Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2007 №8

Молния в кармане

Ю. Бородатый

Рекуператоры (устройства по "возвращению" энергии в промышленную электросеть) помогут адаптации к современным условиям использования ветроэнергетики и малых гидроэлектростанций. Эти виды энергии сейчас называют "нетрадиционными", хотя это действительно традиционные, служившие людям с незапамятных времен в виде парусов, поилок для скота, мельниц и т. д.

Но как быть, когда в сети вовсе нет тока? При увеличении количества малых электростанций (а такая тенденция уже давно наметилась во всем мире) они смогут обойтись без основной электростанции, а пока приходится выключать "захлебнувшийся" рекуператор. Можно, конечно, заряжать дармовой энергией аккумуляторы, но плотность хранения энергии в электрохимических аккумуляторах мала: у свинцово-кислотных — 64 кДж/кг, у никель-кадмиевых 110 кДж/кг, у топливных элементах (при различных сроках разрядки) от 15 до 150 кДж/кг. Есть еще "горячие" аккумуляторы с расплавленным электролитом (300…600 °C), например, серно-натриевые, у которых плотность составляет 800 кДж/кг, но КПД их мал.

Может обратиться к маховику? Сплошной диск равной прочности имеет плотность 120 кДж/кг, супермаховик из ленты — 150 кДж/кг, супермаховик из специального волокна — 650 кДж/кг.

Еще в 1791 г. русский механик И.П.Кулибин построил двухместный экипаж, движимый расположенным на запятках слугой. В этом праавтомобиле были заложены элементы, которые начинают использовать в транспорте только сейчас: маховичный аккумулятор и рекуперативный тормоз. Маховик известен с незапамятных времен. Сегодня маховики помещают в вакуумную камеру для уменьшения потерь на трение о воздух. Вместо подшипников применяют магнитные опоры.

Подняв скорость маховика вдвое, мы повышаем его кинетическую энергию вчетверо. Вот почему главное направление развития маховичных аккумуляторов — повышение числа оборотов, а значит, и прочности. Если изготовить маховик из очень прочного кварцевого волокна, то удастся повысить плотность энергии до 5000 кДж/кг. А если использовать углеродное волокно со структурой алмаза, то плотность повысится до 15000 кДж/кг!

Наряду с плотностью энергии аккумуляторы характеризуются плотностью отдаваемой мощности. И тут маховику равных нет. Конечно, отбор мощности от современных маховиков возможен только электрическим путем, никакая механика не в состоянии выдержать такую плотность энергии.

Тем не менее у электрохимических и маховичных аккумуляторов есть достойный конкурент — тепловой аккумулятор, в котором энергия хранится в сильно нагретых веществах, находящихся на грани перехода из одного своего состояния в другое. Такие аккумуляторы запасают громадное количество энергии, значительно больше, чем любой другой тип аккумулятора. Именно такими типами аккумуляторов являются наше Солнце, плазма Земли, шаровые молнии и др. Плотность хранения энергии в них максимальна.

Еще в 1995 г. автор этих строк пытался изготовить камеру для "бездонного" аккумулирования. Устройство ее простое. Прочная и герметичная камера состоит из двух изолированных друг от друга электродов. Камера заполняется водой. При напряжении 2 В вся вода разлагается на водород и кислород. Затем предполагалось поджечь смесь высоким напряжением. Первая конструкция не выдержала высокого давления, и газы вырвались из нее наружу. Своими исследованиями мне удалось "заразить" выпускника Львовского университета Р.Стасива. Его камера с учетом моего опыта была изготовлена куда прочнее (см. рисунок).

Вместо пластмассовых прокладок применена эпоксидная смола, в конструкции камеры использовалась инструментальная сталь. Прокладка крышки была изготовлена из тонкой медной фольги. Объем камеры сильно уменьшен, но тогда этому не придали значения (у шаровых молний есть критический диаметр, достигнув которого они взрываются).

Испытания Ростислав проводил сам, что также недопустимо. Ему удалось полностью разложить в камере объемом менее наперстка всю воду. Омметр, подключенный к камере, показывал "обрыв", что означало полное отсутствие воды.

Следующий этап — поджигание смеси с помощью высоковольтного трансформатора, применяемого в больших котельных установках. При этой процедуре вроде ничего не произошло, и можно было приступать к зарядке аккумулятора. Теперь это уже был гибрид: и горячего электрохимического аккумулятора, и маховика (вещество в камере, точнее, фронт диссоциации, по идее, должен был вращаться со скоростью до 365000 об/мин), и теплового аккумулятора (внутри камеры находилась плазма). Но тут исследователь взял в руку камеру и зачем-то потряс ее… Страшный взрыв всколыхнул всю округу, из соседних домов прибежали испуганные люди. Шесть дней контузии и израненная рука — вот результат испытаний для исследователя.

Конечно, подобный эксперимент с каким-либо другим энергетическим зарядом такой мощности вряд ли закончился бы одной "акустикой". Причина сравнительно благополучного исхода аварии в свойстве "гремучего газа" — стехиометрической смеси водорода и кислорода. При ее взрыве происходит наложение обычного теплового взрыва и вакуумного.

Эксперимент окончился не так, как хотелось (неудачных экспериментов не бывает, все они — "прикосновение к Истине"), и мы собираемся его продолжить. Ведь расщепление воды на водород и кислород сулит 141,88 кДж/кг, а один только водород, если расщепить его на атомы, дает уже 213,3 кДж/кг. А что же будет, если расщепить атом? "В принципе работоспособность электричества огромна, гораздо больше, чем работоспособность гравитации".