Phedotikov / 1 / FreeEnergy_27.01.08 / Ядерно-Химические / Топливо-кремний
.htmТопливо-кремний О возможности использовании кремния в качестве топлива
Известно, что морской песок SiO2 является соединением кремния с кислородом. Считается, что песок можно разложить при его нагревании до высокой (определённой) температуры, на его составные части по реакции:
SiO2 Si + O2 (1)
нагрев
При нагреве песка до высокой температуры образующиеся продукты реакции также будут иметь высокую температуру, которая и приводит к разложению песка на его составные части – кремний и кислород. При понижении температуры до определённого значения, снова произойдёт сгорание кремния в кислороде с выделением тепла. Для сравнения скажем, что кремний при сгорании в кислороде выделяет около 205 ккал/моль. Метан при сгорании даёт около 210 ккал/моль. Уголь при сгорании даёт около 94.0 ккал/моль. Получается, что кремний как топливо лучше угля и почти равноценен природному газу. Восстановление кремния можно осуществить двумя реакциями:
а). При восстановлении кремния углеродом. (Песок нагревается теплом от окисляющегося углерода, из которого в основном состоит уголь):
Q + C + SiO2 → Si + CO2 ↑ (2)
б). Получение кремния нагреванием (без помощи веществ, способных окисляться в кислороде):
Q + SiO2 → Si + О2↑ (3)
Известно, что можно осуществлять взаимодействие кремния с водяным паром, определённых параметров при наличии катализаторов по реакции:
Si + 2H2O → SiO2 + 2H2↑ + Q (4)
Реакция позволяет получать водород. При реакции выделяется около 205 ккал/моль. Полученный водород можно использовать как топливо по реакции:
2H2 + O2 → 2H2O + Q (5)
Реакция идёт с выделением тепла (около 68.3 ккал/моль).
Водород по реакции (5) получаем за счёт тепла выделяющегося при сгорании кремния в кислороде водяного пара. При реакции (3) тратим 205 ккал/моль (песок разлагается на кремний и кислород). При реакции (4) выделяется около 205 ккал/моль (кремний горит в кислороде). Но разлагать песок для получения кремния при затрате 205 ккал/моль для получения тепла в том же количестве - 205 ккал/моль при сжигании полученного кремния, нет никакой выгоды.
Но так как по реакции (4) за счёт тепла выделяющегося при сгорании кремния в кислороде получаем водород, который при сгорании даёт около 68.3 ккал/моль, то это уже выгодный процесс. Хорошо также то, что для извлечения кремния из песка можно использовать низкокачественный уголь, который в некоторых случаях экономически использовать не целесообразно (из-за низкой калорийности и большого содержания в угле вредных веществ, как сера и пр.).
Хорошо также то, что SiO2 — это песок. В таблице Менделеева углерод и кремний стоят рядом, по химическим свойствам они похожи. Кремний в блоках (кирпичи своего рода) безопасен. Кремний не требует каких-то особых условий хранения и перевозки: взрывопожаробезопасен, нерастворим в воде. Кремний может храниться под открытым небом. Хорошо также то, что энергию низкокачественных углей, которые не рационально сжигать в некоторых случаях, можно использовать для получения кремния из песка. Сжигая же кремний, если конечно он есть в наличии, мы получим энергии больше, чем даёт сжигание даже высококачественного угля. Сжигая одно топливо для получения кремния, получаем возможность, использовать кремний как более калорийное топливо.
Вышесказанное показывает, что уже сегодня можно и нужно изготавливать установки по получению кремния из песка и получать водород из воды, при сжигании полученного кремния в кислороде воздуха, несмотря на необходимость сжигать уголь, если даже нет другого источника тепла для разложения песка на кремний и кислород. И непонятно почему это не имеет места?
Совсем недавно было установлено, что кремний может гореть и в азоте. В журнале Наука и жизнь 2/2001 стр.48 в статье «Новая энергетика – без углерода и кислорода» сообщается, что в Германии на складе однажды «закипел» кремний в азоте. После выяснения причины этого обстоятельства, профессор Норберт Аунер выяснил, что в одной ёмкости с кремниевой пылью и азотом оказались следы окисла меди. Возникла реакция, которой не должно было быть.
Оказалось, что кремний способен энергично соединяться с азотом при 500 градусах, если он сильно измельчён (окисел меди – катализатор), т.е кремний легко горит при определённых условиях. Тепловой эффект реакции по сгоранию кремния в азоте составляет около 180 ккал/моль или почти 750 кдж. Хотя это меньше, чем даёт сгорание кремния в кислороде, тем не менее, это также позволяет использовать кремний как топливо. А с учётом экологии, преимущества использования кремния как топлива при его сжигании в азоте в сравнении с сжиганием кремния в кислороде ещё более очевидны. Азота много в воздухе. Песка много на пляже моря. Продукты горения тоже песок но не на кислородной основе, а на нитратной. Золой нового топлива будет нитрид кремния
Si 3N4. При этом не образуется углекислого газа, которого в атмосфере и так слишком много.
Кремний в пылевидном состоянии взрывается в азоте (при 500 градусах Цельсия), как водород в кислороде. Известно, что около 30 лет назад химики фирмы «Вакер» заполняли бак машины не бензином, а кремнийсодержащей жидкостью – тетраметилсиланом. Она при сжигании давала столько же тепла, что и бензин. Но при горении образовывался песок, он останавливал двигатель. По этой причине работы по использованию кремния в качестве топлива были остановлены.
На основании изложенного можно предложить способ получения кремния из песка при нагревании песка током в УТЭ (универсальный тепловой элемент), при использовании СВ – специальное вещество. СВ, обладает свойством уменьшать сопротивление току при его нагреве, причём чем выше будет температура, тем меньше будет сопротивление СВ току.
Так как рост температуры вызывает увеличение электропроводности, а рост электропроводности ведёт к увеличению температуры, то создаются условия по лавинообразному нарастанию температуры, которая может вывести УТЭ из строя. Поэтому необходимо будет даже ограничивать нагрев СВ. Это можно сделать регулированием тока в спирали, нагревающей СВ. При нахождении песка в зоне с высокой температурой будет происходить отделение кремния от кислорода.
Расплавленный кремний будет собираться в нижней части УТЭ, а кислород в верхней, как в доменной печи. Кислород при высокой температуре будет подогревать верхние слои песка, которые будут перемещаться в нижнюю часть УТЭ. Таким образом, можно будет получать и кремний и кислород, которые можно использовать по назначению.
Использование СВ даёт неоспоримые преимущества в сравнении с нагревом песка, теплом тока в спирали, т.к нагрев какого либо вещества омическим теплом сопровождается соответствующим расходом электроэнергии, который всегда больше расхода электроэнергии при нагреве любого вещества теплом СВ, из-за того, что СВ оказывает току уменьшающееся сопротивление при его нагреве. При нагреве СВ до требуемой температуры, данную температуру уже можно поддерживать при меньшем токе, что и обусловит уменьшенный расход электроэнергии.
Реакцию по сжиганию кремния в кислороде водяного пара, также можно осуществлять в УТЭ, без использования катализаторов. Достаточно в СВ расположить сосуд с водой, в котором вода будет нагреваться теплом СВ. Водяной пар выходя из сосуда с водой будет контактировать с сильно нагретым кремнием, который будет находиться в расплавленном состоянии. Температуру нагрева песка и соответственно воды можно регулировать.
Дело также ещё и в том, что в зоне между электродами, которыми будут являться две пластины прикрепленные к спирали, из-за свойств СВ, между электродами – пластинами, образуется зона с высокой температурой и электрическим полем высокой напряжённости. Напряжённость электрического поля будет пропорциональна температуре нагрева СВ, т.к в СВ при нагреве генерируются электрически заряженные частицы (носители тока), которые будут разлагать полярные молекулы водяного пара на водород и кислород.
Получим своего рода электролиз водяного пара при высокой температуре, а как известно такой электролиз выгоднее электролиза воды при обычных условиях (при комнатной температуре и атмосферном давлении). Такое поле, в котором создаётся и высокая температура и электрическое поле, будем называть «горячее электрическое поле». Такое поле можно создать лишь с помощью СВ. «Горячее электрическое поле» само будет являться катализатором. Ведь в СВ при его нагреве генерируются электрически заряженные частицы.
Это похоже на заряжающийся конденсатор под действием тепла. Использование СВ позволит уменьшить затраты на отделение кремния от кислорода в песке. Если уменьшаются затраты на отделение кремния от кислорода в песке, а количество выделяющегося тепла при окислении кремния остаётся прежним, то это сулит ещё больше выгоды при получении тепла.
Попутно скажем, что СВ можно использовать для создания преобразователей тепловой энергии в электрическую. Если носители тока каким-то способом выводить из сильно нагретого СВ, то получим возможность преобразования тепловой энергии в электрическую.
Нечто подобное имеет место в преобразователях тепловой энергии в электрическую, в так называемых ТЭП (термоэмиссионный преобразователь), в которых носители тока (электроны) появляются из катода радиолампы, нагреваемого до температуры, достаточной для возникновения термоэмиссии электронов с поверхности металла катода. Эти электроны с одной стороны достигая анода радиолампы, отдают аноду часть своей кинетической энергии и нагревают анод, а с другой стороны создают избыток отрицательных зарядов на поверхности металла анода, увеличивая его отрицательный потенциал.
Избыток же зарядов стекает по внешней электрической цепи, проходя по сопротивлению нагрузки в виде полезного тока, и вновь попадает на катод. Выводить из СВ, носители тока можно с помощью электродов, изготовленных из тугоплавких, разнородных металлов, помещаемых непосредственно в СВ.
В УТЭ можно также осуществить сжигание кремния в азоте для получения тепла. Достаточно в УТЭ поместить кремний, нагреть его теплом СВ, при нагреве СВ током спирали, находящейся в кремнии, и обеспечить контакт расплавленного кремния с азотом. Уже сегодня можно и нужно:
1. Изготовить опытный образец УТЭ для получения кремния и кислорода из песка при использовании СВ, нагреваемого омическим теплом.
2. Изготовить опытный образец УТЭ для получения тепла при сжигании кремния в азоте при использовании СВ, нагреваемого омическим теплом.
3. Можно и нужно провести опытные работы по выявлению зависимости уменьшения электропроводности СВ при его нагреве в зависимости от температуры нагрева СВ электрическим током. Полученные при этом данные можно будет использовать, например, для нагрева различных веществ до требуемых температур при минимальном расходе электроэнергии.
4. Изготовить опытный образец преобразователя тепловой энергии в электрическую при использовании СВ, нагреваемого теплом какого-либо источника тепла.
При заинтересованности можно дать более подробное описание УТЭ сообщить дополнительную информацию по нижеуказанным вопросам. У меня нет возможности для оформления патента и нет технической возможности сделать опытные образцы по предлагаемым предложениям, поэтому рассмотрю любые предложения, способствующие внедрению данных предложений.
Полысаев Владимир Александрович, 23.04.200 polusaev@vgasu.vrn.ru