http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=7403[03/04/2017]
Эволюция никель-водородных теплогенераторов
Просвирнов Александр Алексеевич
Жаркие дебаты на сайте Проатома по поводу никель-водородных теплогенераторов Андреа Росси продолжаются от статьи к статье. Сторонникам А. Росси не удается убедить противников в реальности установки и эффекта низко-энергетических ядерных реакций (НЭЯР). В этой связи полезно проследить динамику развития процесса разработки никель-водородных теплогенераторов, так сказать эволюцию открытия.
Началось все в августе 1989 года. Профессор Франческо Пиантелли работал с бактериями в водородной среде на никелевой подложке. Он заметил, что бактерии гибнут и связано это с повышением температуры никелевой подложки. Он продолжил исследования в физической лаборатории университета Сиены и обнаружил эффект аномального выделения тепла в никель-водородных системах. В 1990 году F. Piantelli получает четыре успешных повторений эксперимента в Сиене, а в 1991 году начинает сотрудничать с профессором физики S.Focardi из Болонского университета и профессором физики R.Habel из университета Кальяри. [1]
В период с 1993 по 1997 год Пиантелли сотрудничал с группой экспертов в области катализа и гидрирования из исследовательской лаборатории катализа в Сан Донато Миланезе SNAM Spa (ENI). В процессе сотрудничества удалось уточнить несколько вторичных и вспомогательных источников тепла в реакторах. В течение почти трех лет сотрудничества они смогли установить некоторые виды энергетических вкладов различных явлений, происходящих в поверхностной области металлического Ni, а также в порошке Ni в присутствии Н2.
Первый из охарактеризованных энергетических вкладов эндо-термический за счет расщепления молекулы Н2. Этот вклад (эффект катализа) оценивается между минимумом и максимумом приблизительно от 8 кДж/моль до примерно 30 кДж/моль (сильно зависит от температуры). Второй (экзотермический) вклад касался рекомбинации молекулы, которая происходит в результате столкновения между атомами Н в непосредственной близости от поверхности. Этот вклад дает значительное количество энергии 436 кДж / моль (то же самое количество необходимо произвести для расщепления молекулы Н2 в отсутствие катализа). Третий тип (экзотермический) вклада касается рекомбинации между Н+ и электроном, чтобы образовать атом Н. Такая рекомбинация дает значения очень близкие к 1312 кДж/моль (но необходимо преодолеть пороговое значение энергии активации). Но для того, чтобы получить этот эффект, очевидно, необходимо, ионизировать атом Н с правильной техникой, а это требует намного большей энергии ионизации. Общий энергетический баланс всегда отрицателен.
Другие эксперименты были проведены для определения энергетического баланса в процессах Physi-сорбции (Н2) и хемосорбции атома H и иона H+ в Ni. [1]
В 1993 году прошла первая публикация о репликации эксперимента Пиантелли 1990 года [2].
В 1994 году прошла успешная репликация эксперимента в Сиене. На совместной с С. Фоккарди экспериментальной установке (см. рис. 1) была проведена серия экспериментов и получены потрясающие результаты, опубликованные в работе
[3], которая осталась незамеченной физиками.
Рис. 1 Установка F.Piantelli, S.Foccardi (1994г) [3].
При дисбалансе мощности в 44 Вт за 24 суток было выработано 90 МДж избыточной тепловой энергии
[3]. Где топталась наука более 20 лет? Почему она прошла мимо этого поразительного результата?В 1996 году проведено исследование на Ni-H системах в ЦЕРНе, с неопределенными результатами, результаты опубликованы в журнале Nuovo Cimento: Серрон и др, 1996, Nuovo Cimento 109 A, N.12. В этом же году группа Ф. Piantelli сотрудничает с FIAT Avio.
В 1998 году новые эксперименты и другие результаты опубликованы группой Piantelli в журнале Nuovo Cimento: S.Focardi, V.Gabbani, V.Montalbano, F.Piantelli, S.Veronesi: «Большой избыток производства тепла в системах Ni-H», Nuovo Cimento, 111 A, N.11. 1233-1242, ноябрь 1998 г. Экспериментальная ячейка имела 72 Вт избыточной мощности в течение 278 дней (9 месяцев!), выделилось избыточного тепла около 900 МДж. Другая ячейка производила 70W избыточной мощности с входом 29W в течение 319 дней и избыточного тепла около 600MДж. Ячейки были запечатаны в течение всего времени работы, без добавления водорода извне, чтобы устранить любые второстепенные и вспомогательные источники выделения энергии от других химических и физических явлений. Работа ячеек была отключена экспериментаторами, чтобы проверить экспериментальные данные. Но они могли бы работать в течение многих лет, как это имело место в экспериментальных установках, находящихся в настоящее время в эксплуатации.
В 1999 опубликована работа: A.Battaglia, Л. Дадди, S.Focardi, V.Gabbani, V.Montalbano, Ф.Piantelli, П. Сона, С. Veronesi: -Neutron излучение в Ni-H системе, - Il Nuovo Cimento Vol. 112 А, 921-931 (сентябрь 1999).
В период с 2000 по 2005 годы исследование было прекращено из-за отсутствия средств, но в 2004 опубликована работа [4], а в 2005-2006 годах удалось сохранить и активировать работу ячейки в течение нескольких месяцев (около 70 Вт) без внешнего источника питания и без добавления газа.
В 2007 году появился как «черт из табакерки» Андреа Росси, изобретатель и инженер с бизнес жилкой, отнюдь не ученый. Он разрушил тандем Пиантелли-Фоккарди и совместно с С. Фоккарди стал разрабатывать уже не исследовательскую на Ватты, а вполне инженерную установку на десяток килоВатт с возможностью организации бизнес продаж. А. Росси продал дом, и все деньги вложил в дальнейшие исследования. Непонятно, почему он не пригласил в напарники основоположника Пиантелли, а только Серджио Фокарди, профессора Болонского университета, который был участником группы Пиантелли. За три года их усилий был создан реактор на 12 кВт мощности на выходе, который они назвали Е-Сат (energy catalyzer)
(Sh: первое поколение). Демонстрация была проведена 15-го января 2011 года на болонской пресс-конференции в присутствии журналистов (см. рис. 2 и рис. 3).
Рис. 2 А.Росси и С. Фоккарди на Болонской пресс-конференции 15 января 2011 г.
Рис. 3 А. Росси на демонстрации Е-Сат 15 января 2011 г.
Демонстрация произвела эффект разорвавшейся «информационной» бомбы. Именно с этой даты некоторая часть мировой научной общественности стала пристально следить за успехами и неудачами А. Росси. Другая часть научной общественности вылила на А. Росси ушат грязи, обвинив в подлоге, мошенничестве и еще во многих грехах, припомнив ему его прошлые неудачи.
Родоначальник открытия, Франческо Piantelli, Сиена, Италия, первым проведший оригинальное исследование никель-водородных LENR реакций, не был вовлечен в демонстрацию Е-Сат А. Росси в январе 2011г. (S. B. Krivit) и даже не упомянут.
Уже без С. Фоккарди в 2007 году Пиантелли возобновил активность в Centro IMO (Colle Val d'Elsa лаборатории), финансируемой консорциумами Tesca и Lumenergia. Положительные результаты были достигнуты, но деятельность остановлена в 2009 году из-за нехватки средств.
В 2008 году был получен новый патент IB2009 / 007549 и проведена репликация эксперимента с выделением избытка тепла в течение 8 месяцев.
В 2010 году профессор Piantelli организовал фирму Nichenergy SRL с конкретной целью поддержки исследований LENR. [1]
В 2011-2012 годах получено три новых патентах PCT / IB2012 / 052100, PCT / IB2012 / 053615, ITPI2011A000107. Начало эксперимента длительного выделения энергии в реакторе (более двух с половиной лет), проверка устойчивости работы установки.
В начале 2013 года, Европейское патентное ведомство выдало Франческо Piantelli патент на способ получения энергии из никель-водородной реакции.
22 Декабря 2014 компания Nichenergy Srl (Италия) договорилась о вступлении в организацию LENR Cities Ecosystem (Швейцария). Цель организации - ускорение развития и индустриализации передовых технологий в области энергетики, смягчения последствий ядерных отходов, трансмутации, сверхпроводимость, производство водорода, прямое производство электроэнергии.
В настоящее время два реактора находятся в эксплуатации, а один из них находится в рабочем состоянии в течение 2-х лет и 4 месяцев. Всего получено 5 патентов ЕС, один из патентов распространяет свое действие еще на 10 стран, включая США, Китай, Японию и Россию. [1]Но вернемся к А.Росси. Для привлечения сторонников А.Росси организовал некую научную независимую группу по проверке его установок. К этому моменту он создал высокотемпературную установку Е-Сат НТ
(Sh: второе поколение), которую передал этой группе на исследования. Первые испытания прошли в 16 июля 2012 года в Болонье (Италия, Viale dell’Elettricista 6D EFA Srl (EFA Ltd).) и длились 6 часов (см. рис. 4). Участники испытания Fabio Penon , M.Eng. (Nuclear Engineer, Product Certification Specialist), Fulvio Fabiani, M.Eng (E-Cat Electronic Control System Specialist), David Bianchini, M.Sc (Physicist, Radiation Measurements Specialist, Radiation Protection Report).
Рис.4 Шестичасовые испытания Е-Сат НТ 2012 г. независимой группой
Основные результаты испытаний E-Cat: длительность теста около 6 часов, потребляемая мощность - 3,56 кВт, при температуре внешней поверхности цилиндра в 800.98оС предположительно выделялось от 9,03 до 13,4 кВт, коэффициент эффективности (СОР) находился в пределах 2,5-3,76.
К декабрю 2012 года установка была доработана и испытана в течение 96 часов (см. рис.5)
(Sh: третье поколение)
Рис. 5 96 часовые испытания Е-Сат НТ в декабре 2012 г.
В ячейке использовалась нержавеющая сталь AISI 316 с черным покрытием, выдерживающим температуру до 1200 °С. Длина цилиндра 330 мм, диаметр внешнего цилиндра - 85,6 мм, диаметр внутреннего цилиндра - 29,8 мм, площадь внешнего цилиндра - 0,0887 м**2, площадь торцов - 2*0,00575=0,01151 м**2, общая площадь поверхности - 0,1002 м**2. Нагревательная катушка на 220В, внешний цилиндр - 1272,7 г, внутренний цилиндр -705,4г, керамическая оболочка - 2292,8г, керамическая шайба - 24,4 г, шпатлевка - 27,7 г, топливо - 20,38 г, полный вес - 4343,4 г. Потеря 2,6 г в весе реактора в процессе эксперимента произошла, по все видимости, из-за пыли и частичного отслаивания поверхностных слоев покрытия и герметика.
Дальнейшая доработка привела к созданию версии установки Е-Сат НТ2
(Sh: четвертое поколение), которую испытали в течение 116 часов в марте 2013г (см. рис. 6). В Е-Сат НТ2 добавили фланец 20 см диаметр и 1см толщины, 3-х фазное питание на входе. Главное отличие - в системе управления, которая позволяла устройству работать в самоподдерживающемся режиме, т.е. оставаться работоспособным и активным. Место проведения испытания: EFA Srl, Via del Commercio 34-36, Ferrara (Italy). Финансовую поддержку оказали Alba Langenskiöld Foundation and ELFORSK AB. Зафиксированная плотность энерговыделения составила 793 ± 80 MДж/л или 0,68МВт*час/кг, СОР (Е-Сат НТ) =5,6+0,8, СОР (Е-Сат НТ2) = 2,9.
Рис. 6 116 часовые испытания Е-Сат НТ2 в марте 2013 г
Вес активного заряда E-Cat HT плюс вес двух металлических крышек герметизации внутреннего цилиндра равен 0,236 кг. Результаты этих экспериментов были опубликованы в отчете [5].
Но наиболее представительный эксперимент был проведен в марте 2014 года в Лугано (Швейцария) в течение 32 суток непрерывной работы установки Е-Сат НТ3 [6]
(Sh: пятое поколение). К этому моменту установка приобрела некие контуры изящества и миниатюрности (см. рис. 7). Именно в отчете [6] были раскрыты максимально параметры установки и состав топливной смеси, что позволило А.Г. Пархомову создать аналогичную никель-водородную ячейку и повторить примерно с тем же СОР швейцарский эксперимент в Москве.
Рис. 7 Испытания Е-Сат НТ3 в марте 2014 г. в течение 32 суток
В таблице 1 представлены основные параметры экспериментальных установок и видно, как впечатляюще росли удельные параметры мощности и выделяемой энергии установок. Можно перечислить следующие эволюционные преимущества установки Е-Сат НТ3 от более ранних:
• Нет системы подачи водорода от баллона (упрощение установки, повышение безопасности, недопущение образования гремучего газа);
• Плотность энерговыделения на порядок выше (масса топлива уменьшена в 20 раз);
• Вес реактора уменьшен в 10 раз;
• Упрощена сборка;
• Отсутствует термосопротивление;
• Переход на керамику – потенциал повышения температуры;
• Более дешевые материалы;
• 380 В на катушке нагревателя вместо 220 В.
Таблица 1 Сравнение параметров установки Е-Сат различных модификаций.
На основе анализа результатов испытаний можно сформулировать некие особые условия возникновения НЭЯР в никелевой решетке:
· Критическая концентрация Н2 в решетке Никеля;
· Критическая температура;
· Наличие катализатора.
Критическая концентрация водорода в никеле достигается суммарно двумя эффектами:
Время наводораживания. Так И.С.Филимоненко, например, утверждал, что необходимо наводораживать образец в течение не менее суток. Либо использовать предварительно глубоко наводороженное топливо, либо постепенный длительный нагрев для последнего варианта с LiAlH4 с выделением Н2 при нагреве с длительной полочкой выдержки по температуре. В опытах А.Г.Пархомова этот процесс интенсивного поглощения Н2 никелем сопровождался понижением давления ниже атмосферного.
· Высокая активированная поверхность никеля за счет наночастиц с кластерной развитой поверхностью и, возможно, углеродных нанотрубок. Известно, что концентрация Н2 в поверхностном слое превышает примерно в 10 раз концентрацию Н2 в глубине образца. Из этого можно сделать вывод, что все процессы НЭЯР происходят в поверхностном слое и площадь поверхности играет определяющую роль в интенсификации процессов НЭЯР. Увеличение поверхности никеля достигается:
· уменьшением диаметра песчинок порошка;
· пористостью материала;
· формированием специальной поверхности песчинок порошка (см. рис.
;
· наличие «дефектов» в кристаллической решетке никеля.
