Scientific journal
Modern problems of science and education
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

Трунин А.С., Кастерина Т.В.

До сих пор практическая и хозяйственная деятельность человека была основана на добыче накопленных в земной коре углеродсодержащих горючих веществ: угля, нефти, газов. Сегодня в мире добывается ~70 млн. баррелей (~10 млн. т) нефти в сутки и через ~10 лет добыча начнёт снижаться в связи с истощением её запасов [1]. Природное равновесие геоклиматической машины уже нарушено, последствия - труднопредсказуемы.

Великим Д.И. Менделеевым неоднократно подчеркивалась мысль о том, что использование уникального углеводородного сырья является принципиальной ошибкой человечества. Еще более конкретно им же дается предостережение: « Нефть - драгоценное вещество и использовать его в качестве топлива необходимо только в исключительных случаях».

Нарушение этих заветов в течение десятков лет привело к тому, что не возобновляемое углеводородное сырье, в первую очередь нефть истощается буквально на глазах и продолжение использовать нефть в этом направлении, приведет к неизбежному энергетическому кризису - энергетическому краху. Альтернатива в виде атомной энергии, энергии ветра успеха не имеют. Водородная энергетика, в ее традиционном понимании экономически не выгодна. Поэтому поиск разумной альтернативы является глобальной проблемой человечества.

При сжигании ценнейшего невозобновляемого сырья биосфера загрязняется вредными продуктами сгорания (десятки-сотни млн. т/год: СО, SO2, СНх, NOx), нефтепродуктами и "парниковым" углекислым газом (свыше 20 млрд. т/год СО2) [2].

Вследствие этого происходит повышение средней температуры на планете, прогрессирующее таяние ледников Антарктиды. Известно также пагубное влияние оксидов азота на содержание в атмосфере крупных городов.

Все эти и другие негативные явления, имеющие глобальный характер, неизбежно ставят перед человечеством необходимость решения альтернативного энергообеспечения не на углеродоводородной основе.

 В последние годы начаты систематические исследования водных, водно-солевых, органических и смешанных систем. В качестве ингредиентов используются: нитраты аммония, лития, натрия, калия, кальция, перхлораты аммония и щелочных металлов, уротропин, нитрат карбамида, азотная кислота и др..

Необходимость альтернативы существующим топливам нефтяного происхождения в 21-ом веке бесспорна. До сих пор практическая и хозяйственная деятельность человека была основана на добыче накопленных в земной коре углеродсодержащих топлив: угля, нефти, горючих газов и пр. «Альтернативные» водо-окислительсодержащие топливные композиции имеют возобновляемую сырьевую базу, неопасны для человека, стабильны при хранении и высокотехнологичны.

В качестве «альтернативных топлив» предлагаются унитарные (окислительсодержащие) топлива на неорганической основе, химическая энергия которых может быть эффективно преобразована в механическую работу. В легкоплавких эвтектических смесях на основе нитро-окислителя с горючими аминной природы, гомогенизация реагирующих компонентов возможна на молекулярном уровне конденсированной фазы. Это даёт ряд принципиальных преимуществ и существенно упрощает цикл работоотдачи - по сравнению с организацией циклов сгорания зарядов «обычных» топлив в газообразном окислителе-воздухе - с целью получения полезной механической работы[3].

Исследовались фазовые равновесия некоторых важнейших водо-нитратных систем в присутствии воды-растворителя, а также безводных плавов АС и легкоплавких нитратных эвтектик с карбамидом, уротропином, нитратом карбамида, угольным порошком и др. горючими.

В исследованиях использовались методы визуально-политермического, а также компьютерная программа «Инкубатор фазовых диаграмм» для моделирования нонвариантных точек в трёхкомпонентных системах по данным об элементах огранения.

Системы исследовались визуально - политермическим методом [4]. В качестве охлаждающегося агента использовалась криогидратная смесь Н2О (лед) - NaСl при 30% последнего. Она обеспечивает охлаждение исследуемых растворов до -210С. Температура кристаллизации определялась с помощью большого психометрического термометра с диапазоном температур от -30 до +500С и точностью до 0,20С.

В качестве растворителя использовалась дистиллированная вода. Перхлорат аммония использован квалификации «х. ч.». Навески добавляемого компонента рассчитывались через 2, 5 и 5 мас. %.

Система нитраткарбамида-вода была исследована, как один из компонентов альтернативного топлива. Необходимо было определить состав с наименьшей температурой кристаллизации смеси нитраткарбамида-вода (точку эвтоники), так как данные по системе в доступной нам литературе отсутствуют.

Эвтонический состав системы нитраткарбамида-вода был получен при 10% вес нитрокарбанида и температуре - 4,50С.

Система перхлорат аммония - вода ранее была исследована в высокотемпературной области [5]. Исследование данной системы вызвана необходимостью создания корректной базы данных двухкомпонентных систем с ингредиентами, которые будут введены в разрабатываемые альтернативные энергоносители. Для расчета более сложных систем по данным о двухкомпонентных системах особенно важна точность характеристик эвтоник (состав и температура плавления). Эвтоника системы NH4ClO4 - Н2О была зафиксирована при 10% вес. NH4ClO4 и температуре - 2,80С, что корректно дополняет результаты, полученные предыдущими исследователями [5].

Эвтонический состав системы NаClO4 - Н2О был получен при 10% вес. NаClO4 и температуре - 2,80С, что несущественно отличается от результатов, полученных предыдущими исследователями.

Эвтоника системы ацетамид - вода была зафиксирована при 45% вес. ацетамида и температуре - -19,40С, что корректно дополняет результаты, полученные предыдущими исследователями [5].

Точность определения эвтоники необходима для проведения компьютерного моделирования характеристик трехкомпонентных эвтоник, получаемых по данным об элементах огранения и в дальнейшем использования для разработки перспективных составов новых энергоносителей.

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Газета "Поиск", № 12 (774) 26.03.2004г. С.7.

2. Химическая энциклопедия. Т.3. М.: "БСЭ", 1992.

3. Макаров А.Ф., Трунин А.С. Альтернативные азотно-водородные топлива и окислители. Известия СНЦ РАН. Спец. Выпуск "Химия и химическая технология". Самара. 2004. С. 230-242.

4. Трунин А.С., Петрова Д.Г. Визуально - политермический метод. Куйбышев, КпТи, 1977, 93 С.

5. Коган В.Б., Фридман В.М., Кафаров В.В. Справочник растворимости. Том 1, книга 1, изд-во АН СССР. М-Л, 1961.С.160.