Как взрывается разное топливо: фото
В середине июня территория Института комплексной безопасности в строительстве НИУ МГСУ превратилась в полигон для демонстрации взрывного потенциала разных видов топлива. Цель эксперимента — выяснить, насколько безопасен водород в сравнении с другими горючими, использующимися в транспорте, в случае возникновения экстренной ситуации.
Одним из барьеров на пути развития водородного транспорта становится психологическое неприятие, основанное на страхе водорода как взрыво- и пожароопасного газа. Руководитель Центра компетенций НТИ «Новые и мобильные источники энергии» при ИПХФ РАН Юрий Добровольский отмечает, что 80% людей склонны ассоциировать водород с водородной бомбой, что фактически неверно.
Чтобы показать, что водород можно использовать на транспорте сравнительно безопасно, исследователи из ФГУП «НАМИ», Московского государственного строительного университета и Центра компетенций НТИ «Новые и мобильные источники энергии» при ИПХФ РАН провели исследование, в котором сравнили основные характеристики, определяющие процессы горения и потенциальную опасность водорода и углеводородного топлива — бензина и пропан-бутановой смеси — при их использовании на автомобиле.
Для наглядной демонстрации специалисты сконструировали установку, внутри которой, поочередно, производили взрывы разного топлива. Первый взрыв — водород.
По данным исследователей, водород взрывается гораздо резче природного газа, однако этот взрыв происходит практически без видимого огня. Звук во время взрыва очень громкий, но визуально момент подрыва можно и не заметить.
После проветривания камеры и установки дополнительного оборудования настала очередь взрывать пропан-бутановую смесь. Этот «коктейль» используется в быту при отоплении квартир на сжиженном газе, в качестве автомобильного топлива, промышленного сырья, при газовой сварке.
Звук при взрыве пропан-бутановой смеси немного тише, в сравнении с водородом. Несмотря на это, уровень опасности гораздо выше — после взрыва остаточное горение способно нанести существенный урон окружающим объектам. Похожая картина наблюдается при взрыве бензина, который встречается на каждой заправке.
В отличие от взрыва водорода, невооруженным глазом даже в условиях эксперимента заметно, что сила горения пропана и бензина после хлопка неизбежно приведет к мощному пожару. Таким образом, можно наглядно увидеть, что водородное топливо приводит к меньшим последствиям в виде возгорания в случае экстренной ситуации.
Такая разница во взрывах объясняется тремя причинами. Во-первых, из-за своей текучести, водород быстро и рассеивается, что не дает образовать взрывоопасную смесь с воздухом. Водород — самый легкий газ, и в воздухе он поднимается вверх со средней скоростью 20 метров в секунду. То есть, при утечке он чаще просто улетучивается. Во-вторых, в отличие от углеводородов, при горении водорода не образуется никаких токсичных веществ типа угарного газа — только вода.
Результаты демонстрации совпадают с выводами исследователей: при соблюдении технологических правил использования водорода, это— достаточно безопасный источник энергии для автомобиля. Один из авторов исследования, Андрей Порсин, отмечает, что главное — учитывать специфические свойства водорода.
«Мы хотели показать, что все виды топлива опасны по природе своей, поскольку содержат в себе энергию в химической форме, которая при неправильном использовании топлива может быть разрушительной. То или другое топливо может представлять большую опасность в сравнении с другими в зависимости от условий. И мы показали, что с водородом можно также безопасно работать».
14 июня при взрыве на автозаправочной станции пострадали более 30 человек. Произошло 4−5 взрывов газа, а последовавший за ними пожар охватил больше тысячи квадратных метров — возгорание тушили несколько часов с использованием авиации. Этот случай наглядно показывает всю тяжесть последствий взрыва газовых смесей, включая тепловое излучений, токсичные пары дыма и ударную волну. По официальной версии, причиной взрыва стало несоблюдение мер безопасности.
Специалисты МГСУ объясняют, что именно поэтому университет занимается исследованиями топлива. Транспортная инфраструктура должна строиться по безопасным нормам, но заниматься изучением одних лишь конструкций и сооружений недостаточно. Их правильное проектирование и эксплуатация очень важны, если люди в будущем хотят избежать повторения новосибирской трагедии. По этой причине отдельное внимание уделяется изучению безопасности инфраструктуры, которая будет поддерживать, создавать и развивать водородную энергетику.
Скоро транспорт станет водородным. Почему это хорошо
Городской транспорт — основной источник выбросов углекислого газа в атмосферу. Чтобы снизить вред для окружающей среды, Россия взяла курс на создание экологичных средств передвижения. Меры по превращению транспорта в водородный поддерживаются на правительственном уровне. В 2021 году Россия выделила 777 миллиардов рублей на развитие водородного и электротранспорта до 2030 года. Планируется, что к 2024 году получится наладить выпуск железнодорожных локомотивов на водороде.
Популярность стала набирать идея автомобилей на водородном топливе. Те, кто переживал, что под капотом автомобиля находятся опасные газовые баллоны, получили возможность выдохнуть: появились безопасные композитные баллоны, которые не взрываются в экстренной ситуации. «Такие композитные баллоны типа IV не дают поражающих осколков, как металлические, они просто раскрываются, позволяя газу улетучится», объясняет Андрей Порсин.
На открытом пространстве при разливе и возгорании бензина при пробитом бензобаке автомобиль сгорает за несколько минут, а при пробитом баллоне и возгорании струи водорода пожар самостоятельно затухает менее чем за две минуты.
Водородный автомобиль работает по принципу электромобиля — никакого горения внутри двигателя не происходит. За счет процессов окисления в топливном элементе удается избежать высоких температур. Некоторые обычные автомобильные аккумуляторы невозможно погасить даже из огнетушителя, потому что они постоянно выделяют кислород.
«Водородный автомобиль и автомобиль на литий-ионных аккумуляторах объединяет наличие этих батарей. Учитывая, что батареи на чисто электрических автомобилях должны иметь существенно больший объем, то, соответственно, их пожарная опасность пропорционально выше, чем водородных автомобилей. Естественно, присутствие водорода на борту автомобиля повышает потенциал опасности в случае развития пожара и нагрева баллона с водородом, однако при выполнении соответствующих мероприятий по безопасному дренированию водорода риск развития серьезных последствий, учитывая совокупность всех факторов, окажется ниже», — объясняет профессор НИУ МГСУ Сергей Цариченко.
Автомобили на водороде не производят пагубных для окружающей среды выбросов. Корреспондентки Hi-tech Mail.ru убедились в этом самостоятельно: воду, которая выливается из трубы под автомобилем, можно даже пить. Для полной заправки необходимо примерно 5 кг сжатого водорода. Единственное место, где можно дозаправить водородный автомобиль, пока что находится только в Черноголовке.
Хозяин машины, Владимир Седов, рассказывает, что каждые 15 лет машину необходимо отправлять на специальный осмотр. В 2018 году он приобрел Toyota Mirai на водороде за семьдесят тысяч долларов. Топливный элемент расположен под передним пассажирским креслом. При возникновении пробоя или любой другой экстренной ситуации системы автомобиля самостоятельно уменьшают концентрацию водорода, и он улетучивается без взрывных последствий.
Это тоже интересно: