Водород в каких продуктах и веществах
Описание
Содержимое в человеческом организме
Биологическая роль
Источники
Суточная потребность
Недостаток и избыток
Токсичность
Описание
(вернуться к оглавлению)
Водород обладает атомом с простейшим строением. Он содержит один электрон и один протон. В периодической системе элементов водород занимает первое место. Водород – наиболее распространенный элемент во Вселенной, так как его атомы сосредоточены в межзвездном пространстве (88,6% атомов, 11,3% атомов приходится на гелий, и только 0,1% – атомы всех остальных элементов). Это пространство не однородно. Водород сконцентрирован в скопления в виде огромных облаков. Помимо этого, водород составляет больше половины массы солнца и большинства звезд. Водород составляет около 1% от общей массы земной коры.
Простое вещество состоит из молекул Н2. При обычных условиях водород представляет собой бесцветный газ, не имеющий запаха, по свойствам приближающийся к идеальному газу. Межмолекулярные взаимодействия в водороде слабы, и поэтому он имеет очень низкие температуры плавления (-259°С) и кипения (-253°С).
Водород взаимодействует практически со всеми простыми веществами, как с металлами, так и с неметаллами. Способность молекулярного водорода реагировать с другими веществами существенно зависит от температуры. Энергия связи в молекуле Н2 (436 кДж/моль) достаточно велика, это позволяет при комнатной температуре (и в темноте) существовать смесям водорода, например, с кислородом или хлором. Но уже при 200-400°С водород проявляет высокую химическую активность.
Из всех соединений водорода наибольшее значение имеет его оксид Н2О, называемый водой. Общее количество воды на Земле, включая связанную в минералах литосферы и мантии, оценивается в 1,6?106 км3, в том числе пресной воды — 9?107 км3. Вода — непременный участник всех процессов жизнедеятельности. В живых организмах она составляет от 50% до 90% их общей массы.
Пресная вода содержит в среднем 35 г/л растворенных солей. В основном это хлористый натрий NaCL (27 г/л). Установлено, что океанская вода содержит в той или иной форме практически все элементы периодической системы.
Вода обладает уникальной химической связью, которая обуславливает ее уникальные химические свойства – увеличение плотности воды при плавлении. Она обладает значительной способностью реагировать с другими веществами. Вода реагирует со многими простыми веществами, как металлами, так и неметаллами, с оксидами, галогенидами и другими классами веществ. Наконец, вода является прекрасным катализатором большинства окислительно-восстановительных реакций.
Помимо оксида, водород образует еще одно соединение с кислородом – пероксид водорода Н2О2. Возможность его образования и свойства в большей мере определяются свойствами кислорода, чем водорода.
Взаимодействие кислорода и водорода протекает достаточно сложно, при этом скорость взаимодействия сильно зависит от температуры. Вода при непосредственном столкновении молекул Н2 и О2 не образуется. Важно то, что при появлении каждого нейтрального атома водорода образуется не одна, а несколько молекул воды. Взаимодействие водорода и кислорода может происходить не только под воздействием температуры, но и под влиянием катализатора, особенно платины.
Содержание в человеческом организме
(вернуться к оглавлению)
Водород входит в состав почти всех органических соединений, из чего следует, что в организме человека он распространен. Он входит в состав аминокислот, составных частей белков, представляющих основу жизнедеятельности. Помимо этого, водород является компонентом жиров и углеводов, веществ, обеспечивающих процесс жизнедеятельности живых организмов.
Помимо этого, водород присутствует человеческом организме в виде воды. Вода выступает в качестве главной среды процессов жизнедеятельности. В ней растворяется большинство веществ, участвующих в процессах метаболизма. Ниже указано содержание воды в органах и тканях человека.
Содержание воды в организме человека
Орган, ткань, биологическая жидкость | Содержание воды, % |
Головной мозг | 83 |
Спинной мозг | 74,8 |
Почки | 82 |
Сердце | 79 |
Легкие | 79 |
Мышцы | 75 |
Кожа | 72 |
Печень | 70 |
Скелет | 46 |
Желудочный сок | 99,5 |
Слюна | 99,4 |
Плазма крови | 92 |
Моча | 83 |
Желчь | 75 |
Слезная жидкость | 99 |
Биологическая роль
(вернуться к оглавлению)
Как уже было сказано выше, водород входит в состав органических соединений, из которых состоят органические формы жизни. Он входит в состав белков (10%), жиров (4,9%), углеводов (6,18%), нуклеиновых кислот, гормонов, ферментов, витаминов, то есть можно сказать, что водород в той или иной степени важен для всех органов и систем живого организма, и всех, протекающих в них процессов, поддерживающих его жизнедеятельности.
Помимо этого, водород входит в состав воды, которая составляет 60% от массы тела и является основой жизни.
Источники
(вернуться к оглавлению)
Основными источниками водорода являются вода и пища, состоящая все из тех же органических веществ – белков, жиров, углеводов и других. При попадании в организм эти вещества под действие пищеварительной системы распадаются до мономеров, которые в дальнейшем используются нашим организмом для собственных нужд. В основе этого процесса лежат соединения, в состав которых входит водород.
Суточная потребность
(вернуться к оглавлению)
Суточная потребность водорода не нормируется, но существуют нормы потребления вышеперечисленных органических веществ с пищей, в состав которых входит водород.
Помимо этого, существует суточная норма потребления воды, как необходимого для жизни вещества, она составляет 3 л.
Недостаток и тзбыток
(вернуться к оглавлению)
Вряд ли, представляется возможным оценить, как на организм влияет недостаток или избыток водорода, поскольку он входит в состав почти всех необходимых человеку веществ. Поэтому можно оценивать влияние нехватки или избытка лишь конкретных его соединений.
Особенное значение стоит уделить нехватке воды. Так как вода является основой живого организма, то ее недостаток отрицательно влияет на все происходящие в нем процессы. Недостаток воды приводит к такому патологическому состоянию как обезвоживание, которое может быть смертельно при потере воды 20-25% от общего количества воды в организме. Это может быть вызвано как недостаточным поступлением воды в организм человека, так и чрезмерной ее потерей, в следствии различных физиологических нарушений (например, диарея).
Токсичность
(вернуться к оглавлению)
Сам по себе водород не токсичен, но он является весьма распространенным веществом, входящим в состав множества токсичных химических соединений. Например, водород является частью бензола C6H6, вещества, стоящего на втором месте по токсичности согласно данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ). Или, например, так называемая тяжелая вода D2O, представляющая собой соединение изотопа водорода дейтерия и кислорода, так же является токсичным веществом.
Химические свойства
водорода
При обычных условиях молекулярный Водород сравнительно мало активен, непосредственно соединяясь лишь с наиболее активными из неметаллов (с фтором, а на свету и с хлором). Однако при нагревании он вступает в реакции со многими элементами.
Водород вступает в реакции с простыми и сложными веществами:
— Взаимодействие водорода с металлами приводит к образованию сложных веществ — гидридов, в химических формулах которых атом металла всегда стоит на первом месте:
При высокой температуре Водород непосредственно реагирует с некоторыми металлами (щелочными, щелочноземельными и другими), образуя белые кристаллические вещества — гидриды металлов (LiН, NaН, КН, СаН2 и др.):
Н2 + 2Li = 2LiH
Гидриды металлов легко разлагаются водой с образованием соответствующей щелочи и водорода:
СаH2 + 2Н2О = Са(ОН)2 + 2Н2↑
— При взаимодействии водорода с неметаллами образуются летучие водородные соединения. В химической формуле летучего водородного соединения, атом водорода может стоять как на первом так и на втором месте, в зависимости от местонахождения в ПСХЭ (см. табличку в слайде):
1). С кислородом
Водород образует воду:
Видео «Горение водорода»
2Н2 + О2 = 2Н2О + Q
При обычных температурах реакция протекает крайне
медленно, выше 550°С — со взрывом (смесь
2 объемов Н2 и 1 объема О2 называется гремучим газом).
Видео «Взрыв гремучего газа»
Видео «Приготовление и взрыв гремучей смеси»
2). С галогенами
Водород образует галогеноводороды, например:
Н2 + Cl2 = 2НСl
При этом с фтором Водород взрывается (даже в темноте и
при — 252°С), с хлором и бромом реагирует лишь при освещении или нагревании, а
с йодом только при нагревании.
3). С азотом
Водород взаимодействует с образованием аммиака:
ЗН2 + N2 = 2NН3
лишь на катализаторе и при повышенных температуpax и
давлениях.
4). При нагревании Водород энергично реагирует с серой:
Н2 + S = H2S (сероводород),
значительно труднее с селеном и теллуром.
5). С чистым
углеродом Водород может реагировать без катализатора только при высоких
температуpax:
2Н2 + С (аморфный) = СН4 (метан)
— Водород вступает в реакцию замещения с оксидами металлов, при этом образуются в продуктах вода и восстанавливается металл. Водород — проявляет свойства восстановителя:
Водород используется для восстановления многих металлов, так как отнимает кислород у их
оксидов:
CuO + H2 = Cu + H2O,
Fe3O4 + 4H2 = 3Fe +
4Н2О, и т. д.
Применение
водорода
Видео «Применение водорода»
В настоящее время водород получают в огромных
количествах. Очень большую часть его используют при синтезе аммиака,
гидрогенизации жиров и при гидрировании угля, масел и углеводородов. Кроме
того, водород применяют для синтеза соляной кислоты, метилового спирта,
синильной кислоты, при сварке и ковке металлов, а также при изготовлении ламп
накаливания и драгоценных камней. В продажу водород поступает в баллонах под
давлением свыше 150 атм. Они окрашены в тёмно-зелёный цвет и снабжаются красной
надписью «Водород».
Водород используется для
превращения жидких жиров в твердые (гидрогенизация), производства жидкого
топлива гидрогенизацией углей и мазута. В металлургии водород используют как
восстановитель оксидов или хлоридов для получения металлов и неметаллов
(германия, кремния, галлия, циркония, гафния, молибдена, вольфрама и др.).
Практическое применение водорода
многообразно: им обычно заполняют шары-зонды, в химической промышленности он
служит сырьём для получения многих весьма важных продуктов (аммиака и др.), в
пищевой — для выработки из растительных масел твёрдых жиров и т. д. Высокая
температура (до 2600 °С), получающаяся при горении водорода в кислороде,
используется для плавления тугоплавких металлов, кварца и т. п. Жидкий водород
является одним из наиболее эффективных реактивных топлив. Ежегодное мировое
потребление водорода превышает 1 млн. т.
ТРЕНАЖЕРЫ
№1. Химические свойства водорода
№2. Водород
ЗАДАНИЯ ДЛЯ ЗАКРЕПЛЕНИЯ
Задание №1
Составьте уравнения реакций взаимодействия водорода со следующими веществами: F2, Ca, Al2O3, оксидом ртути (II), оксидом вольфрама (VI). Назовите продукты реакции, укажите типы реакций.
Задание №2
Осуществите превращения по схеме:
H2O -> H2 -> H2S -> SO2
Задание №3.
Вычислите массу воды, которую можно получить при сжигании 8 г водорода?
Элемент водород начинает Периодическую систему – он имеет порядковый номер 1. Это самый легкий из химических элементов. Обладая уникальными свойствами, частично напоминающими свойства галогенов, частично – щелочных металлов, он оказывается расположенным и в первой, и в VII группах Периодической системы.
Строение водорода
Атом водорода имеет очень простое строение – в нем содержится всего один протон и один электрон. Отдавая электрон, атом приобретает степень окисления +1, а принимая его – степень окисления –1. Относительная атомная масса атома водорода равна 1. Однако в природе существуют и более тяжелые атомы водорода – дейтерий (содержит один нейтрон, поэтому его масса равна 2) и тритий (содержит два нейтрона, атомная масса равна 3).
Водород – самый распространенный элемент во Вселенной. На Земле он уступает по распространенности кислороду, кремнию и некоторым другим элементам. Главное соединение водорода – вода. Также он содержится в природном газе, нефти, в некоторых минералах, в белках, жирах и углеводах.
Физические свойства
При обычных условиях водород – газ, состоящий из двухатомных молекул. Он не имеет ни цвета, ни запаха, мало растворим в воде (1,82 мл в 100 г воды при 20 $^circ C$). При сильном сжатии и охлаждении переходит в жидкое состояние. Жидкий водород кипит при –253°C, при этой температуре азот и кислород находятся в кристаллическом состоянии. Твердый водород образуется при охлаждении до –259°C.
Газообразный водород обладает рядом уникальных свойств. Благодаря маленькому радиусу атомы и молекулы водорода могут проникать через резину, стекло и даже через металлы. Некоторые металлы, например, платина и палладий, способны растворять значительные количества газообразного водорода. Водород в 14,5 раз легче воздуха, 100 л водорода при 0$^circ C$ весят всего 9 г. Это самый легкий из газов и самое легкое вещество.
Химические свойства
При комнатной температуре реагирует лишь с фтором, а на свету – с хлором, при нагревании – с кислородом, серой, азотом, углеродом:
H$_2$ + X$_2$ = 2HX (X = F, Cl)
2H$_2$ + O$_2$ = 2H$_2$O,
H$_2$ + S = H$_2$S,
3H$_2$ + N$_2$ = 2NH$_3$.
С кислородом и воздухом водород образует взрывчатые смеси. Особенно опасна смесь одного объема кислорода и двух объемов водорода. Ее называют гремучим газом.
При взаимодействии с щелочными и щелочноземельными металлами образует гидриды. Восстанавливает некоторые металлы из оксидов:
CuO + H$_2$ = Cu + H$_2$O
HgO + H$_2$ = Hg + H$_2$O
Получение водорода
В лаборатории получают действием цинка на разбавленные кислоты – серную или соляную:
Zn + H$_2$SO$_4$ = ZnSO$_4$ + H$_2$
Реакцию обычно проводят в аппарате Киппа.
Также образуется при действии растворов щелочей на цинк, кремний и алюминий, при реакции щелочных и щелочноземельных металлов и их гидридов с водой.
В промышленности водород получают электролизом воды, термическим разложением (пиролизом) углеводородов, в смеси с угарным газом взаимодействием угля и природного газа с перегретым водяным паром (водяной газ, синтез-газ).
Применяется водород в синтезе аммиака, хлороводорода и соляной кислоты, метилового спирта, получении некоторых металлов из оксидов, при гидрировании растительных жиров. В смеси с угарным газом (синтез-газ) используется для получения разнообразным органических веществ. Является перспективным топливом.
Часть 2.
Так как водород, фактически, не встречается на Земле в свободной форме, его вынуждены извлекать из прочих связанных соединений.
Одним из главных преимуществ водородной энергетики является большое разнообразие химических способов получения водорода.
Преимуществом тут является независимость от одного метода получения водорода, что благоприятно сказывается на энергетической безопасности всей концепции водородной энергетики.
Основными методами получения водорода являются:
1. паровая конверсия метана и природного газа;
2. газификация угля;
3. электролиз воды;
4. пиролиз;
5. частичное окисление;
6. биотехнологии.
Водород можно получать взаимодействием активных металлов с кислотами-неокислителями. Например, взаимодействием Цинка и Хлороводорода:
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2.
Как мы видим, взаимодействие Цинка с соляной кислотой даёт выход водорода. Существуют и другие способы подобного получения водорода. Например, взаимодействие алюминия с водными растворами щелочей и т.п. Однако, подобный способ подходит лишь для лабораторных исследований и демонстраций, потому что он очень дорогой.
Концепция водородной энергетики подразумевает промышленное производство водорода; массовость и дешевизна должны быть неотъемлемой частью всей концепции.
Промышленные способы добычи водорода:
1. Электролиз воды
Промышленная установка щелочного электролиза воды
Разберём его чуть подробнее, так как много всяких изобретателей пытаются использовать именно эту технологию.
Воздействуя на дистиллированную воду электрическим током, можно разложить её на составляющие — кислород и водород:
2H2O = 2H2 + O2.
«Впервые электролитическое разложение воды на кислород и водород было осуществлено в 1800 году, а промышленное освоение этого метода началось с 1888 года, когда стали доступны генераторы постоянного тока».
Электролиз воды — довольно дорогая технология получения водорода. В совокупности, на неё приходится всего 4-5% от общего произведённого объёма водорода.
Технология электролиза воды выглядит привлекательно в связи с экологической чистотой получения и возможности создания установок с широким диапазоном производительности (от нескольких литров до сотен кубометров водорода в час).
Способ прост и удобен в эксплуатации, обладает высокой чистотой производимого водорода. Дополнительно, побочным продуктом является получение кислорода — ценного химического вещества.
Но главное, электролиз водорода — очень перспективный метод экологически чистого получения водорода из возобновляемых или атомных источников энергии.
Я напомню, что концепция производства водородной энергетики и её дальнейшего развития в водородную экономику преследует именно экологическую чистоту.
Методов разложения воды для выделения водовода множество.
Основные из них:
- электрохимический;
- термический;
- термохимический;
- биохимический;
- фотохимический;
- электролитический.
Разумеется, наиболее проработанный и изученный метод – электролитический. Он позволяет производить водород с КПД до 90%.
Существуют три промышленных способа реализации электролизной технологии производства водорода. Они отличаются типом используемого электролита и условиями проведения электролиза.
Способы реализации электролизной технологии производства водорода
Щелочной электролиз — процесс прохождения электрического тока через раствор электролита от анода к катоду, вследствие чего на них образуются газы — соответственно, водород и кислород:
1. на аноде: 2H2O + 2e– → H2 + 2OH;
2. на катоде: 2OH– → 0,5O2 + H2O + 2e;
3. суммарная реакция: H2O → H2 + 0,5O2.
Дальнейшим усовершенствованием технологии в области КПД и экономичности стала разработка электролизёров с твердо-полимерным электролитом (ТПЭ).
ТПЭ-электролизёры в 6 раз дороже водно-щелочных с аналогичными характеристиками, но при этом экологически чистые; имеют значительно меньшие массо-габаритные характеристики и энергозатраты, повышенный уровень безопасности, возможность работы в нестационарных режимах, простое обслуживание.
Основной элемент ТПЭ — беспористая полимерная мембрана перфторированного углерода, обладающая высокой химической стойкостью и высокой электропроводностью. Переносчиком заряда в таких мембранах является гидратированный протон:
1. на анод: H2O → O2 + 4H+;
2. на катод: 4H(+) + 4e(–) → 2H2.
Минимальная чистота получения водорода электролизом с ТПЭ — 99,98%.
Принципиальная схема электролизной ячейки с ТПЭ
Третий метод — высокотемпературный электролиз водяного пара. Проводится в ячейках с твёрдым электролитом на основе оксидов циркония, оксидов некоторых элементов (оксиды кальция, иттрия, иттербия, селена, ванадия) для увеличения его электропроводимости. Подобный электролит обладает униполярной проводимостью — ток через него переносится ионами кислорода, образующимися при диссоциации воды и выделении водорода на катоде:
Н2О (пар) + 2е → О2 + Н2 (газ) катод О 2(–) → 0,5 О2 (газ) + 2е.
Вывод водорода осуществляется из катодного пространства вместе с непрореагировавшим паром.
Принципиальная схема ячейки для высокотемпературного электролиза водяного пара с коаксиальным расположением электродов: 1 — катодное пространство ячейки; 2 — катод; 3 — твёрдый электролит на основе оксидов циркония; 4 — анод; 5 — анодное пространство ячейки
Независимо от способа реализации, основной вклад в стоимость водорода, производимого методом электролиза (70–90 %), вносят затраты на электроэнергию!
В комментариях к прошлой статьи читатель писал о якобы новом изобретённом им способе электролиза для получения водорода из морской воды. Но ничего нового тут нет. Смотрим формулу:
2NaCl + 2H2O = H2+ Cl2+ 2NaOH.
Ну это же элементарно, давно известно и вовсю применяется.
Для получения водорода из воды при электролизе требуется, как минимум, столько же энергии, сколько её выделяется при сгорании водорода. Однако не вся эта энергия должна поступать в виде электроэнергии — можно использовать в электролизёрах и тепловую энергию воды. Тут имеется энергетический баланс: чем выше её температура, тем больше вклад тепловой энергии и меньше вклад электрической. В ряде случаев это сулит немалую выгоду — можно использовать тепло от любого источника: скажем, от ядерного реактора. Особенно значительна экономия электроэнергии при температурах воды в районе тысячи градусов. Однако, в этих условиях сама вода переходит в пар, и снова потребуется твердый термостойкий электролит.
Многочисленные работы, в которых сделана попытка дать технико-экономическую оценку путей развития производства водорода на ближайшие годы, свидетельствуют о перспективности разрабатываемых электрохимических методов.
В перспективе можно ожидать, что параллельно с разработкой термических, термохимических, биохимических и других методов получения водорода из воды, начнутся интенсивные работы по усовершенствованию существующих и созданию более экономичных новых методов электролитического разложения воды на базе электрической энергии станций, работающих на атомной энергии. Одно из таких направлений уже разрабатывается — электролиз воды под давлением.
2. Паровая, или парокислородная конверсия метана (ПКМ).
Производство водорода методом риформинга конверсии метана
Метан – основной компонент природного газа, его концентрация в нём достигает от 77 до 99%. Высокое содержание метана и в попутных нефтяных газах – от 31 до 91%. Метан — это, фактически, большая молекула водорода, которая состоит из одного атома углерода и 4-х атомов водорода. Уже из химической формулы ясно, что метан «сильно обогащён» водородом. Следовательно, получение водорода именно из метана должно быть наиболее рентабельным.
Схема реактора паровой конверсии метана
Процесс отделения водорода от углеродной основы в метане протекает в трубчатых печах (химических паровых реформерах) с внешним подводом теплоты при температурах 750–850 градусов Цельсия через стенку трубы на каталитических поверхностях (никель, корунд и др.):
CH4+H2O ↔ CO+3H2;
далее с монооксидом углерода, или попросту «угарным газом», идёт реакция:
CO+H2O ↔ CO2+H2.
Это самый дешёвый и рентабельный способ получения водорода. Себестоимость процесса — от 2 до 5 долларов за 1 кг водорода!
В парокислородной конверсии вместе с горячим паром в активную зону реактора подаётся кислород. Реакции процесса аналогичные, что и для ПКМ, однако дополнительно происходит окисление метана кислородом:
CH4+O2 ↔ 2CO+3H2.
Реагирование веществ в парокислородной конверсии метана даёт общий результирующий тепловой эффект, равный нулю!
Это делает установку дороже на 5–10 %.
Главное преимущество парокислородной конверсии по сравнению с ПКМ — передача теплоты напрямую, а не через стенку теплообменника.
Сравнение характеристик ПКМ и парокислородной конверсии
В настоящий момент уже разработан высокоэффективный проточный мембранный аппарат для одновременного риформинга метана и окисления СО на никелевых и палладиевых катализаторах. Чистота водорода достигает 99,999 %, тогда как при конверсии природного газа — всего 76,2 %.
3. Газификация угля
Установка газификация угля
Самый старейшим с 1940-вых годов способом получения водорода является газификация угля. Справедливо встаёт вопрос: причём здесь уголь, ведь в его составе всего около 6% нужного нам газа? Однако, получение водорода из угля связано с термическим разложением воды, а сам уголь непосредственно используется в качестве энергоресурса и химического реагента. В угле много углерода, который и будет реагировать с кислородом, водой и угарным газом.
Воздействуя на уголь одновременно водяным паром и кислородом, получаем уже знакомую парокислородную конверсию.
Основные реакции процесса газификации угля:
C+O2 ↔ CO2;
C+2H2O ↔ CO2+2H2;
C+H2O ↔ CO+H2;
C+CO2 ↔ 2CO.
Существует большое количество способов газификации угля. Они отличаются термодинамическими параметрами, размером и принципом подачи угля в газогенератор, а также способом удаления шлака. Существует многоступенчатый процесс производства водорода железопаровым способом:
Fe3O4+CO ↔ 3FeO+CO2;
Fe3O4+H2 ↔ 3FeO+H2O.
Все рассмотренные методы — это автотермическое проведение реакций газификации, где в методе с CO2-акцептором осуществлён аллотермический подвод теплоты за счёт реакции СаО с двуокисью углерода. Далее, в регенераторе карбонат кальция разлагается термически:
CaO+CO2 ↔ CaCO3;
CaCO3 ↔ CaO+CO2.
Есть и классические процессы: Лурги, Копперс-Тотцека и Винклера.
Производство синтез-газа, в состав которого входят: водород, метан, окислы углерода и прочие газы — может быть также основано на переработке биомассы и промышленно-бытовых отходов, что одновременно способствует решению экологических проблем. Например, переработать отходы жизнедеятельности рогатого скота, да и вообще любого другого сельскохозяйственного животного.
При термохимической обработке биомассы её нагревают без доступа кислорода до температуры 500–800 градусов Цельсия, в результате чего образуются водород, метан и оксид углерода.
Для выделения водорода из синтез-газа используются разнообразные методы: адсорбция, абсорбция, диффузии через мембраны, электрохимическая конверсия, глубокое охлаждение, катализ.
Параметры методов газификации угля
Это основные, хорошо освоенные и изученные методы промышленного получения водовода. Однако все они дороги в сравнении с традиционной энергетикой. Водород — дорогое топливо. Поэтому его сегодня практически не используют (именно в качестве топлива).
Структура мирового производства (а) и потребления (б) водорода
Основными потребителями водорода являются химическая промышленность и нефтепереработка. Водород является ключевым элементом в производстве минеральных удобрений (получение аммиака).
Более половины потребляемого в мире водорода на сегодняшний день используется в качестве химического сырья. Раскисляющее действие водорода широко применяют в порошковой металлургии, металлообработке, производстве стекла, синтетических рубинов и т.п. Применение водорода в микроэлектронике, главным образом, связано с получением кремния путём восстановления SiCl4. Основным потребителем водорода как топлива является космонавтика. Комбинация «жидкий водород (топливо) — жидкий кислород (окислитель)» обеспечивает выделение максимального количества энергии на единицу веса, что является определяющим критерием для аэрокосмических приложений.
Существуют ли перспективные методы получения водорода, которые будут отличаться дешевизной и качеством? Такие существуют. И не только теоретические, но практические способы.
Например:
плазмохимический способ, который обещает быть в 15 раз дешевле электролизного;
хорошо проработанный способ получения водорода благодаря использованию ядерной энергетики (концепция атомно-водородной энергетики);
получение водорода с помощью альтернативных источников энергии;
усовершенствование методов электролиза воды;
способ использования вещества мантии Земли для получения водорода;
перспективы развития водородной энергетики на основе алюминия и т.д.
О некоторых перспективных способах поговорим в следующей статье.
Часть 3. Водородная энергетика: атомно-водородная технология
================================================================
P. S. Ссылки на источники теперь находятся в группе Вконтакте!