится, а потому поглощение энергии прекратится. Аналогичные процессы происходят при излучении фотонов. Вот они - механизмы квантования с очевидным физическим смыслом, не требующие туманных постулатов квантовой физики! Расчёты Миллса по спектральным характеристикам первых двадцати элементов таблицы Менделеева точно совпали с результатами спектральных измерений, подтвердив правильность теории.
Так появилась на свет новая физика, подробно изложенная в трёхтомнике «Большая общая теория классической физики» (Grand Unified Theory of Classical Physics - GUT-CP). Для его загрузки в PDF-формате щёлкните здесь.
Четыре в одном
До Миллса широко обсуждаемая единая теория поля предполагала существование четырёх фундаментальных видов взаимодействия: электромагнитного, гравитационного, сильного и слабого. Миллс отбросил два последних, включив в теорию сохранённые электрическую и магнитную энергии, а также учтя высвобождение кинетической энергии и изменения глюонных полей при этих физических процессах.
Модели частиц у Миллса чисто электромагнитные (см. нашу статью о модели свободного электрона), притом подчиняющиеся закономерностям теории относительности. Поскольку последняя требует, чтобы ускорение тела сопровождалось увеличением его массы (эйнштейновская формула E=mc2), то сила сопротивления ускорению тела (инерция) должна быть пропорциональна прибавке энергии в системе. Иначе говоря, гравитационные взаимодействия тоже привязываются к электромагнитным.
Миллс показал, что в основе единой теории поля, которую в двадцатом веке упорно пытались разработать физики, лежат уравнения Максвелла, известные уже полтора столетия.
Таким образом автор GUT-CP ухитрился избавиться от математических головоломок Шрёдингера, Дирака и Фейнмана, выразив квантовые эффекты через уравнения электродинамики и заложив основу новой физики, которая единообразно применима к явлениям самых разных масштабов - от микрочастиц до космоса. За подробностями отошлём читателя к интервью Миллса.
История науки полна примеров, когда новую теорию объявляют маргинальной, бичуют и высмеивают - до тех пор, пока становится невозможным игнорировать заложенные в неё здравые идеи. Тот факт, что научное сообщество пока не принимает стройные и хорошо подтверждающиеся практикой труды Миллса, говорит об опасениях учёных потерять почву под ногами, лишившись догм современной физики.
Миллс проработал и вложил в программное обеспечение методики, по которым определяются параметры сложных молекул: углы между направлениями валентных связей, их длины и энергии. Полученные расчётным путём формы молекул хорошо согласуются с экспериментально наблюдаемыми. Во втором томе GUT-CP приведено множество примеров.
Водород, отдай энергию!
В приложении к энергетике теория GUT-CP имеет значение, которое невозможно переоценить. Созданные Миллсом модели атома и свободного электрона привели учёного к открытию, что должны существовать необычные состояния водорода, до сих пор не обнаруженные современной физикой и химией (несмотря на множество странных свидетельств), в которых электронная оболочка находится ближе к ядру, чем допускает общепринятая теория.
Предсказав необычные состояния водорода и назвав их «гидрино», Миллс потратил несколько десятилетий, чтобы сначала получить такой водород, а затем подробно изучить его свойства. Миллс осознавал, что при переводе в новое состояние водород может давать полезную энергию.
В процессе превращения H2 в гидрино H2(1/4) или другого вида выделяются тепло и экстремальное ультрафиолетовое излучение. Количество энергии многократно превышает то, что высвобождается при сжигании водорода. И хотя по энерговыделению эта химическая реакция не дотягивает до ядерного синтеза, она не требует сложнейшего и крайне дорогостоящего оборудования. Ведь не секрет, что разрабатываемые сегодня токамаки, стеллараторы и лазерные установки для зажигания термоядерной реакции уже съели десятки миллиардов долларов, и неизвестно, сколько ещё потребуют.
Молекула гидрино состоит из двух атомов и имеет даже меньший размер, чем молекула гелия, используемого для наполнения воздушных шаров. Не удивительно, что гидринный газ, как и гелий, поднимается вверх через атмосферу и уходит в космос.
Солнечные ячейки
«Энерговектор» уже рассказывал о малых тепло- и электрогенерирующих установках SunCell («Солнечные ячейки») компании Brilliant Light Power. Первые предназначены для генерации пара, нагрева воды и других теплоносителей. Тепловые генераторы SunCell мощностью 100-200 кВт уже прошли испытания и готовятся к производству.
с окном для наблюдения за процессом кипения
(фото: Brilliant Light Power)
Электрические генераторы SunCell ещё не готовы из-за задержек с поставкой фотоэлементов, способных выдерживать освещённость, в тысячу раз превышающую солнечную. В принципе можно, не дожидаясь выпуска таких фотоэлементов, идти старым проторённым путём - соединить парогенератор и турбоагрегат. КПД снизится, стоимость оборудования и затраты на его обслуживание вырастут, но овчинка всё равно стоит выделки: при преобразовании водорода в гидрино выделяется в сто - двести (в зависимости от вида получаемого гидрино) раз больше энергии, чем при сжигании того же количества водорода. На вход агрегата будет подаваться водород или вода, а в трубу - выбрасываться инертное гидрино.
Все наши статьи о гидрино и энергетике на его основе удобно собраны в одном месте здесь.
Читайте другие наши материалы
