В рамках деловой программы выставки «Мир Климата» пройдет XVI международный...


Энергетика на Водороде

ВОДОРОДНАЯ ЭНЕРГЕТИКА


Общие сведения

Первый элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева. Относительная атомная масса 1,0079.

Существуют два стабильных изотопа водорода - 1H (протий) и 2H (дейтерий), а также один радиоактивный - 3H (тритий).

Водород - самый распространённый элемент во Вселенной (92%). Он преимущественно составляет межзвездное вещество, формирует основную массу звезд. Наше Солнце, по меньшей мере, наполовину состоит из водорода. Собственно, звезды светят благодаря непрерывному термоядерному "сгоранию" водорода в недрах звезд и превращению его в инертный гелий. Своим существованием мы обязаны энергии сгорания водорода на Солнце. И когда запасы солнечного водорода иссякнут, жизнь на Земле станет невозможной - и потому, что погаснет наше светило, и потому, что не станет воды. Правда, иссякнут они, по заявлению ученых, лишь через 30 миллиардов лет. Так что на наш век хватит.

А вот открыт водород, несмотря на то, что, можно сказать, является основой основ, был сравнительно недавно. Намного позже, чем, скажем, железо или углерод. Сделал это английский химик Г. Кавендиш в 1766 г. В 1787 г. А. Лавуазье доказал, что водород - химический элемент.

В земной природе встречается преимущественно в связанном виде (вода, минералы, уголь, нефть, живые существа, органические вещества). В свободном виде небольшие количества водорода иногда выбрасываются вулканами, в результате диффузии рассеиваясь в атмосфере. А так как средняя скорость теплового движения молекул водорода из-за их малой массы близка ко второй космической, то из слоев атмосферы эти молекулы улетают в космическое пространство.

Свойства водорода

При обычных условиях водород - газ без цвета и запаха, почти в 15 раз легче воздуха. Обладает очень высокой теплопроводностью, сравнимой с теплопроводностью металлов. Это происходит из-за легкости молекул водорода и, следовательно, большой скорости их движения. Водород хорошо растворяется в некоторых металлах: в одном объеме палладия, например, растворяется до 900 объемов водорода. В соотношении 2:1 с кислородом образует взрывчатый гремучий газ. Температура сгорания водорода чрезвычайно высока - 2800 оС. Водород является великолепным восстановителем.

Применение и получение водорода сегодня

Широкое применение водород нашел в химической промышленности - при синтезе аммиака, изготовления соляной и метиловой кислот, получения метилового спирта. В пищевой промышленности его используют для превращения жидких жиров в твердые (их гидрогенизации). Учитывая "невесомость" водорода, им заполняли и заполняют оболочки летательных аппаратов легче воздуха. Сначала это были воздушные шары, позднее - аэростаты и дирижабли, сегодня (вместе с гелием) - метеорологические зонды. Высокая температура горения, а в сочетании с электрической дугой она достигает 4000 оС, обеспечивает расплав даже самых тугоплавких металлов. Поэтому кислородно-водородные горелки используют для сварки и резки металлов. В цветной металлургии восстановлением водородом получают особо чистые металлы из оксидов. В космической технике отечественная ракета-носитель "Энергия" с успехом использует водород в качестве топлива.

Различают лабораторные и промышленные способы получения водорода

В лабораторных условиях в настоящее время применяется:
  • взаимодействие активных металлов с кислотами - неокислителями:
    Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

  • взаимодействие алюминия (или цинка) с водными растворами щелочей:
    2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2

    В промышленности:
  • электролиз воды и водных растворов щелочей и солей:
    2H2O = 2H2+ O2
    2NaCl + 2H2O = H2+ Cl2+ 2NaOH

  • пропускание паров воды над раскалённым углём при 1000оC:
    C + H2O = CO + H2

  • конверсия метана при 900оC:
    CH4 + H2O = CO + 3H2

    Перспективы применения водорода

    Сегодня многие передовые в экономическом отношении страны все более пристально рассматривают водород не только в упомянутых сферах его традиционного применения, но и как основу энергетики завтрашнего дня. На фоне катастрофического ухудшения экологического состояния планеты и истощения ресурсов углеводородного сырья, заманчиво использовать водород как абсолютно безвредное топливо для средств транспорта, обогрева жилищ в удаленных регионах, в автономных и стационарных источниках вторичной энергии. При этом наиболее заманчивым методом получения водорода является электролиз воды. Ведь сгорая, водород опять даст ту же воду. Поистине неисчерпаемый источник горючего! Но здесь встает другая проблема: для электролиза требуется электричество, а его получение из возобновляемых источников составляет сегодня ничтожную долю от общих объемов производства электроэнергии. И здесь вспомним про наше Солнце и другие звезды. Термоядерная реакция и вновь водород. Человек уже создал термоядерную (водородную) бомбу. Но в ней чудовищная по масштабам Земли энергия высвобождается в доли секунды, принося разрушения и смерть. На Солнце реакция идет миллиарды лет медленно и стабильно, принося жизнь и тепло. Ученые бьются над проблемой обуздания термояда, и не за горами то время, когда управляемая термоядерная энергия вкупе с экологически безопасным топливом навсегда избавит нас от опасений о конечности энергетических ресурсов нашей планеты и гибели окружающей среды.

    По материалам сайта http://energo.iatp.by