VIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке
Соленая вода - топливо будущего
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
1. Введение
Каждый день я наблюдаю такую картину: множество машин, проезжающих по дорогам города Челябинска. В городе Челябинске согласно данным городского справочника 2 ГИС свыше 250 автозаправочных станций. Ежедневно на автозаправочных станциях заправляются до 300 автомобилей. По статистике, в среднем один легковой автомобиль выбрасывает в окружающую среду за день около 1 кг вредных веществ.
У меня стали возникать вопросы:
- Безопасно ли топливо, которым заправляются машины, для окружающих?
- Почему люди не выбирают электромобили?
- Возможно ли машину заправлять водой?
Чтобы ответить на эти вопросы, я решил попробовать создать машину, которая будет ездить на соленой воде.
Цель моего проекта: изготовить модель автомобиля, которая будет работать на безопасном топливе.
Задачи:
1. Изучить литературу и Интернет-ресурсы по данной теме;
2. Узнать экологические проблемы в г. Челябинске, которые связаны с большим количеством автомобилей;
3. Познакомиться с принципом работы двигателя на соленой воде;
4. Провести эксперимент по созданию модели автомобиля, которая может ездить на соленой воде;
5. Сделать выводы по результатам исследований.
Объект исследования: топливо для городского автотранспорта, предмет исследования - соленая вода как безопасное топливо.
Гипотеза: соленая вода может быть топливом, безопасным для окружающей среды.
Методы исследования:
1. Изучение литературы и Интернет-ресурсов по теме исследования;
2. Эксперимент;
3. Анализ, сравнение и обобщение полученной информации.
Предполагаемый результат работы над проектом - получение источника тока с помощью соленой воды.
2. Виды топлива для автомобилей и их влияние на окружающую среду
Автомобиль играет огромную роль в жизни современного человека. Каждый день родители спешат на работу, дети - в школу.
Каждый из нас знает, что самым распространенным топливом для автомобилей является бензин. Но бензин не единственное топливо для автотранспорта. Есть еще и дизельное топливо, и газ. Остановившись однажды в пробке на одной из улиц города, папа попросил не открывать окно и пояснил о вреде выхлопных газов от автомобилей. Выхлопные газы — это продукт сгорания топлива при работе двигателей автомобилей. Вследствие содержания в выхлопных газах автомобилей вредных и даже ядовитых веществ они ухудшают здоровье человека, вызывают развитие острых и хронических заболеваний. Выхлопные газы приносят очевидный вред не только здоровью человека, но и растительности, животным, а также почве и водным ресурсам.
Вследствие наличия огромного количества автомобилей на улицах города, проблема загрязнения окружающей среды выхлопными газами является актуальной и для города Челябинска. По данным пресс службы Министерства экологии Челябинской области доля выбросов автотранспорта составляет 33.9% от всех выбросов загрязняющих веществ в городе.
Я заинтересовался, а существуют ли в мире безвредные для окружающей среды автомобили. Папа сказал, что уже существуют. Их называют электромобили, работающие от электрических батарей. Электромобиль считается экологически безопасным видом транспорта, так как использует только электроэнергию и не загрязняет выхлопами окружающую среду.
Я задался вопросом, а ездят ли по дорогам Челябинска электромобили и сколько их. Оказалось их очень мало, по всей Челябинской области в 2017 году насчитывалось не более 7 электроавтомобилей. Такая цифра определяется не только высокой стоимостью электроавтомобилей, но и отсутствием зарядных станций в регионе. Первая в Челябинской области заправка для электроавтомобилей открылась в 2017 году. В 2018 году в Челябинской области насчитывалось 3 электрозаправки. Всего на Урале на конец 2018 года открыты 6 электрозаправочных станций. Они размещены на основных автомобильных трассах, связывающих город Екатеринбург с Пермью и Челябинском. По данным интернет-источников запланировано к открытию еще 5 электрозаправок, в том числе на трассе Челябинск-Магнитогорск. Если в городе Челябинске станет больше электромобилей, то это значительно улучшит экологическую ситуацию городе. Однако такие автомобили не имеют большой популярности среди водителей, так как имеет ряд недостатков - малый запас хода на одной зарядке, отсутствие зарядных станций, длительность зарядки.
Кроме того, папа рассказал, что «безвредные» для окружающей среды автомобили могут ездить на соленой воде и предложил создать собственную модель такого автомобиля.
Заинтересовавшись данным вопросом, я выяснил, что открытие соленой воды как топлива автомобилей связано с именем Джона Канзиуса из штата Флорида. Именно он придумал удивительный аппарат, позволяющий превращать в топливо обычную соленую воду. Фотография американского изобретателя Джона Канзиуса представлена в Приложении I. Свое открытие Джон Канзиус совершил совершенно случайно. В 2002 году у изобретателя обнаружили лейкемию. Пройдя несколько курсов химиотерапии, изобретатель решил заняться изучением вопроса борьбы с раком. В октябре 2003 года Канзиус изобрел опытный образец аппарата. Во время демонстрации аппарата медикам в одном из исследовательских центров США кто-то из присутствующих заметил на дне пробирки с солевым раствором осадок и предложил Канзиусу попробовать использовать радиоволны для очищения воды от соли. В ходе очередного опыта вода под воздействием радиоволн начала гореть (горит не сама вода, а водород, который выделяется из воды под действием радиоволн).
В 2007 году о Канзиусе стали говорить как об открывателе альтернативного вида топлива. Его эксперимент открыл большие перспективы перед топливной отраслью, ведь соленая вода доступна почти в любом регионе Земли. Если же использование воды в качестве топлива окажется экономически выгодным, открытие Канзиуса совершит переворот - зачем добывать нефть, если заправлять машины можно будет соленой водой. Для окружающей среды аппарат также безвреден - отходом производства является вода. Канзиус поставил перед собой задачу проверить может ли аппарат произвести достаточно энергии, чтобы привести в действие тяжелые предметы, например, автомобиль. В настоящее время информации о результатах этого эксперимента нет.
Тем не менее, в мире уже созданы автомобили, работающие на соленой воде. Фотография такого автомобиля представлена в Приложении II. В качестве топлива используется соленая вода. Соляной раствор протекает через мембрану, где солевой раствор вступает в реакцию окисления, создавая при этом электрический ток. Залить в бак такого топлива можно столько, сколько позволит сам бак. Как и в случае с другими типами топливных систем, в таких автомобилях используется два вида жидкости, то есть заправлять придется 2 отдельных бака. Один раствор нужен для реакции окисления, другой - для реакции восстановления.
В настоящее время Компанией NanoFlowcell из Лихтенштейна сертифицированы 3 вида таких автомобилей. Одна из моделей автомобиля способна разогнать его до 100 километров в час за 2.8 секунды, а его двигатель имеет мощность 920 лошадиных сил. Максимальная скорость такого автомобиля 350 километров в час. Запас хода по словам производителей составляет 600 километров на одной зарядке. Другая модель - более экономичная и имеет более скромные характеристики - 143 лошадиные силы, запас хода увеличен до 1000 км. О том, когда такие машины появятся на рынке, достоверной информации в интернет-источниках нет.
3. Эксперимент по созданию модели автомобиля на энергии соленой воды
Выяснив, что соленая вода может использоваться в качестве топлива, я решил создать собственную модель автомобиля, которая будет работать на соленой воде. Для создания модели автомобиля мне понадобились:
- кузов от автомобиля, который смастерили из спичечных коробков;
- 4 колеса;
- мотор с двумя проводками;
- топливный элемент;
- стакан воды;
- пипетка;
- пищевая соль;
- цветная бумага и канцелярские принадлежности (ножницы, карандаш, линейка, клей ПВА).
После того как основные части автомобиля были установлена на своих местах, я приступил к сборке топливного элемента, питающего мой автомобиль. Топливный элемент я собрал в отдельном корпусе, который потом прикрепил к автомобилю.
Работа топливного элемента основана на процессе электролиза, благодаря которому вырабатывается электрический ток. В контейнер я погрузил 2 электрода-пластины. Одна пластина металлическая из магния. Это положительный анод. Другая пластина - воздушный отрицательный катод. Между катодом и анодом проложил кусочек нетканого материала. После закрепления анода и катода на топливном элементе, в контейнер с помощью пипетки я добавил электролит - раствор соленой воды. Соль с водой смешал в отношении 1:5. Топливный элемент подсоединил к мотору (красный проводок мотора к положительному аноду, черный проводок к катоду). По мере растворения анода в растворе пищевой соли вырабатывается электрический ток и модель моего автомобиля начинает движение. Выработки электрического тока хватает до тех пор, пока анод - металлическая магниевая пластина полностью не растворится в соленой воде. Так как контейнер топливного элемента в ходе эксперимента использовался небольшой по размеру, заряда автомобиля хватило на 5 минут беспрерывной работы. Чтобы вновь заправить машину топливом, я установил новый анод (так как в процессе выработки электричества пластины окисляются), вылил отработанный электролит и залил в контейнер свежий раствор соленой воды. Поэтапный процесс создания автомобиля представлен в Приложении III.
Мы создали простейшую модель автомобиля, способного работать на соленой воде. Такой автомобиль является абсолютно безвредным для окружающей среды. Использование алюминиевых или магниевых анодов является экологически безвредным. Отработанное топливо я просто вылил в раковину, не нанося никому вреда. Соль, используемая в моем эксперименте как топливо для автомобиля, в далёком прошлом была очень дорогая и приравнивалась к золоту. В наше время соль уже не ценится настолько дорого. Ее можно купить в любом продуктовом магазине.
В ходе эксперимента я убедился, что простота конструкции автомобиля и используемое для него экологическое топливо - раствор соли с водой дает большие преимущества в использовании таких автомобилей в будущем.
Заключение
За последние десятилетия количество автомобилей в мире значительно увеличилось, а вредные выбросы от работы автомобилей стали серьезной экологической проблемой. В целях решения экологической проблемы для города Челябинска и уменьшения количества вредных веществ от автомобилей необходимо больше сажать деревьев, кустарников вдоль автомобильных дорог, сеять зеленые газоны. Эффективным мероприятием по снижению вредного влияния автомобильного транспорта на горожан является организация пешеходных зон с запретом выезда транспортных средств на территории жилых домов.
С 2019 года в городе Челябинске реализуется программа постепенного перевода общественного транспорта на газомоторное топливо, выхлопы от которых в 5 раз меньше, чем от дизельных автобусов. Все эти меры помогут снизить процент рисков, связанных со здоровьем людей, и улучшить качество воздуха.
Результаты проведенной мной работы свидетельствуют, что соленая вода — это топливо будущего. Автомобили, использующие в качестве топлива соленую воду, имеют большие преимущества:
1. высокая экологичность без использования нефтяного топлива;
2. простота конструкции двигателя;
3. низкий уровень шума при работе.
4. дешевы в эксплуатации (соль дешевле бензина).
Широкое использование автомобилей, работающих на соленой воде, в будущем позволило бы значительно улучшить качество воздуха, а значит, и здоровье взрослых и детей.
Цель работы достигнута. Я создал автомобиль, который ездит на экологически безопасном топливе – соленой воде. Поставленные задачи выполнены. В процессе работы над проектом я познакомился с принципом работы двигателя на соленой воде и на собственном опыте убедился, что соленая вода действительно может использоваться в качестве топлива для автомобиля. Мне понравилось работать в данном направлении. В дальнейшем планирую работу по изучению других экологически безопасных видов топлива для автомобилей.
Список литературы
В Челябинске заработала первая заправка для электромобилей [Электронный ресурс] // Hornews. – Режим доступа: https://hornews.com/news/v_chelyabinske_zarabotala_pervaya_zapravka_dlya_elektromobiley/ (дата обращения – 16.08.2019).
Вдох в большом городе: влияние выхлопных газов на здоровье человека [Электронный ресурс]//Tion. – Режим доступа: https://tion.ru/blog/vyhlopnye-gazy/ (дата обращения – 01.09.2019).
Вместо топлива соленая вода [Электронный ресурс]//studbooks.net. – Режим доступа: https://studbooks.net/2288758/matematika_himiya_fizika/vmesto_topliva_solenaya_voda/ (дата обращения – 16.08.2019).
Город и автомобиль [Электронный ресурс]//Южно-Уральская погода. -Режим доступа: http://www.chelpogoda.ru/pages/613.php/ (дата обращения – 29.08.2019).
До розетки стало ближе [Электронный ресурс]//Российская газета. - Режим доступа: https://rg.ru/2018/11/14/reg-urfo/na-iuzhnom-urale-otkrylas-tretia-zapravka-dlia-elektromobilej.html (дата обращения - 27.09.2019).
Концепт автомобиля на соленой воде [Электронный ресурс]//Real Cars. -Режим доступа: https://realcars.su/autonews/98-koncept-avtomobilya-na-solenoy-vode-ot-quant.html (дата обращения - 01.09.2019).
Минэкологии: в Челябинской области существенно сократились выбросы в атмосферу [Электронный ресурс]//Информационное агенство Ural press. - Режим доступа: http://uralpress.ru/news/sreda-obitaniya/minekologii-v-chelyabinskoy-oblasti-sushchestvenno-sokratilis-vybrosy-v/ (дата обращения – 15.09.2019).
Может ли соленая вода заменить бензин [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://enc.guru.ua/index.php?title_id=25/ (дата обращения – 27.09.2019).
Создан автомобиль, который работает на соленой воде [Электронный ресурс] //Info Car. - Режим доступа: https://news.infocar.ua/sozdan_avtomobil_kotoryy_rabotaet_na_solenoy_vode_121980.html (дата обращения - 16.08.2019).
Химики назвали превращение соленой воды в топливо открытием века [Электронный ресурс]//Lenta.ru. - Режим доступа: https://lenta.ru/ news /2007/09/11/saltwater/ (дата обращения – 20.08.2019).
Приложения
Приложение I. Американский изобретатель Джон Канзиус, открывший соленую воду как вид топлива
Приложение II . Первый в мире автомобиль, работающий на соленой воде.
Приложение III. Процесс создания собственной модели автомобиля, работающего на соленой воде.
Шасси закрепляем на платформу.
Устанавливаем мотор на платформу.
Закрепляем топливный элемент в отдельном контейнере.
Подсоединяем мотор к топливному элементу.
Создаем кузов автомобиля при помощи спичечных коробков.
Обклеиваем автомобиль цветной бумагой
Собираем топливный элемент автомобиля. В контейнер погружаем 2 электропластины (катод и анод), между ними прокладываем кусочек нетканого материала.
Изготавливаем соленую воду в качестве топлива для автомобиля.
По мере растворения анода в соленой воде вырабатывается электрический ток, автомобиль начинает движение.