Водно-топливные эмульсии
Содержание: Здравствуйте,
уважаемые ученые! Меня интересует Ваше
отношение к водно-топливной эмульсии
как к топливо для двигателей внутреннего
сгорания. Решил обратится к Вам в связи
с тем что в инете нашел статью Ю.И.Краснова
к.т.н. о способе получения устойчивого
горючего на основе водно-углеродных
соеденений, прочитал его про сказочные
4 месяца стабильности эмульсии и
повышенную теплоту сгорания, и решил
спросить неужели все так хорошо на самом
деле. У нас стабильности нет, температура
сгорания ни сколько не выше, может мы
что то не правильно делаем? Скажу честно
эмульсия получилась и она даже горит
(в котле) но экологические показатели
отработанных газов просто отвратительные.
Помогите понять природу Ваших успехов.
Буду очень признателен. Денис, Екатеринбург
Здравствуйте,
уважаемый Денис!
Говоря
о Ю.И. Краснове следует выделить два
аспекта его творческой деятельности:
Получение структурированной
воды (так называемой С-воды), обладающей
чудодейственными свойствами;
Попытки создания устойчивых
топливных смесей на основе горючего
топлива и воды.
Начнём с воды.
Если говорить с научной
точки зрения сам термин “структурированная
вода”, т.е. вода с
регулярной структурой был введён
относительно давно и связан с кластерной
моделью строения воды.
Известно, что молекулы воды
имеют очень простую химическую/физическую
структуру - стороны угла двух атомов
водорода находятся по отношению к атому
кислорода под углом 104,7°.
Молекула воды представляет собой
маленький диполь, содержащий
положительный и отрицательный заряды
на полюсах. Именно такая структура и
определяет полярность молекулы воды. Если соединить прямыми линиями эпицентры
положительных и отрицательных зарядов
получится объемная геометрическая
фигура - правильный тетраэдр.
Рис.
Структура молекулы воды: а) угловая; б)
шаровая; в) тетраэдрическая
Благодаря наличию водородных
связей каждая молекула воды образует
водородную связь с 4-мя соседними
молекулами, образуя ажурный сетчатый
каркас в молекуле льда. Однако, в жидком
состоянии вода – неупорядоченная
жидкость; эти водородные связи -
спонтанные, короткоживущие, быстро
рвутся и образуются вновь. Всё это
приводит к неоднородности в структуре
воды.
Рис.
В кристалле льда (внизу) каждая молекула
воды образует водородную связь с 4-мя
соседними молекулами, образуя ажурный
сетчатый каркас (вверху)
То, что вода неоднородна по
своему составу, было установлено давно.
С давних пор известно, что лёд плавает
на поверхности воды, то есть плотность
кристаллического льда меньше, чем
плотность жидкости. Почти у всех остальных
веществ кристалл плотнее жидкой фазы.
К тому же и после плавления при повышении
температуры плотность воды продолжает
увеличиваться и достигает максимума
при 4°C. Менее известна аномалия сжимаемости
воды: при нагреве от точки плавления
вплоть до 40°C она уменьшается, а потом
увеличивается. Теплоёмкость воды тоже
зависит от температуры немонотонно.
Кроме того, при температуре ниже 30°C
с увеличением давления от атмосферного
до 0,2 ГПа вязкость воды уменьшается,
а коэффициент самодиффузии - параметр,
который определяет скорость перемещения
молекул воды относительно друг друга
растёт. Для других жидкостей зависимость
обратная, и почти нигде не бывает,
чтобы какой-то важный параметр вёл себя
не монотонно, т.е. сначала рос, а после
прохождения критического значения
температуры или давления уменьшался.
Возникло предположение, что на самом
деле вода — это не единая жидкость,
а смесь компонентов-ассоциатов,
которые различаются свойствами, например
плотностью и вязкостью, а следовательно,
и структурой. Такие идеи стали
возникать в конце XIX века, когда
накопилось много данных об аномалиях
воды.
Первым идею о том, что вода
состоит из двух компонентов, высказал
Уайтинг в 1884 году. Его авторство
цитирует Э.Ф. Фрицман в монографии
“Природа воды. Тяжёлая вода”, изданной
в 1935 году. В 1891 году В. Ренгтен
ввёл представление о двух состояниях
воды, которые различаются плотностью.
После неё появилось множество работ,
в которых воду рассматривали как
смесь ассоциатов разного состава
(“гидролей”).
Сейчас существует большое
количество различных теорий и моделей,
объясняющих структуру и свойства воды.
Общим у них является представление о
водородных связях как основном факторе,
определяющем образование структурированных
ассоциатов. Вода – это кооперативная
система, в ней существуют цепные
образования водородных связей. При этом
всякое воздействие на воду распространяется
эстафетным путем на тысячи межатомных
расстояний.
Рис.
Современная клатратно-фрактальная
модель воды. На рисунке представлены
как отдельные кластерно-ассоциативные
структуры молекул воды, так и отдельные
молекулы воды, не связанные водородными
связями.
Сейчас наукой доказано, что
особенности физических свойств воды и
многочисленные короткоживущие водородные
связи между соседними атомами водорода
и кислорода в молекуле воды создают
благоприятные возможности для образования
особых структур-ассоциатов (кластеров),
воспринимающих, хранящих и передающих
самую различную информацию. Структурной единицей такой
воды является кластер,
состоящий из отдельных молекул воды,
природа которых обусловлена дальними
кулоновскими силами. В структуре
кластеров закодирована информация о
взаимодействиях, имевших место с данными
молекулами воды. В водных кластерах за
счёт взаимодействия между ковалентными
и водородными связями между атомами
кислорода и атомами водорода может
происходить миграция протона (Н ) по
эстафетному механизму, приводящие к
делокализации протона в пределах
кластера.
Рис.
Ассоциация пяти отдельных кластеров в
клатрат (на фото справа - второе сверху).
Вода, состоящая из множества
кластеров различных типов, образует
иерархическую пространственную
жидкокристаллическую структуру, которая
может воспринимать и хранить огромные
объемы информации.
На рисунке в качестве примера
приведены схемы нескольких простейших
кластерных структур. Некоторые исследователи
считают, что вода отличается от других
жидкостей тем, что она представляет
собой двухфазную систему - кристаллическую
жидкость с интенсивными процессами
кристаллообразования, сильными
межмолекулярными связями (водородными
мостиками) с образованием агломератов
из сотен молекул и бесконечным количеством
возможных форм жидкокристаллической
фазы в воде, что носит название сложной
решетчатой структуры. Такая решетчатая
система имеет очень много различных
колебаний, наподобие антенны, и образует
большое число собственных частот. Такой
частотный спектр является физической
копией геометрической структуры воды
и претерпевает характерные изменения
во время некоторых жизненных процессов.
Вода
структурируется, т.е. приобретает особую
регулярную структуру при воздействии
многих структурирующих факторов,
например, при замораживании-оттаивании
воды (считается, что в такой воде
сохраняются “ледяные” кластеры),
воздействии постоянного магнитного
или электромагнитного поля, при
поляризации молекул воды и др. К
числу факторов, приводящих к изменению
структуры и свойств воды, относятся
различные излучения и поля (электрические,
магнитные, гравитационные и, возможно,
ряд других, еще не известных, в частности,
связанных с биоэнергетическим воздействием
человека), механические воздействия
(перемешивание разной интенсивности,
встряхивание, течение в различных
режимах и т.д.), а также их всевозможные
сочетания. Такая
структурированная вода становится
активной и несёт новые свойства.
Рис.
Более сложные ассоциаты кластеров (рисунок ниже)
Эксперименты показали,
что употребление внутрь структурированной
воды повышает проницаемость биологических
мембран тканевых клеток, снижает
количество холестерина в крови и печени,
регулирует артериальное давление,
повышает обмен веществ, способствует
выделению мелких камней из почек.
Не менее успешно
структурированную воду используют и в
сельском хозяйстве. Например, пятичасовое
замачивание семян свеклы в магнитной
воде заметно повышает урожай; полив
магнитной водой стимулирует рост и
урожайность сои, подсолнечника, кукурузы,
помидоров. В некоторых странах магнитная
вода служит и медицине: она помогает
удалять почечные камни, оказывает
бактерицидное действие, а бетон,
замешанный на омагниченной воде, обретает
повышенную прочность и морозоустойчивость.
Таким образом, эффекты структурированной
воды очень многочисленны и их природу
и область применения еще только начинают
изучать. Проникновение в суть этого
явления откроет не только практические
возможности, но и новые свойства
структурированной воды.
Однако "память" у
омагниченной структурированной воды
не очень долгая, а вернее очень короткая.
Считается, что она помнит воздействие
поля менее суток, хотя этот придел сильно
завышен. Эксперименты показали, что
области с разным строением - кластеры
возникают в воде спонтанно и спонтанно
мгновенно распадаются. Вся структура
воды живёт и постоянно меняется, причём
время, за которое происходят эти
изменения, очень маленькое. Исследователи
следили за перемещениями молекул воды
и выяснили, что они совершают нерегулярные
колебания с частотой около 0,5 пс и
амплитудой 1 ангстрем. Наблюдались также
и редкие медленные скачки на ангстремы,
которые длятся пикосекунды. В общем, за
30 пс молекула может сместиться на 8-10
ангстрем. Время жизни локального
кластерного окружения тоже невелико.
Области, составленные из кластеров
могут распасться за 0,5 пс, а могут жить
и несколько пикосекунд. А вот распределение
времён жизни водородных связей очень
велико. Но это время не превышает 40 пс,
а среднее значение — несколько пс.
Относительно так называемой
структурированной С-воды Краснова,
полученной в результате трения слоёв
жидкости, вращающихся по спирали под
большим давлением и скоростью, я знаю
только то, что исследованием спирального
движения жидкости (vortex)
серьёзно занимаются некоторые НИИ и
научные центры, как и не прекращаются
попытки создания устойчивых топливных
смесей на основе двух и более компонентов
за счёт столкновения встречных потоков
жидкости с высокой кинетической и других
энергией.
По данным Ю. И. Краснова
семена пшеницы “Воронежская 10”
опрысканные им С-водой в концентрации
1:2000 (расход 50 л на 1 т) показали хороший
рост и сокращение вегетационного
периода.
Томаты, выращенные на С-воде,
благополучно перенесли кратковременное
похолодание и дали хороший урожай.
Ю. И. Краснов также испытывал
С-воду и на капусте, и на огурцах, и на
баклажанах и везде с его слов результаты
были удивительными – даже вредители
не ели урожай, полученный на С-воде.
С практической точки зрения,
если С-вода действительно “творит”
такие чудеса на сельскохозяйственных
полях страны, как сообщается автором,
то это большой шаг вперёд для отечественного
сельского хозяйства, поскольку даёт
возможность снизить себестоимость
продукции и получить высокий, экологически
чистый урожай за счет полного исключения
удобрений и ядохимикатов, что весьма
сомнительно. Хотя опять таки неизвестно,
насколько эта С-вода эффективнее скажем
воды, полученной за счёт магнитной
активации?
Следует
также подчеркнуть, что сама теория
структурированной воды имеет много
подводных камней. Последний
факт свидетельствует лишь о том, что
модель структурированной воды – лишь
одна из наиболее лучших моделей,
описывающих поведение и
структурно-функциональнве свойства
воды, но пока не идеальная. Вода
является очень сложной и во многих
отношениях малоизученным веществом.
Это объясняется их динамичной структурой,
образованной цепями слабых водородных
связей, а также легко образующимися,
распадающимися и переходящими друг в
друга ассоциатами молекул и подверженной
воздействию многочисленных факторов,
до недавних пор вообще не рассматриваемых
традиционной наукой.
Теперь про горючие топливные
смеси на основе воды. Здесь также не всё
так гладко и понятно, как и со
структурированной водой. Оказывается,
что вода может гореть при определенных
условиях, если в неё добавить горючие
углеводороды. При сгорании килограмма
воды образуется та же вода, только в
другом состоянии – в парообразном,
которая, поднимаясь в верхние слои
атмосферы, благодаря гравитационному
полю Земли и естественным процессам
кругооборота воды, возвращается к нам
в чистом виде. Действительно, вода,
сгорая с высокой температурой, дает
пары воды, которые теоретически могут
крутить двигатели, лопатки турбины и
т.д. и т.п. Хотя на практике осуществить
этот процесс не так уж и легко.
Попытки создания устойчивых
топливных смесей на основе двух и более
компонентов проводились в нашей стране
и за рубежом.
Основная идея при получении
устойчивых топливных смесей - максимальное
диспергирование компонентов с последующим
интенсивным перемешиванием, а также
введение различных стабилизирущих
добавок, с тем, чтобы получить максимально
устойчивую и однородную реакционную
среду.
При этом базовым компонентом
среды являются горючие углеводороды,
дополнительным - вода, как наиболее
высокоэнергетическое и доступное
вещество, а добавление различных
стабилизирующих примесей способствует
увеличению адгезии.
С середины 90-х годов в
отечественной и зарубежной прессе
периодически появлялись публикации о
создании аналогичных смесей. Однако
достоверных данных о практическом
применении компонентного топлива нет.
В 1999 году в США компания А-545 (д-р Гуннерман)
рекламировала устойчивые в течении
месяца композитные топлива на основе
бензина и воды и даже предлагала
оборудование для производства этого
топлива, однако дальше рекламы дела не
пошло. В СССР коллектив под руководством
проф. Исаева по непроверенным данным
также добился получения квазиустойчивых
смесей с сохранением свойств до 3-х
месяцев. Однако данные о практическом
использовании этих смесей отсутствуют.
Также имеется информация о создании
смесей, использующих в качестве
стабилизаторов различные кремнийорганические
соединения, однако и здесь достоверных
данных о практическом использовании
этих смесей нет, поскольку эти смеси
также не особенно устойчивы.
Краснов и др. предлагают
решать проблемы стабильности таких
смесей на макромолекулярном уровне,
меняя структуру самой среды такими
методами как, например, кавитация за
счёт столкновения встречных потоков
жидкости с высокой кинетической энергией.
Кавитация представляет
собой образование пузырьков газа в
жидкой среде при турбуленции или в
условиях гидродинамического удара.
Различают три фазы развития процесса
кавитации:
образование пузырьков
газа;
рост до определенного
размера с возможным делением, как
правило, на два пузырьковых образования;
схлопывание, т. е.
исчезновение пузырьков.
В процессе схлопывания
(взрыв, направленный в центр пузырька)
происходит выделение энергии, величина,
которой зависит от свойств жидкости,
радиуса пузырька и внешних условий. При
этом величина энергии, выделенной при
схлопывании пузырька в виде ударной
волны обратно пропорциональна по одним
данным третьей или по другим данным
шестой степени его радиуса и составляет
величину порядка порядка 2-5 х 107
атмосфер.
Энергия схлопывания при
кавитации в основном поглощается
окружающей средой и в случае единичных
актов к существенным изменениям свойств
среды не приводит. Однако картина может
существенно измениться, если количество
пузырьков возрастает до такой величины,
что процесс их образования, времени
жизни и схлопывания может привести к
кардинальным изменениям свойств
жидкости, вплоть до изменения её
химического состава и даже якобы к
образованию медленных нейтронов и
радиоактивного излучения.
В основе решения Краснова
лежат нелинейные взаимодействия вихревых
структур, в том числе регулируемые
резонансные взаимодействия. Установка
состоит из насоса, преобразователя
энергии и теплообменника для снятия
избыточного теплового выделения в
рабочем теле. Циркулирующая в контуре
жидкость (рабочее тело) многократно
проходит через преобразователь, в
результате чего изменяется её структура
и химический состав. Время экспозиции
в контуре, в зависимости от поставленной
задачи, составляет от нескольких до
десятка минут.
При необходимости изменения
состава рабочего тела - разделения
сложных жидких органических смесей или
водных растворов (например, тяжелый
мазут, морская вода и т.д.), рабочее тело
через сливное устройство поступает в
отстойник, где и происходит второй этап
разделения. В отстойнике любые посторонние
включения в основную среду выпадают в
осадок, либо концентрируются в
поверхностном слое, но в измененном
виде. Окончательное разделение происходит
механическим путем или с использованием
обычных фильтров.
В июле 2001 года на
экспериментальной установке Краснова
производительностью 0,2 м3/час
проведена серия испытаний
с различным соотношением компонентов.
Во времени (30 месяцев)
расслоения якобы не произошло. Методом
лазерной спектроскопии установлено,
что исходная смесь, состоящая на 30% из
водопроводной воды и 70% стандартного
дизельного топлива, являлась раствором,
отличающимся по физико-химическим
параметрам от исходных компонентов.
Теплота сгорания превышает аналогичную
величину исходного дизельного топлива
на 12-15%. При этом концентрация
продуктов сгорания уменьшалась в 2-8
раз, энергозатраты не превышали
1500 ватт/час на 1 м3
раствора.
В сентябре 2001 года на
созданной лабораторной установке были
получены 20 литров горючего вещества
состоявшего из 50% водопроводной воды и
50% мазута М-100. Полученный раствор по
данным Краснова был устойчив в течение
20 месяцев, после чего в контрольной
емкости наблюдалось увеличение плотности,
и вязкости в нижней части емкости. При
этом теплотворная способность в пределах
погрешности измерений по сравнению с
исходным мазутом существенно не
изменилась. А состав продуктов сгорания
изменился в сторону снижения концентрации
по сере в 5 раз.
По данным Краснова получены
следующие усредненные характеристики
композитного топлива
(вода - солярка).
Процент воды
25
|
Плотность смеси гр./см.
куб. 0.816
|
Температура замерзания
градус Цельсия
-32
|
Теплота сгорания
дж./гр
41.3
|
50
|
0.820
|
- 34
|
44.1
|
75
|
0.829
|
-36
|
44.9
|
Для сравнения, теплота
сгорания газа пропан - 46.0 дж./гр.,
стандартного дизельного топлива 43.0
дж./гр. При этом стоимость работ
(энергозатраты без стоимости воды) для
получения одного куб. м. композитного
топлива оценивается приблизительно 40
руб. При сгорании
композитного топлива содержание СО и
СО2
в 8-12 раз меньше, чем в
исходном дизельном топливе.
В 2005 г. Краснов заявил о
получении композитного топливо вода -
растительные масла (плюс специальные
примеси) с содержанием растительного
масла три и менее процента. Данное
композитное топливо может оказаться
наиболее перспективным с точки зрения
стратегического подхода к проблеме
энергоснабжения.
Сам Краснов считает, что на
основе воды и углеводородов (от сырых
нефтепродуктов до растительных масел
с содержанием воды от 10 до 98 %) им получено
новое вещество, не
имеющее мирового аналога. Имеющиеся
образцы топлива якобы простояли
в лабораторных условиях более 3-х лет,
но не изменили физико-химических свойств,
и по-прежнему являются высоко эффективным
топливом. При этом эксплутационные
свойства полученного
вещества превосходят практически любые
известные виды топлив.
Применение подобного топлива существенно
снижает потребление нефтепродуктов и
улучшения экологии Земли.
При этом для производства альтернативного
топлива требуется от 90.0 – 99.5% обыкновенной
воды и от 10.0 - 0.5% любого горючего вещества
(растительные масла, спирт, мазут,
дизельное топливо и т.п.).
Вроде проблема энергетики
решена. Однако возникает множество
вопросов. И первый вопрос – это
устойчивость аналогичных горючих смесей
на водной основе. Второй – их эффективность.
С уважением,
К.х.н. О.В. Мосин
|