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:

  1. Получение структурированной воды (так называемой С-воды), обладающей чудодейственными свойствами;

  2. 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

                 

  • Александр. Скажите, а где можно ознакомиться с технологией получения топлива Краснова и результатами его использования? Спасибо удачи Вам.

    Гость