Раушан Ашкеева - Прикладная химия

СН 4+ Н 2О → СО + 3Н 2– 50 ккал

7СН 4+ 3О 2+ Н 2О → 7СО + 15Н 2– 34 ккал – суммарное уравнение.

Как следует из уравнений, в обоих вариантах требуется затрата больших количеств дефицитного природного газа как исходного сырья.

3. газификация угля: 2С + О 2→ 2СО + 55 ккал; С + Н 2О → СО + Н 2– 30 ккал. Комбинацией этих двух реакций можно получить смесь водорода и угарного газа, называемого «водяным газом». В последнее время метод получения водорода из воды и угля считается одним из наиболее перспективных. Но уголь – ограниченный ресурс.

Очень перспективным, по мнению специалистов, является вариант использования водяного газа для восстановления окислов железа при 800-900 0С: 2Fe3O4 + CO + H2 → 6FeO + H2O + CO2 – 22 ккал с последующей обработкой FeO водяным паром при 600-700 0С. После конденсации паров воды можно получить чистый Н 2: 3FeO + Н 2О → Fe3O4 + Н 2+ 16 ккал. Экономичность процесса здесь возрастает из-за того, что последняя реакция экзотермична и позволяет некоторое количество выделяющегося тепла использовать для нагрева водяного газа до температуры, при которых в соответствии с последней реакцией имеет место восстановления оксидов железа.

Казалось бы, самым простым и чистым способом получения водорода должен быть электролизный способ, непосредственно расщепляющий молекулу воду на водород и кислород. Но этот процесс сам требует много электроэнергии и экономически пока еще остается невыгодным.

Термолиз (термораспад) воды также нерентабельный процесс, так как при температуре 2000 0С выход водорода составляет 1 %. Но вместо термолиза напрямую предложили термохимические циклы, где водород получают в несколько стадий.

Один из циклов Mark – 1: 2CuBr2 + 4H2O → 2Cu(OH) 2+ 4HBr (730 0C);

4HBr + Cu 2O → 2CuBr 2+ H 2O + H 2(100 0C);

2CuBr 2+ 2Cu(OH) 2→ 2CuO + 2CuBr 2+ 2H 2O (100 0C);

2CuO → Cu2O + 1/2O2 (100 0C).

Отрицательное воздействие водородной энергетики на окружающую среду следующее:

• при горении водорода на воздухе развиваются температуры, достаточные для окисления азота. Поэтому кроме воды среди продуктов горения есть некоторое количество оксидов азота NхО у;

• добыча водорода из его природных соединений в соответствии с законом сохранения энергии требует столько же энергии (в реальных условиях несколько больше), сколько мы получим при окислении водорода. Следовательно, необходимо затратить эквивалентное количество первичной энергии, которая не является экологически чистой. Значит, загрязнение из одного региона (где водорода потребляют) переносится в другой (где его получают);

• низкая плотность, взрывоопасность, высокая диффузионная подвижность требуют для работы с водородом новых материалов и технологий, которые вряд ли будут экологически чистыми;

• еще одна проблема – это аккумулирование водорода. Расход водорода, как и любого другого энергоносителя, будет неравномерным. Следовательно, нужно заранее проектировать устройства для его аккумулирования. На сегодня лучшими являются интерметаллические аккумуляторы (трехкомпонентные сплавы на основе редкоземельных элементов). Следовательно, нужно увеличение производства редкоземельных элементов, что не безопасно с точки зрения охраны окружающей среды.

Таким образом, использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии и энергосбережение, возможно, решат энергетические проблемы.

Немецкие ученые подсчитали мировой технический потенциал альтернативных источников энергии в год (млрд. тонн условного топлива):

биомасса – 5,6;

гидроэнергия – 2,8;

энергия ветра – 2,8;

геотермальная энергия – 1,9;

энергия приливов – 0,9;

энергия Солнца – 6,3;

всего – 20,3 млрд. тонн условного топлива.

Для сравнения – первичной энергии используется 9 млрд. тонн условного топлива.

1. Проблемы энергетики и причины их возникновения.

2. Какова роль химии в решении энергетических проблем?

3. Классификация энергоресурсов.

4. Традиционные виды топлива, их характеристика.

5. Основные продукты переработки нефти.

6. Перспективы развития синтетического топлива.

7. Влияние энергетики на окружающую среду.

8. Что такое тепловыделяющие элементы, где их используют?

9. Проблемы ядерной энергетики.

10. Альтернативные источники энергии, их характеристика.

11. Какие существуют альтернативные источники энергии, в использовании которых преобладают химические процессы?

12. Какие способы получения водорода вам известны?