XVIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2026

Введение

Поиск альтернативных источников энергии находится на повестке дня практически всех стран. Запасы традиционно невозобновляемых источников энергии истощаются. Количество транспортных средств в мире имеет тенденцию постоянного роста.

Истощение месторождений традиционной нефти, угля и газа может привести к глобальной энергетической катастрофе. В использовании энергии возобновляемых источников можно отметить спорные моменты относительно их экономической обоснованности и их ограниченности при широком применении [1].

Проведенный SWOT-анализ показывает, что двигатели внутреннего сгорания утратили свои положительные технические характеристики и не отвечают современным требованиям [2].

Другой проблемой, требующей своего решения, является то, что автопроизводители должны обеспечить автомобилю, ставшими традиционными характеристики, как скорость, мощность, готовность автомобиля к использованию в любых погодных условиях. т.п.

Во многих странах мира приняты строгие меры по экологической безопасности транспортных средств, что снижает привлекательность этого транспорта, требуя дополнительных расходов, что способствует повышению себестоимости автомобиля [3].

Более того, Парижское соглашение по климату от 2015 г. обязывает страны сокращать выбросы парниковых газов для удержания роста температуры.

После Фукусимской аварии АЭС, в Японии в июне 2014 года утвердили дорожную карту по развитию водорода и топливных элементов [4].

На этом фоне, при нынешнем уровне технологического развития - водород представляется перспективным источником энергии.

Цель исследования

Целью исследования является анализ состояния исследований в области поиска альтернативных источников энергии, водорода как энергетического ресурса, потенциально могущего заменить своего главного конкурента - производные нефти.

Материал и методы исследования

При проведении исследования использованы материалы открытых источников, опубликованные данные энергетических компаний и официальных государственных структур, а также бюллетени научно-исследовательских организаций. Методами исследования стали: ретроспективный анализ, статистический анализ, системный анализ.

Результаты исследования и их обсуждение

Водород является самым известным химическим элементом в мире. Удельная теплота сгорания составляет 120 МДЖ/кг. Процесс горения происходит очень быстро, и даже при незначительном содержании в составе смеси топлива горение происходит устойчиво. Если сказать простыми словами, когда водород имеется, то он горит при любых условиях. Данная характеристика делает водородные ДВС максимально экономичными и управляемыми.

Водород легко воспламеняется, не имеет цвета, запаха или вкуса, а его плотность в 14,5 раза меньше плотности воздуха. Он чрезвычайно реактивен, легко вступает в химические реакции [5].

Сгорание водорода происходит в результате окисления кислородом: Н₂ +О₂ = Н₂О

В результате сгорания образуется водяной пар. Загрязняющие биосферу вредные газы отсутствуют. В таблице 1 приведены сравнительные характеристики водорода и нефтепродуктов.

Водород при сильном сжатии и охлаждении переходит в жидкое состояние. Жидкий водород кипит при -253⁰С, твёрдый водород образуется при охлаждении до -259⁰С. В газообразном состоянии атомы и молекулы вещества могут проникать через резину, стекло и даже через металлы. Некоторые металлы, такие как платина, палладий, никель, способны растворять водород [6].

Таблица 1

Сравнительные характеристики водорода и нефти

Вместе с тем это «топливо» обладает негативными характеристиками, как: «Н₂» необходимо синтезировать из других носителей, расходовать определенное количество энергии [7]. Синтезированный водород при смешивании с кислородом гарантированно приводит к взрыву.

О проблеме хранения «Н₂» следует отметить, что в традиционных металлических резервуарах произойдет процесс диффундирования – утечка водорода сквозь металлические стенки газового баллона [8]. Поэтому нужны новые материалы и наукоёмкие технологические решения, следовательно, требуются существенные финансовые средства.

Однако присутствие водорода в различных веществах открывает перспективу для этого альтернативного вида топлива. Водород содержится во всех известных веществах, даже в организме человека. Резервы воды практически неисчерпаемы. Брошенные и нерентабельные нефтяные, угольные, а также газовые месторождения являются перспективными направлениями развития водородной энергетики.

Наряду с этим, по данным Международного энергетического агентства, к 2030 году использование водорода может помочь снизить потребление природного газа на 14 млрд кубометров в год, угля — на 20 млн тонн в год и нефти — на 360 тыс. баррелей в сутки [9].

Тем не менее, современное состояние альтернативных систем и топливных элементов по своим характеристикам (мощностным, скоростным, запасу топлива и надежности) уступает ставшим традиционным источникам энергии [10].

Выводы

В целом, широкое промышленное применение водородной энергетики ограничено не имением необходимой общедоступной научной базы, технологий, материалов и требует значительных финансовых инвестиций. Это ресурсы во всех государствах мира сильно ограничены. Сюда также следует отнести нехватку квалифицированных кадров и необходимой инфраструктуры.

Однако, при решении проблем создания ДВС, аналогично традиционным поршневым двигателям, водород может использоваться в качестве топлива для автомобилей и общественного транспорта, работающих на водородно-воздушной смеси. Как, например, традиционный ПДВС работает на парах бензина и воздуха, образуя топливно-воздушную смесь. Характерными особенностями таких транспортных средств стали бы нулевые выбросы вредных веществ в атмосферу. Появилась бы возможность применения водорода в системах отопления жилых и промышленных помещений вместо угля и других традиционных видов источников энергии.

Список литературы

1. Нарзуллаев К.С., и др. Современные методы получения нефти из битуминозного песка // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2016. - № 7-1. - С. 23-27.

2. Нарзуллаев К.С. Практический SWOT-анализ в учебном процессе // Международный журнал экспериментального образования. 2022. № 5. С. 50-54.

3. Махамматсаитов М.Ж., Нарзуллаев К.С. Системный анализ процесса горения в дизельном двигателе внутреннего сгорания // Международный студенческий научный вестник. – 2023. – № 2.; URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=21254 (дата обращения: 05.09.2024).

4. Велесюк А. Водородная энергетика - тренд XXI века. [Электронный ресурс]. https://archive.atomicexpert.com/hydrogen_energy. (дата обращения: 06.02.2026).

5. Как получают водород в промышленности: методы, технологии и сырье. [Электронный ресурс]. https://www.provita.ru/articles/kak-poluchayut-vodorod-v-promyshlennosti-metody-tekhnologii-i-syre/. (дата обращения: 03.02.2026).

6. Водород. [Электронный ресурс]. https://znanierussia.ru/articles/ Водород. (дата обращения: 03.01.2026).

7. Водород в энергетической и климатической повестке. [Электронный ресурс]. https://research.spbstu.ru/news/vodorod_prochno_zanyal_svoe_mesto_v_energeticheskoy_i_klimaticheskoy_povestke/. (дата обращения: 06.02.2026).

8. Водородная энергетика: как создать больше чистой энергии. [Электронный ресурс]. https://postnauka.org/longreads/157483. (дата обращения: 02.02.2026).

9. World Energy Outlook 2023 (2023, October 1). IEA. [Электронныйресурс]. https://www.iea.org/reports/world-energy-outlook-2023. (дата обращения: 10.02.2026).

10. Нарзуллаев К.С. Перспективы развития автотранспорта: альтернативные силовые системы и топливные элементы // Наука, техника и образование. -2018. -№ 4 (45). - С. 36-40.