Как происходит процесс разложения воды электрическим током
Чистая, дистиллированная вода почти совершенно не проводит электрического тока.
Она обладает огромным сопротивлением. Например, сопротивление кубического сантиметра дважды перегнанной воды равно сопротивлению медной проволоки сечением в квадратный миллиметр, длина которой равна примерно 200 тысячам километров. Таким количеством проволоки можно больше чем 20 раз соединить между собой Москву и Владивосток. Для электролиза дистиллированная вода не годится. Нужна такая вода, которая бы хорошо проводила электрический ток, то есть была бы электропроводной.
Чтобы сделать воду электропроводной, в ней нужно растворить какую-нибудь соль, кислоту или основание, которые дают ионы.
Большинство химических соединений, растворяясь в воде, распадаются на части, которые приобретают при этом тот или иной заряд. Образующиеся заряженные частицы называются ионами, а разложение вещества на ионы — электролитической диссоциацией.
Обыкновенная поваренная соль (NaCl) при растворении в воде распадается на ион натрия (Na+), заряженный положительно, и ион хлора (Сl—), заряженный отрицательно. Ионы натрия и хлора, имеющие только по одному заряду, называются одновалентными ионами. Ионы, которые имеют два или три заряда, называются двух- или трехвалентными. В качестве примера двухвалентного иона можно привести ион кальция (Са). Хлористый кальций (СаСl2), диссоциируя на ионы, дает два одновалентных отрицательных иона хлора (2Сl) и один двухвалентный ион кальция (Са), заряженный положительно. Треххлористое железо (FeCl3) при диссоциации на ионы дает три одновалентных отрицательных иона хлора (3Сl—) и один трехвалентный положительный ион железа (Fe+++).
Итак, при электролитической диссоциации соли образуются отрицательно заряженные ионы, которые называются анионами, и положительно заряженные ионы — катионы.
Кислоты при диссоциации образуют положительно заряженный ион водорода и отрицательно заряженный кислотный остаток.
Серная кислота (H2SO4) распадается на два положительно заряженных иона водорода (2Н+) и кислотный остаток — анион (SO4—), обладающий двумя отрицательными зарядами.
Щелочи при диссоциации образуют положительный ион металла и отрицательный ион гидроксила. Положительные и отрицательные ионы, образующиеся при растворении в воде солей, кислот и оснований, переносят через раствор электрический ток.
Если в раствор, содержащий ионы, поместить две металлические пластинки и подключить к ним постоянный ток от аккумулятора, то положительные ионы — катионы — сразу же начнут передвигаться к отрицательному электроду, который называется катодом, а отрицательные ионы — анионы — направятся к положительному полюсу — аноду. Находящиеся у электрода анионы отдадут ему свои отрицательные заряды — электроны (е) — и разрядятся. В то же самое время разрядятся и катионы, получив электроны от своего электрода. Их места тут же занимают новые ионы, и через раствор начинает проходить электрический ток.
Чем больше ионов в растворе, тем лучше через него будет проходить электрический ток и тем больше электропроводность такого раствора.
Чтобы получить много ионов, недостаточно растворить много вещества. Необходимо, чтобы взятая соль, кислота или основание хорошо распадались на ионы, то есть хорошо диссоциировали. Имеются такие химические соединения, которые диссоциируют очень хорошо, и почти все молекулы растворенного вещества распадаются на ионы. Но есть и такие, которые диссоциируют плохо: только очень незначительная часть всех растворенных молекул распадается на ионы, а остальные остаются в виде недиссоциированных молекул.
Отношение числа распавшихся молекул к общему числу растворенных молекул называется степенью диссоциации. Чем меньше степень диссоциации, тем хуже электропроводность раствора.
К соединениям, обладающим плохой электропроводностью, относится дистиллированная вода. Подсчитано, что из 10 миллионов молекул воды на ионы распадается только одна молекула, образуя один положительно заряженный ион водорода (Н+) и один отрицательно заряженный ион гидроксила (ОН—).
Понятно, что при такой малой диссоциации электропроводность дистиллированной воды должна быть совершенно ничтожной и она не может быть использована для электролиза. Вот почему для получения из воды кислорода необходимо иметь подкисленную или подщелоченную воду.
Прохождение электрического тока через раствор: 1 — катод; 2 — анод; 3 — положительно заряженные ионы — катионы; 4 — отрицательно заряженные ионы — анионы.
Нам уже известно, что кислота в воде диссоциирует на ионы водорода и кислотный остаток, а щелочь — на ионы металла и ионы гидроксила. Естественно было бы ожидать, что в растворе, подкисленном серной кислотой, на катоде будут разряжаться ионы водорода, а на аноде — ионы SO4—. Ионы водорода, разрядившись, перейдут в атомы, которые, соединяясь попарно, дадут молекулу водорода, а ионы SO4—, отдав свой заряд электроду, перейдут в раствор в виде незаряженного кислотного остатка — радикала SO4. Соединяясь с водой, этот радикал образует серную кислоту и кислород.
Можно было бы ожидать, что в щелочных растворах ионы натрия (Na + (e) → Na) разрядятся на катоде, переходя в атомы натрия, которые, соединяясь с водой, дадут щелочь и водород (2Na + 2H2O → 2NaOH + H2). На аноде ионы гидроксила, потеряв свои электроны, соединятся попарно, образуя из радикалов воду, освобождая кислород (4OH— — 4(e) → 2H2O + O2).
Однако в действительности в кислых и щелочных растворах процесс образования кислорода и водорода происходит иначе.
Несмотря на то, что в щелочных растворах имеется очень много ионов натрия и мало ионов водорода, на катоде в первую очередь разряжаются ионы водорода.
В растворах, подкисленных серной кислотой, на аноде прежде всего разряжаются ионы гидроксила, полученные за счет диссоциации воды, а не ионы SO4—, которых неизмеримо больше. Это объясняется тем, что разряд ионов водорода или гидроксила происходит легче, чем ионов натрия или SO4—.
Поэтому в щелочных растворах, которые обычно применяются для электролиза воды, на катоде разряжаются главным образом ионы водорода, а на аноде — ионы гидроксила. Как только эти ионы разрядятся, немедленно образуются новые ионы за счет диссоциации молекул воды.
Таким образом, при электролитическом получении кислорода и водорода расходуется только вода. Литр воды дает примерно 1360 литров водорода и 680 литров кислорода.
Электролиз воды: 1 — банка с электролитом; 2 — катод, на котором выделяется водород; 3 — анод, на котором выделяется кислород; 4 — трубка для отвода газов; 5 — чашечка с водой.
Под руководством учителя и соблюдая меры предосторожности, можно сделать опыт, показывающий, как разлагается вода.
Возьмите банку с широким горлом и наполните ее на две трети 20-процентным водным раствором щелочи. Плотно закройте банку пробкой, в которую вставлены две никелевые проволочки с небольшими пластинками на концах — электродами. В середину пробки вставьте коротким концом загнутую стеклянную трубку, через которую будут выходить газы.
Второй, длинный конец трубки опустите в чашку с водой, чтобы в нее во время опыта не попадал воздух. Подключите к верхним концам электродов постоянный ток от двухвольтового аккумулятора. На электродах под раствором сразу же появятся пузырьки газа. Это кислород и водород, которые, смешиваясь, образуют гремучий газ.
Вспомним свойство этой смеси газов. Если ее поджечь, она легко взрывается.
Поэтому подходить с огнем к банке опасно.
Чтобы убедиться, что в банке образовались кислород и водород, пропустите сначала немного газа через чашечку с чистой водой, а затем поставьте вместо нее чашечку с мыльной водой.
Образуются мыльные пузыри, наполненные гремучим газом. Раздастся легкий взрыв.
В пузыре была гремучая смесь — смесь одного объема кислорода с двумя объемами водорода.
Мы пока только разложили воду, но не разделили образовавшиеся газы и не получили кислорода.
Источник: В. Медведовский. Кислород. Государственное Издательство Детской литературы Министерства Просвещения РСФСР.
Ленинград. Москва. 1953
обещает ли водородный поезд революцию в энергетике — РБК
www.adv.rbc.ru
www.adv.rbc.ru
www.adv.rbc.ru
Скрыть баннеры
Ваше местоположение ?
ДаВыбрать другое
Рубрики
Курс евро на 1 октября
EUR ЦБ: 52,74
(-2,67)
Инвестиции, 30 сен, 16:32
Курс доллара на 1 октября
USD ЦБ: 55,3
(-2,11)
Инвестиции, 30 сен, 16:32
В Сочи нашли пропавшую группу туристов с тремя детьми Общество, 10:49
Вас подставил коллега: способы справиться с ситуацией — Fast Company Pro, 10:42
Почему штраф за отсутствие ОСАГО должен быть равен цене полиса Партнерский проект, 10:39
www.
adv.rbc.ru
www.adv.rbc.ru
Договор дарения доли в квартире: как правильно оформить Недвижимость, 10:37
В Чечне назвали неудачными попытки наступления ВСУ в Херсонской области Политика, 10:31
Что известно о регионах, присоединяющихся к России Политика, 10:30
Третьего хоккеиста оштрафовали за покупку военного билета Спорт, 10:27
Объясняем, что значат новости
Вечерняя рассылка РБК
Подпишитесь за 99 ₽ в месяц
Капризов и Кучеров вошли в топ-20 лучших игроков по версии NHL Network Спорт, 10:25
Япония заявила о желании мирно решить территориальные споры с Россией Политика, 10:24
Военная операция на Украине.
Главное
Политика, 10:23
Китай заявил, что раздувание ядерной угрозы «лишь подольет масла в огонь» Политика, 10:22
ЦБ разработал новую схему определения официального курса рубля Финансы, 10:15
ИТ-рынок России может избежать плохого сценария. В чем он заключается Pro, 10:13
Стремоусов заявил о попытках ВСУ прорвать оборону в Херсонской области Политика, 10:10
www.adv.rbc.ru
www.adv.rbc.ru
www.adv.rbc.ru
Водородное топливо само по себе не решит всех проблем, но может стать способом более эффективного и безопасного для окружающей среды использования энергии
В Германии начал работать первый регулярный поезд на водородном топливе.
Состав, изготовленный французской компанией Alstom, проехал от Букстехуде недалеко от Гамбурга до Куксхафена на побережье Северного моря. Поезд движется со скоростью до 140 км/ч, одной заправки ему хватает на тысячу километров. Топливный бак находится на крыше, топливный элемент преобразует энергию горения водорода в электричество, за счет которого работает мотор. Для экономии энергии состав также снабжен аккумуляторами, запасающими электричество в случае перепроизводства (допустим, мы едем под горку) и поставляющими — в случае недостатка (наоборот — в горку). К 2021 году число таких поездов на маршруте обещают довести до 14. Чем же хорошо (и чем плохо) водородное топливо?
Бегство от нефти
Основным сырьем для моторного топлива была и остается нефть. Долгое время переживали, что это ископаемый вид топлива, который может в какой-то момент кончиться. Этот отдаленный риск имеет более серьезные последствия, чем неработающие двигатели: нефть — основной источник сырья для органического синтеза.
Практически все синтетические материалы — ткани, пластики для мебели, бытовой техники и прочих полезных современных вещей — производятся из нефти. Собственно, приписываемое Менделееву выражение «топить печь нефтью — это все равно что топить печь ассигнациями» предостерегало именно от этого. Нефть слишком ценна, чтобы ее сжигать.
www.adv.rbc.ru
Встал вопрос о поиске возобновляемого источника углеводородов. Им могло бы стать биотопливо, и в начале века это направление было очень важным и перспективным в науке. Перед учеными стояла задача — научиться перерабатывать растения так, чтобы из них получалось топливо, не уступающее по эффективности ископаемому. Собственно, самое простое такое топливо — тот же алкоголь. Одна беда — перерабатывать в него хорошо получается только съедобные растения, а их производство энергозатратно само по себе. К тому же многие люди на Земле и так голодают, — как можно использовать продукты питания для топлива?
www.
adv.rbc.ru
Есть еще и проблема изменения климата. Традиционное топливо плохо не только ископаемостью, но и неизменным выделением углекислого газа в атмосферу. Бум биотоплива закончился, не начавшись, в том числе и потому, что при сжигании этилового спирта тоже производится углекислота. Хотя свою нишу биотопливо, несомненно, займет, — там, где его производство легко и выгодно. Например, в Бразилии, где его делают из прекрасно там растущего сахарного тростника, биоэтанол успешно используется на обычных заправках.
Неудивительно, что наука ищет источники энергии, совсем не завязанные на углеводородах — ни ископаемых, ни возобновляемых. Основные направления этих поисков хорошо известны: использование энергии атома, Солнца, ветра и разные типы гидроэнергии — реки, приливы и отливы. Однако все эти источники энергии сложно взять с собой на поезд или автомобиль. Энергию нужно или передавать по проводам, что влечет ее потери, или хранить — для этого нужны очень мощные аккумуляторы, возможности которых тоже ограничены.
Водородный запас
Собственно, так возникла идея сжигать водород. Молекула H2 «запасает» энергию связи между двумя атомами водорода, она рвется при окислении, а в результате получается только вода — в жидком виде или в виде пара. Выглядит идеально, но нужно понять, откуда брать водород и как его хранить для использования в виде топлива.
Водорода в чистом виде на Земле очень мало — 0,00005% по объему в сухом воздухе. Значит, его нужно производить, а на это тоже потребуется энергия (впрочем, энергия расходуется и на крекинг нефти). Есть два основных варианта производства водорода: из воды под действием электрического тока в ходе процесса электролиза (так она разлагается на водород и кислород) и из все тех же углеводородов. Второе можно рассматривать, конечно, только как временное решение — оно воспроизводит, хотя и в меньшем масштабе, проблему зависимости от ископаемого топлива и угрозу для климата.
Значит, вода?
Проводить электролиз можно там, где есть источник энергии — АЭС, например, если мы не берем станции, работающие на нефти и газе. Ну, а вода есть более или менее везде. Но зачем тратить энергию на электролиз, когда можно просто пустить ее в двигатель? Дело в том, что водород позволяет решать описанную выше проблему сложности хранения и транспортировки энергии. Возвращаясь к Нижней Саксонии — как раз проблему запасания энергии пытаются решить немецкие транспортники. Железнодорожная сеть Германии очень развита: по общей длине дорог она всего вдвое уступает России и занимает в мире шестое место по длине. Однако 40% линий не электрифицированы, там сейчас используются дизели. Аккумуляторы для таких расстояний пока слишком маломощны. Электрификация — дорогая инфраструктура. Поэтому ставка на водородное топливо выглядит вполне естественной.
Необходимые условия
Однако водород не так просто хранить. О рисках взрыва при скоплениях газообразного водорода известно со времен катастрофы «Гинденбурга», да и занимает он неадекватно большой объем.
Поэтому об использовании его в такой форме речь, конечно, не идет. На помощь приходит химия — хранение водорода в виде таких соединений, как боргидрид натрия, компактно и безопасно, а вещества-носители — натрий с бором — могут быть использованы повторно. Плюс к этому сами водородные двигатели работают не в точности как двигатели внутреннего сгорания, а с помощью так называемых топливных элементов. Вместо обычного горения (взаимодействия с кислородом) реакция происходит электрохимически — это немного похоже на процесс зарядки-разрядки батареек. Это позволяет вести ее более эффективно и контролируемо.
Водородное топливо само по себе не является панацеей, решением всех проблем. Это не источник энергии, а один из способов ее более эффективного и безопасного для окружающей среды использования. Он может быть экономически обоснован, но для этого необходима продуманная система производства и распределения энергии из возобновляемых источников. Ее можно создать, если государственные и надгосударственные образования (такие как ЕС) возьмут на себя затраты на необходимую инфраструктуру, а также меры, стимулирующие частный сектор к ее эффективному использованию.
Об авторе
Точка зрения авторов, статьи которых публикуются в разделе «Мнения», может не совпадать с мнением редакции.
Вода для производства водорода | Экодар
Водород — газ, который используется в различных сферах промышленности.
Одним из способов его получения является
электролиз. Этот процесс подразумевает пропускание через воду электрического тока, в результате чего молекулы воды
разлагаются на водород и кислород.
Для электролиза важна чистота и химический состав воды. Поэтому предприятия химической промышленности должны предварительно фильтровать воду для производства водорода и нормализовать ее химический состав в соответствии с установленными требованиями.
Особенности технологии электролиза
Получение водорода методом электролиза — наиболее экономичная и простая технология. Она требует небольших энергозатрат и позволяет получать большие объемы альтернативного газа. Водород можно добывать из любой воды, но перед этим она должна проходить очистку от посторонних примесей. Электролиз проводится в деминерализованной воде, чтобы исключить влияние растворенных и нерастворенных веществ на процесс.
При пропускании через воду электрического тока молекула воды распадается на два атома — водорода и кислорода.
Причем
первого получается в 2 раза больше, чем второго (из-за количества атомов). Таким образом, при обработке 0,5 литра воды
можно получить около кубометра обоеих газов. Затраты электричества на разложение молекул составят 4 квт/ч.
Электролиз воды для получения водорода имеет такие преимущества:
- Сырье для производства газа всегда доступно. Воду можно получать из скважин, естественных водоемов или водопровода. Но перед этим она должна пройти фильтрацию на установках обратного осмоса или другом подобном оборудовании.
- При производстве водорода не образуется загрязняющих веществ. Под действием электрического тока вода разлагается на водород и кислород. Дополнительных компонентов в жидкости нет, так как перед этим она пропускается через молекулярную мембрану.
- Процесс электролиза полностью автоматизирован. Не нужно привлекать большое количество персонала для поддержания работы
электрических установок.
Полученный методом электролиза воды водород можно использовать в таких сферах:
- Предприятия химической промышленности для получения других соединений органического происхождения;
- На фабриках по производству продуктов питания для гидрогенизации жиров;
- На производстве электронных компонентов для получения кремния в восстановительных химических реакциях;
- На нефтехимическом производстве для улучшения качества топлива и нефтепродуктов;
- На металлургических заводах для восстановления цветных металлов и получения тугоплавких сплавов;
- В качестве хладагента в охладительных установках электрогенераторов;
- Для получения горючего газа при сваривании металлов;
- Для изготовления ракетного топлива.
Преимущества использования обратного осмоса
Для комплексной очистки воды от различных примесей и дальнейшего ее применения можно использовать установки обратного
осмоса.
Эти фильтры отличаются тем, что позволяют удалить из жидкости до 99,9% загрязнений. Таким образом можно
упростить, ускорить и удешевить процесс водоподготовки на производстве.
Технически установка обратного осмоса представляет собой мембрану, через которую под определенным давлением просачивается вода. Мембрана имеет сетчатую структуру. Но размер ячеек настолько мал, что через них могут просочиться только молекулы воды. Остальные компоненты остаются и сбрасываются в канализацию.
Для создания обратноосмотического давления используются специальные насосы, которые являются частью промышленной установки водоочистки.
Обратный осмос может удалить из воды такие загрязнения:
- Любые микроскопические вещества, которые находятся в воде в коллоидном состоянии. Более крупные частицы обычно очищаются до подачи в обратный осмос с помощью седиментных фильтров. В противном случае ресурс мембраны быстро исчерпается.
- Любые растворенные вещества. Обратный осмос может умягчить воду и удалить из нее двухвалентное железо, марганец. Таким
образом никакие вещества не будут мешать протеканию электролиза и выделению водорода с кислородом из воды.
Обратный осмос может умягчить воду и удалить из нее двухвалентное железо, марганец. Таким
образом никакие вещества не будут мешать протеканию электролиза и выделению водорода с кислородом из воды.Обратный осмос может иметь высокую производительность. Специалисты компании Экодар выполняют необходимые расчеты и собирают установки водоочистки, которые позволяют получать большие объемы воды для крупных предприятий.
Установки для очистки воды от компании Экодар
Производственное предприятие Экодар предлагает установки для очистки воды различного назначения и производительности. В каталоге на сайте можно найти устройства для индивидуального применения, для использования на общественных и производственных объектах.
Компания предлагает различные виды установок обратного осмоса. Они отличаются друг от друга производительностью,
наличием дополнительных аксессуаров для комфортного использования, сферой применения.
Примеры доступных для заказа устройств:
- Осмос 400 – готовое к использованию решение для водоподготовки. Состоит из фильтра обратного осмоса и дополнительных модулей, обеспечивающих его работу. Оборудование имеет компактные размеры и легко интегрируются в систему водопровода. Производительность составляет до 1500 литров в сутки (400 галлонов). Подходит для производства водорода в небольших количествах.
- Осмос 800S — это фильтр обратного осмоса, собранный на компактной раме. Для подключения достаточно врезать систему в водопровод. Картридж предварительной фильтрации и угольный уже входят в комплект. Эту установку можно использовать для очистки воды с целью получения водорода. Одна из особенностей модели с индексом S — наличие накопительного бака, в котором хранится запас очищенной воды. Производительность модели — 3000 литров или 800 галлонов в сутки.
- Промышленная установка обратного осмоса — оборудование с высокой производительностью, длительным сроком службы и
надежностью. С помощью промышленной системы можно максимально очистить воду от примесей в непрерывном режиме.
С помощью промышленной системы можно максимально очистить воду от примесей в непрерывном режиме.Для получения консультаций и оформления заказа обратитесь к менеджерам отдела по работе с клиентами.
Перейти в каталог
Водородное будущее России начинается в Черноголовке
3901
Добавить в закладки
12 декабря 2015 года ведущие страны мира
приняли соглашение в рамках Рамочной конвенции
ООН об изменении климата, регулирующее меры по снижению
содержания углекислого газа в атмосфере. В декабре 2020 года,
накануне пятой годовщины принятия
исторического Парижского соглашения Генеральный
секретарь ООН Антониу Гутерриш опубликовал статью, в которой призвал международное
сообщество добиться полной декарбонизации мировой экономики к
2050 году, ввести налог на выбросы углерода и укрепить меры по
адаптации к последствиям изменения климата.
По оценкам Международного энергетического агентства, доля возобновляемых источников энергии в мировом электроснабжении вырастет с 27% в 2019 году до 60% в 2030 году
Фото: 123RF
Парижское соглашение породило движение за углеродную
нейтральность. Вопрос декарбонизации все чаще обсуждают
правительства и научное сообщество. Ученые полагают, что для
борьбы с глобальным потеплением и загрязнением атмосферы
необходимо сокращать добычу угля, нефти и газа в среднем на 6% в
год. Планы изменились после столкновения человечества с новой
коронавирусной инфекцией, которая нанесла сильный удар по
экономикам всех стран мира. Для стабилизации последствий многие
страны планируют наоборот наращивать
производство ископаемого топлива еще на несколько
процентов. Пока правительства ищут выход из кризиса, ученые
и инженеры создают уникальные установки, которые не только
будут востребованы в будущем, но и, в теории, позволят решить
проблемы выбросов парниковых газов.
Идеи использования водорода в энергетических целях высказывались давно, и интерес к ним проявлялся не один раз. И если в 1970‑е годы на развитие водородной энергетики уповали в связи с нефтяными кризисами, то сегодня — в связи с ростом озабоченности изменением климата. Проблема глобального масштаба стимулировала всплеск исследований и разработок (с акцентом на транспорт), но до серьезного практического внедрения водородных технологий не доходило. Ситуация стала стремительно меняться, когда ведущие страны мира начали путь к устойчивому развитию и к реализации концепции безуглеродной энергетики будущего. Именно поэтому на водород стали возлагать большие надежды.
Юрий Добровольский — руководитель Центра компетенций национальной технологической инициативы «Новые и мобильные источники энергии»
Фото: Николай Малахин / Научная Россия
Между тем, водород не решит все наши проблемы разом.
По словам
руководителя Центра компетенций национальной технологической
инициативы «Новые и мобильные источники
энергии» Юрия Добровольского, водород не
самое лучшее топливо для энергетики, но его можно
использовать в другом качестве — накопителя энергии при
использовании возобновляемых источников энергии.
Например — солнечной и ветряной. «Цикл производства у
возобновляемых источников энергии всегда прерывистый. Поэтому
избыток необходимо где-то накапливать, и это можно делать,
получая водород при помощи электролиза воды. Пока существующие
технологии достаточно дорогие, но тем не менее полученный водород
можно хранить бесконечно, а в рамках «зеленой» энергетики
использовать как топливо для транспорта. Над этим мы сегодня
активно работаем».
Центр компетенций
НТИ, созданный на базе Института проблем химической физики в
Черноголовке, работает сразу по нескольким направлениям
водородной энергетики, в том числе по созданию специализированных
установок для получения водорода из воды с помощью
электричества.
Так, совсем недавно в наукограде появилась первая
в России автономная водородная заправочная станция. Надо
сказать, что станцию построили коллеги ученых из Германии по
российскому техническому заданию. При этом, изначально в ней
использовался дорогой баллонный водород, но сейчас ситуация
меняется. Благодаря многолетним исследованиям сотрудников
компании «Поликом» удалось создать электролизный генератор
сверхчистого водорода, который удешевляет процесс производства
водородного топлива для транспорта будущего.
Электролизер для получения водорода
Фото: Николай Малахин / Научная Россия
Комментирует Евгений Волков, руководитель компании «Поликом» — партнера ЦК НТИ:
«Мы создали первый отечественный генератор водорода
производительностью до 6 кубометров водорода в час, работающий
на основе бесщелочного электролиза. Установка вырабатывает
водород из воды с помощью электричества.
Ее можно использовать
в различных отраслях, например, для охлаждения
электрогенераторов на электростанциях, в полупроводниковой и
пищевой промышленности, металлургии, и, конечно, в области
водородной энергетики.
Это оборудование мы разрабатывали в течение пяти лет. Совсем скоро мы перейдем к серийному производству установок для получения сверхчистого водорода.
Наша установка отличается от устаревших щелочных
электролизеров. Мы не используем щелочной электролит. Вместо
щелочи применяется протонообменная мембрана. При этом,
единственная жидкость в системе — это сверхчистая
(деионизованная) вода. Ее получают из обычной водопроводной
воды путем обратного осмоса — универсальной технологии
очистки. Отказ от использования щелочи дает ряд важных
преимуществ. В первую очередь это позволяет полностью избежать
коррозии узлов системы. Кроме того, наш генератор водорода
очень прост в обслуживании.
В отличие от раствора щелочи, при
необходимости вода просто сливается в канализацию, и любую
деталь можно легко заменить.
В процессе работы установки вода поступает в электролизный модуль, где под действием электрического тока она разлагается на водород и кислород. Кислород для нас — побочный продукт, поэтому он выбрасывается в атмосферу. А водород проходит двухступенчатую стадию очистки от паров воды, и на выходе мы получаем сверхчистый водород.
Когда мы наладим серийное производство, то сможем производить порядка 60 установок в год».
Евгений Волков — руководитель компании «Поликом»
Фото: Николай Малахин / Научная Россия
Испытания заправки с электролизным модулем будут проходить на
разных видах транспорта — беспилотниках, водородных автобусах,
грузовиках и легковых автомобилях, в том числе на беспилотной
транспортной платформе, водородный топливный элемент для которой
также создан в Центре компетенций.
«Когда речь идет о транспорте — самолете, автомобиле, поезде, необходимо создавать и заправочные системы, желательно дешевые, иначе идея не получит прикладной реализации. С помощью электролизного блока мы пытаемся получить водород. Правда, пока о его исключительной экологической чистоте речи не идет, поскольку электричество мы все равно получаем от розетки. Сейчас наша цель — создать установку для промышленности, на которой можно получать дешевый водород разными способами в зависимости от сырья», — отметил Юрий Добровольский.
Борис Тарасов — заведующий лабораторией материалов для водородного аккумулирования энергии Института проблем химической физики РАН в Черноголовке
Фото: Николай Малахин / Научная Россия
Водородная инфраструктура для нашей страны — значимый элемент
национальной программы по развитию водородной энергетики в
России. В планах специалистов из Черноголовки — перевод
коммунального хозяйства и транспорта города на водород.
Именно отсюда начнется «водородный» путь развития. «Я
убежден, что мы выбрали правильное направление. Когда я только
начал заниматься водородной энергетикой 40 лет назад, то
столкнулся с недопониманием и недоверием к этой сфере», —
говорит Борис Тарасов, заведующий
лабораторией материалов для водородного аккумулирования энергии
Института проблем химической физики РАН в Черноголовке. — «А
сегодня уже разработана государственная политика в этой области.
Уверен, что в настоящее время в рамках поддержанной
государством программы научная молодежь приложит все свое
умение и задор для стремительного, целеустремленного и
продуктивного развития водородной энергетики».
Беспилотная электрическая автомобильная платформа, созданная для испытаний топливных элементов
Фото предоставлено пресс-секретарем Снежаной Шабановой
Электрический самолет с водородными топливными элементами
Фото предоставлено пресс-секретарем Снежаной Шабановой
Фото на главной странице: Интернет-портал СНГ, РусКабель
Фото Николай Малахин
Автор Анастасия Пензина
Видео Алексей Корноухов
беспилотный транспорт водородная экономика водородная энергетика водородное топливо глобальное потепление декарбонизация институт проблем химической физики ран наукоград черноголовка новые и мобильные источники энергии парижское соглашение топливные элементы центр компетенций НТИ
Развернуть
Информация предоставлена Информационным агентством «Научная Россия».
Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано
Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.
НАУКА ДЕТЯМ
«Первый женский университет». 144 года назад в Санкт-Петербурге открылись Высшие женские (Бестужевские) курсы
10:00 / История, Наука и общество, Образование
На волнах памяти. День рождения академика Константина Анохина
10:00 / Биология, Здравоохранение, Наука и общество, Персона
Ученые ЛЭТИ создали «Таблицу Менделеева» для систематизации элементов генетического кода
14:00 / Биология
ТК «Культура» – Агора – Первый выпуск о будущем науки после выборов президента РАН и нового состава президиума
13:20 / Наука и общество
В России впервые обнаружили останки редкого шестиметрового хализавра
12:00 / Палеонтология
«Вагон с бесконечными рельсами» Федора Блинова
10:00 / Инженерия, Наука и общество
«Джеймс Уэбб» обнаружил галактику со старейшими звездными скоплениями во Вселенной
18:00 / Астрономия, Астрофизика
В ответ на засухи и глобальное потепление почвы лесов будут выделять меньше углекислого газа в атмосферу
14:00 / Биология, Экология
Биологи БашГУ создают птичий корм из куриного помета
12:00 / Биология
1 октября отмечается Международный день пожилых людей
10:00 / Здравоохранение, Медицина, Наука и общество
Памяти великого ученого.
Наука в глобальном мире. «Очевиднное — невероятное» эфир 10.05.2008
04.03.2019
Памяти великого ученого. Нанотехнологии. «Очевидное — невероятное» эфир 3.08.2002
04.03.2019
Вспоминая Сергея Петровича Капицу
14.02.2017
Смотреть все
Лабораторные способы получения неорганических веществ
Основные способы получения (в лаборатории) конкретных веществ, относящихся к изученным классам неорганических соединений.
Лабораторные способы получения веществ отличаются от промышленных:
| Лабораторные способы получения веществ | Промышленные способы получения веществ |
| Реагенты могут быть редкими и дорогими | Реагенты распространенные в природе и дешевые |
| Условия реакции мягкие, без высоких давлений и сильного нагревания | Условия реакции могут быть довольно жесткими, допустимы высокие давления и температуры |
| Как правило, реагенты — жидкости или твердые вещества | Реагенты — газы или жидкости, реже твердые вещества |
Углекислый газ CO2 в лаборатории получают при помощи аппарата Киппа при взаимодействии соляной кислоты с мелом или мрамором:
2HCl + CaCO3 → CaCl2 + H2O + CO2
В лаборатории угарный газ проще всего получить, действуя концентрированной серной кислотой на муравьиную кислоту:
HCOOH → H2O + CO
Сероводород в лаборатории легко получить действием разбавленной серной кислоты на сульфиды металлов, например, сульфид железа (II):
FeS + H2SO4→ FeSO4 + H2S
Эта реакция также проводится в аппарате Киппа.
Аммиак в лаборатории получают при нагревании смеси солей аммония с щелочами.
Например, при нагревании смеси хлорида аммония с гашеной известью:
2NH4Cl + Ca(OH)2→ CaCl2 + 2NH3 + 2H2O
Эти вещества тщательно перемешивают, помещают в колбу и нагревают.
Азотную кислоту в лаборатории получают действием концентрированной серной кислоты на кристаллический нитрат натрия и калия при небольшом нагревании:
H2SO4(конц.) + NaNO3→ NaHSO4 + HNO3↑
При этом менее летучая кислота вытесняет более летучую кислоту из соли.
При более сильном нагревании образуется сульфат натрия, но и образующаяся азотная кислота разлагается.
При взаимодействии ортофосфата кальция с серной кислотой при нагревании образуется ортофосфорная кислота:
Ca3(PO4)2 + 3H2SO4→ 3CaSO4 + 2H3PO4
В лаборатории кремний получают при взаимодействии смеси чистого песка с порошком магния:
2Mg + SiO2→ 3MgO + Si
Кислорода в лаборатории можно получить при разложении целого ряда неорганических веществ.
Чаще всего в лаборатории кислород получают разложением перманганата калия:
2KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2
Выделяющийся кислород можно собрать вытеснением воздуха:
Также кислород можно собирать методом вытеснения воды:
Обнаружить кислород можно очень просто: тлеющая лучинка вспыхивает в атмосфере кислорода.
Кислород можно получить также разложением пероксида водорода:
2H2О2 → 2H2O + O2
Реакция катализируется оксидом марганца (IV) MnO2.
Разложение бертолетовой соли KClO3 — еще один способ получения кислорода в лаборатории:
2KClO3 → 2KCl + 3O2
Реакция также протекает в присутствии катализатора, оксида марганца (IV) MnO2.
Водород в лаборатории можно получить различными методами.
Под действием электрического тока вода разлагается на водород и кислород:
2H2О → 2H2 + O2
При взаимодействии минеральных кислот (не сильных окислителей) с активными металлами и металлами средней активности также образуется водород.
Например, соляная кислота реагирует с цинком с образованием водорода:
Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2
Собирать водород можно методом вытеснения воздуха, так как водород — гораздо более легкий газ, чем воздух.
Также для собирания водорода подходит метод вытеснения воды, так как водород плохо растворим в воде:
Водород выделяется также при взаимодействии активных металлов (расположенных в ряду активности до магния) с водой.
Например, натрий активно реагирует с водой с образованием водорода:
2Na + 2H2O → 2NaOH + H2
Стр.
162в лаборатории можно получить различными методами.
Под действием электрического тока вода разлагается на водород и кислород:
2H2О → 2H2 + O2
При взаимодействии минеральных кислот (не сильных окислителей) с активными металлами и металлами средней активности также образуется водород.
Стр. 162в лаборатории можно получить различными методами.
Под действием электрического тока вода разлагается на водород и кислород:
Понравилось это:
Нравится Загрузка…
Получение водорода и кислорода из воды — заявка поиска инвестиций на «ru.startup.network»
37986
Автоматизированная система получения кислорода и водорода
Россия, Краснодарский край
Отрасль: Компьютеры, оргтехника, Электроника, Энергетика, Робототехника, Гаджеты
Стадия проекта: Готов прототип или продукт
Дата последнего изменения: 23.
04.2019
Tools articlesstartupnetwork.ruСтартапы и ИнвестпроектыПолучение водорода и кислорода из воды
Оставьте свои контакты для обратной связи и после короткого интервью мы поможем Вам связаться с основателем проекта
Я уже зарегистрирован
Имя * Email * Телефон * Страна ВыберитеАвстралияАвстрияАзербайджанАлбанияАлжирАнголаАндорраАнтигуа и БарбудаАргентинаАрменияАфганистанБагамские островаБангладешБарбадосБахрейнБеларусьБелизБельгияБенинБолгарияБоливияБосния и ГерцеговинаБотсванаБразилияБрунейБуркина-ФасоБурундиБутанВануатуВеликобританияВенгрияВенесуэлаВосточный ТиморВьетнамГабонГаитиГайанаГамбияГанаГватемалаГвинеяГвинея-БисауГерманияГондурасГонконгГренадаГрецияГрузияДанияДемократическая республика КонгоДжибутиДоминикаДоминиканская РеспубликаЕгипетЗамбияЗимбабвеИзраильИндияИндонезияИорданияИракИранИрландияИсландияИспанияИталияЙеменКабо-ВердеКазахстанКамбоджаКамерунКанадаКатарКенияКипрКиргизияКирибатиКНДРКНРКолумбияКоморыКоста-РикаКот-д’ИвуарКубаКувейтЛаосЛатвияЛесотоЛиберияЛиванЛивияЛитваЛихтенштейнЛюксембургМаврикийМавританияМадагаскарМакедонияМалавиМалайзияМалиМальдивыМальтаМароккоМаршалловы островаМексикаМозамбикМолдавияМонакоМонголияМьянмаНамибияНауруНепалНигерНигерияНидерландыНикарагуаНовая ЗеландияНорвегияОАЭОманПакистанПалауПанамаПапуа-Новая ГвинеяПарагвайПеруПольшаПортугалияРеспублика КонгоРеспублика КореяРоссияРуандаРумынияСальвадорСамоаСан-МариноСаудовская АравияСвазилендСейшельские островаСенегалСент-ВинсентСент-КитсСент-ЛюсияСербияСингапурСирияСловакияСловенияСоломоновы островаСомалиСуданСуринамСШАСьерра-ЛеонеТаджикистанТаиландТайваньТанзанияТогоТонгаТринидад и ТобагоТувалуТунисТуркменистанТурцияУгандаУзбекистанУкраинаУругвайФедеративные Штаты МикронезииФиджиФилиппиныФинляндияФранцияХорватияЦентральноафриканская РеспубликаЧадЧерногорияЧехияЧилиШвейцарияШвецияШри-ЛанкаЭквадорЭкваториальная ГвинеяЭритреяЭстонияЭфиопияЮАРЮжный СуданЯмайкаЯпонияОставить заявку
Спасибо! Мы с Вами свяжемся в ближайшее время!
equalizer из 2000
help
Рассчитывается по оценкам и заполненности проекта (подробнее о рейтингах)
Моя оценка
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Средняя оценка:
Идея
Созданная установка способна получать кислород и водород из воды.
Автоматизированная система будет устанавливаться в домах, торговых центрах, местах досуга и отдыха для обогащения помещения кислородом. Уже создан действующий макет, полностью рабочий, выявлены недостатки, разработка улучшенной, более производительной версии.
Текущее состояние
Проект находится на стадии реализации. Создан действующий макет, на его основе выявлены недостатки, которые устранены в следующей версии модели. Для создания второй версии необходимы материалы и электроника. После создания полностью работающей версии модель будет выпущена в продажу, а сама модель запатентована, так как не имеет аналогов на рынке.
Рынок
Рынок не имеет каких-либо строгих ограничений. Устройство могут использовать как предприниматели: владельцы кафе, кинотеатров, торговых центров, павильонов, магазинов, так и частные лица.
Проблема или Возможность
Многим известна проблема загрязненности воздуха и нехватки кислорода. Мой проект призван исправить эту ситуацию.
Размещение подобных установок в помещениях позволит повысить процентное содержание кислорода в воздухе, что положительно скажется на самочувствие людей, посетителей. Получаемый водород также способен решить энергетическую проблему. Водород — мощный источник энергии, который начнет активно использоваться человеком уже через пару лет. Использование водорода будет уместно во всех отраслях, тем или иным образом касающихся энергетики.
Решение (Продукт или Услуга)
Электролиз — химический процесс, под действием электрического тока вода разлагается на кислород и водород, позже полученные газы собираются в специальные емкости. Кислород может быть выпущен в помещении, а водород использоваться в водородных двигателях, которые появятся на рынке через несколько лет.
Конкуренты
Конкурентов или заменителей на рынке не найдено, товар уникальный, не имеющий аналогов.
Преимущества или дифференциаторы
Упор будет сделан на безопасность и автоматизированность устройства.
Финансы
Пока что стоимость финальной модели не определена, так как известны не все недочеты, требующие исправления. Стоимость последней, финальной версии будет определена перед началом создания. В любом случае актуальность данного устройства позволяет сделать вывод, что все затраты будут окуплены в кратчайшие сроки после начала продаж.
Целевое назначение инвестиций
Инвестиции необходимы для разработки новых версий устройства и выпуска их на рынок.
Предложение инвестору
Я готов к предложениям различного рода
Команда или Руководство
Егор Парфиненко
Владелец
Риски
Появление конкурентов, имеющих более широкую финансовую базу.
Победы в Конкурсах и другие награды
2 место во Всероссийской Робототехнической Олимпиаде в номинации «Роботы для устойчивого развития»
2 место в краевом конкурсе научно-практических работ «Эврика»
Диплом 1 степени за показ высоких результатов на выставке научно-технических проектов КубГУ
Фотографии
5,00
1
2
3
4
5
2 оценки
Startup.
Network прекращает свою работу в Российской Федерации.В сложившейся ситуации компания не видит возможности продолжать работу в стране-агрессоре, которая угрожает сегодня как Украине, так и всему миру.
Санкционная политика международной платформы означает:
- Остановку сайта ru.startup.network. Стартапы из РФ больше не смогут размещать свои заявки на поиск инвестиций на нашей платформе.
- Остановку проведение Unicorn Pitches Russia. Это значит, что мы больше не будем проводить Unicorn.Events на территории России и допускать стартапы, которые физически находятся на территории РФ, к нашему всемирному конкурсу. Также в жюри не смогут участвовать VC, которые находятся на территории РФ или не выступают против вторжения России на Украину.
- Остановку приема денег из Российской Федерации в наш Синдикатный Фонд.
Электролиз воды – уравнение, схема и эксперимент
Содержание
Электролиз воды
Электролиз воды – это процесс превращения воды (h3O) в ионов водорода (H+) и гидроксида (OH-) путем пропускания через него электрического тока.
Ионы движутся к противоположным электродам, выделяя чистый водород (h3) и кислород (O2). Электролиз воды — это окислительно-восстановительная реакция , которая не протекает самопроизвольно. Поскольку тепло в виде электричества поступает в электролизер при электролизе воды, реакция эндотермический.
Применение электролиза воды
- Электролиз воды используется для получения кислорода для Международной космической станции.
- Водород, полученный в качестве побочного продукта хлорно-щелочного процесса, используется для производства специальных химикатов и других небольших применений.
- Газообразный водород, полученный таким образом, можно использовать в качестве водородного топлива или смешивать с кислородом для получения газообразного водорода, который используется при сварке и других применениях.
- Тяжелая вода создается электролизом воды.
- Электролиз производит около 5% газообразного водорода, производимого во всем мире.
Поверхностное натяжение
World Ozone Day 2022
Меж государственный совет
SSC CGL
Электролиз уравнения водыЭлектролиз Электролиз из водного места. состоит из положительно заряженного анода и отрицательно заряженный катод , оба из которых обычно изготавливаются из платины . Химическую реакцию электролиза воды можно разделить на две половины, протекающие на катоде и аноде. Уравнение электролиза воды можно записать так:
На катоде ионы водорода приобретают электроны и превращаются в газообразный водород в реакции восстановления. Ниже приведена полуреакция:
2 H + (водн.) + 2 e – → H 2 (g)
Реакция окисления происходит, когда молекулы воды переносят электроны на анод и выделяют газообразный кислород.
Полуреакция изображена ниже.
2 H 2 O (ж) → O 2 (г) + 4 H + (водн.) + 4 e –
В целом, уравнение электролиза воды
2 H 2 O (л) + электрическая энергия → 2 H 2 (г) + O 2 (г)В результате реакции электролиза воды из воды выделяются водород и кислород .
Широта и долгота Индии
Международная линия даты
Электролиз схемы водыЭлектролиз воды приведен ниже:
. Реакция с водой
В результате реакции электролиза воды образуется водород и газообразный кислород . Электролитическая ячейка состоит из пары 9Платиновые электроды 0007 , погруженные в воду с небольшим количеством электролита , такого как h3SO4 . Электролит необходим, потому что чистая вода не может нести достаточный заряд из-за нехватки ионов .
Вода окисляется до газообразного кислорода и ионов водорода на аноде . Вода восстанавливается до газообразного водорода и ионов гидроксида на катоде.
окисление (анод): 2h3O(ж)→O2(г)+4H+(водн.)+4e- E0=-1,23 В
восстановление (катод): 2h3O(ж)+2e-→h3(г)+2OH-(водн.) E0=-0,83 В
общая реакция: 2h3(g) E0cell=−2,06 В
Чтобы получить общий электролиз реакции воды, полуреакция восстановления была умножена на два, чтобы уравнять электроны. Ионы водорода и гидроксид-ионы, образующиеся в каждой реакции, объединяются, образуя воду. h3SO4 не используется в реакции . 9
Эксперимент по электролизу воды водород и кислород) мы проведем эксперимент Электролиз воды :Необходимые материалы:
- Пластиковая кружка
- Резиновая пробка
- Угольные электроды (анод и катод)
- Аккумулятор
- Вода
- Разбавленная серная кислота и
- Пробирка
Экспериментальная процедура:
- Просверлите два отверстия на дне пластиковой кружки.
- Вставьте две резиновые заглушки в соответствующие отверстия.
- Вставьте анодный и катодный угольные электроды в резиновые пробки.
- Подсоедините 6-вольтовую батарею к этим угольным электродам.
- Наполните пластиковую кружку наполовину водой так, чтобы угольные электроды были погружены в воду.
- В эту воду добавьте несколько капель серной кислоты.
- Наполните две пробирки водой, затем переверните пробирки на угольные электроды.
- Включить ток от 6-вольтовой батареи.
- Дайте устройству отдохнуть некоторое время.
На обоих электродах в пробирках будут образовываться пузырьки (что означает образование или выделение газа из воды)
Вода начинает двигаться в пробирке в результате образования пузырьков.
- Осторожно извлеките пробирки из кружки после того, как они будут заполнены газами.
- Поместите зажженную свечу рядом с горлышком пробирки, чтобы определить, какой газ присутствует.
Результат:
- Когда мы подносим зажженную свечу к горлышку одной из пробирок, газ воспламеняется и горит с хлопком, указывая на наличие водорода в пробирке.
- Когда мы помещаем горящую свечу рядом с горлышком другой пробирки, свеча начинает ярко гореть, указывая на то, что пробирка содержит кислород.
- Отрицательный газ, собранный на аноде, представляет собой кислород, а положительный газ, собранный на катоде, представляет собой водород.
Реакция разложения:
2H3O (L)-→ Электричество-→ 2H3 (G) + O2 (G)
(вода) (водород) + (кислород)
Вывод:
Реакция разложения происходит, когда один реагент распадается с образованием более простых продуктов в этом эксперименте по электролизу воды. При правильных условиях вода разлагается с образованием водорода и кислорода . В этом случае электричество является подходящим условием для разложения воды.
Электролиз воды – реакция разложения
Электролиз воды – реакция разложения . Это связано с тем, что под действием электрического тока вода распадается на составные элементы, водород и кислород. Молярное отношение водородных и кислородных газов , выделяющихся при электролизе воды, составляет 2:1 .
Штаты и столицы
Союзные территории в Индии
Электролиз воды – часто задаваемые вопросы
Q1. Какие электроды используются при электролизе воды?
Ответ. Платиновые электроды используются при электролизе воды.
Q2. К какому типу химической реакции относится электролиз воды?
Ответ. Электролиз воды — это реакция разложения, при которой вода расщепляется на составные элементы, водород и кислород, под действием электрического тока.
Q3. Что происходит при электролизе воды?
Ответ.
Во время электролиза воды вода разлагается на газообразный кислород и газообразный водород. Для этого через раствор пропускают электрический ток. Катод вырабатывает газообразный водород, а анод генерирует газообразный кислород.
Фарадей и электрохимия с 1834 г.
ChemTeam: Фарадей и электрохимия с 1834 г.Майкла Фарадея
Философские труды Королевского общества , 1834 Теория, которую я считаю верным выражением фактов электрохимического разложения и которую я поэтому подробно изложил в предыдущей серии этих исследований, настолько расходится с ранее выдвинутыми, что мне очень трудно сформулировать результаты. , как мне кажется, правильно, пока ограничиваются употреблением терминов, которые являются актуальными с определенным принятым значением. Такого рода термин полюс с его префиксами положительного и отрицательного и присоединенными идеями притяжения и отталкивания. Общая фразеология состоит в том, что положительный полюс притягивает кислород, кислоты и т.
д. или, более осторожно, что он определяет их эволюцию на своей поверхности; и что отрицательный полюс одинаково действует на водород, горючие вещества, металлы и основания. По моему мнению, определяющая сила есть не на полюсах, а внутри разлагающегося тела; а кислород и кислоты выводятся на на отрицательном конце этого тела, в то время как водород, металлы и т. д. выделяются на положительном конце.
Поэтому, чтобы избежать путаницы и двусмысленности, а также ради большей точности выражения, чем я мог бы получить в противном случае, я преднамеренно обсудил этот предмет с двумя друзьями, и с их помощью и согласием в их формулировании я намереваюсь впредь использовать некоторые другие термины, которые я сейчас дам определение. Полюса , как их обычно называют, являются лишь дверями или путями, по которым электрический ток входит и выходит из разлагающегося тела; и они, конечно, когда соприкасаются с этим телом, являются пределами его протяженности в направлении тока.
Этот термин обычно применяется к металлическим поверхностям, контактирующим с разлагающимся веществом; но применимы ли вообще философы также к поверхностям воздуха и воды, против которых я произвел электрохимическое разложение, подвергается сомнению. Вместо термина «полюс» я предлагаю использовать термин «9».0313 электрод 1 , и под этим я подразумеваю ту субстанцию или, вернее, поверхность воздуха, воды, металла или любого другого тела, которая ограничивает протяженность разлагающегося вещества в направлении электрического тока.
Поверхности, на которых, согласно общепринятой фразеологии, электрический ток входит и выходит из разлагающегося тела, являются наиболее важными местами воздействия и требуют различия, кроме полюсов, с которыми они большей частью связаны, и электродов, с которыми они связаны. всегда на связи…. анод 2 есть, следовательно, та поверхность, на которую, согласно нашему нынешнему выражению, входит электрический ток: это отрицательный край разлагающегося тела; где выделяются кислород, хлор, кислоты и т.
д.; и находится против или напротив положительного электрода. катод 3 есть та поверхность, на которой ток покидает разлагающееся тело, и его положительный конец; там выделяются горючие тела, металлы, щелочи и основания, и он находится в контакте с отрицательным электродом.
У меня также будет случай в этих исследованиях классифицировать тела вместе в соответствии с определенными отношениями, вытекающими из их электрических действий; и, желая выразить эти отношения, не привлекая в то же время выражения каких-либо гипотетических взглядов, я намерен использовать следующие имена и термины. Многие тела разлагаются непосредственно электрическим током, их элементы высвобождаются; эти электролиты предлагаю называть 4 ….
Наконец, мне нужен термин для выражения тех тел, которые могут перейти в электроды , или, как их обычно называют, полюса. О веществах часто говорят как о электроотрицательных или электроположительных в зависимости от предполагаемого влияния прямого притяжения к положительному или отрицательному полюсу.
Но эти термины слишком значительны для того применения, в котором мне пришлось бы их использовать; ибо, хотя значения, возможно, и правильны, они лишь гипотетичны и могут быть ошибочными; а затем посредством очень незаметного, но все же очень опасного, потому что постоянного влияния, они наносят большой вред науке, ограничивая и ограничивая привычные взгляды тех, кто занимается ею. Предлагаю различать такие тела, называя те анионы 5 которые идут на анод разлагающего тела; и переходящие на катод , катионы 6 ; и когда у меня будет случай говорить о них вместе, я буду называть их ионами . Таким образом, хлорид свинца является электролитом , и когда подвергается электролизу , выделяются два иона , хлора и свинца, первый из которых является анионом , а последний катионом .
Эти термины, будучи когда-то хорошо определенными, надеюсь, при их употреблении позволят мне избежать большого количества перифраз и двусмысленности выражений.
Я не собираюсь использовать их чаще, чем это потребуется, поскольку я полностью осознаю, что имена — это одно, а наука — другое.
Понятно, что я не даю выбора в отношении природы электрического тока сейчас, кроме того, что я делал в прежних случаях; и что хотя я говорю о токе, как о проистекающем из частей, положительных к те, которые отрицательны, это просто в соответствии с условным, хотя и в некоторой степени молчаливым, соглашением, заключенным учеными, чтобы они могли иметь постоянные, надежные и определенные средства обозначения направления сил этого тока. ….
Я уже говорил, занимаясь приведением обычного и гальванического электричества к одному эталону измерения, а также при введении моей теории электрохимического разложения, что химическое разлагающее действие тока постоянно при постоянном количестве электричества , несмотря на наибольшие различия в его источниках, в его интенсивности, в размере используемых электродов , в характере проводников (или непроводников), через которые он проходит, или в других обстоятельствах.
Окончательные доказательства истинности этих утверждений будут даны почти немедленно.
Я попытался на основе этого закона сконструировать прибор, который измерял бы электричество, проходящее через него, и который, будучи вставленным в ход ток, используемый в каком-либо конкретном эксперименте, должен по своему усмотрению служить либо сравнительным эталоном эффекта, либо положительным измерителем этого тонкого агента.
Нет вещества, более подходящего при обычных обстоятельствах в качестве показывающего тела в таком приборе, как вода; ибо он легко разлагается, когда становится лучшим проводником добавлением кислот или соли: его элементы во многих случаях могут быть получены и собраны без какого-либо затруднения из-за вторичного действия, и, будучи газообразными, они находятся в лучшем физическом состоянии для разделения. и измерения. Таким образом, вода, подкисленная серной кислотой, является веществом, на которое я обычно буду ссылаться, хотя в особых случаях форм эксперимента может оказаться целесообразным использовать другие тела.
Первая мера предосторожности, необходимая при конструировании прибора, заключалась в том, чтобы избежать рекомбинации выделяющихся газов и эффекта, который, как оказалось, способен производить положительный электрод. Для этого использовались различные формы разлагающих аппаратов. Первый состоял из прямых трубок, каждая из которых содержала пластину и проволоку из платины, спаянные вместе золотом и герметично закрепленные в стекле на закрытом конце трубки (рис. 1). Трубки были около 8 дюймов в длину, 0,7 дюйма в диаметре и имели градуировку. Платина была около дюйма в длину, настолько широка, насколько позволяли трубки, и располагалась как можно ближе к устьям трубок, насколько это соответствовало безопасному сбору выделяющихся газов. В некоторых случаях, когда требовалось вывести элементы на как можно меньшую поверхность, металлический наконечник представлял собой не пластину, а проволоку, согнутую в виде кольца (рис. 2). Когда эти трубки использовались в качестве мерников, их наполняли разбавленной серной кислотой, переворачивали в тазик с той же жидкостью (рис.
3) и ставили в наклонном положении, горлышками близко друг к другу, чтобы как можно меньше разлагающегося вещества следует вмешиваться, насколько это возможно; а также в таком направлении, чтобы платиновые пластины находились в вертикальных плоскостях.
Другая форма аппарата описана (рис. 4). Трубка согнута посередине; один конец закрыт; на этом конце закреплена проволока и пластина и , идущие вниз так далеко, что в положении, показанном на рисунке, они должны располагаться как можно ближе к углу, в соответствии со сбором на закрытом конце трубы всех газ выделился против него. Плоскость этой пластины также перпендикулярна. Другое металлическое окончание, b , вводится в то время, когда должно быть произведено разложение, под углом, насколько это возможно, без прохождения газа от него к закрытому концу прибора. Газу, выделяющемуся против него, позволяют уйти.
Третий вид аппарата содержит оба электрода в одной трубке; поэтому передача электричества и последующее разложение происходят гораздо быстрее, чем в отдельных трубках.
Образовавшийся газ представляет собой сумму частей, выделяющихся на двух электродах, и этот прибор лучше приспособлен, чем любой из первых, для измерения количества гальванического электричества, передаваемого в обычных случаях. Он состоит из прямой трубки (рис. 5), закрытой на верхнем конце и градуированной, по бокам которой проходят платиновые проволоки (вплавленные в стекло), соединенные внутри с двумя пластинами. Трубка вставляется путем притирки в одно горлышко двугорлой бутылки. Если последняя наполовину или на две трети заполнена разбавленной серной кислотой, то при наклоне всего она потечет в трубку и заполнит ее. Когда через прибор проходит электрический ток, газы, выделяющиеся на пластинах, собираются в верхней части трубки и не подвергаются рекомбинирующей способности платины… [Затем Фарадей подробно описывает эксперименты.]
Я считаю предыдущее исследование достаточным для доказательства очень необычного и важного принципа в отношении ВОДЫ, что под воздействием электрического тока количество ее разлагается точно пропорционально количеству электричества, прошедшего , невзирая на тысячи вариаций условий и обстоятельств, в которых он может находиться в то время.
..
Прибор представляет собой единственный реальный измеритель гальванического электричества, которым мы располагаем в настоящее время. Ибо на него совершенно не влияют ни изменения времени, ни силы, ни изменения самого тока, ни какого рода, ни по какой причине, ни даже от перерывов в действии, он с точностью отмечает количество электричества, прошедшего через это, и показывает количество осмотром; Поэтому я назвал его ВОЛЬТА-ЭЛЕКТРОМЕТРОМ…
В предыдущих случаях, кроме первого, вода считается неактивной; но чтобы избежать какой-либо двусмысленности, связанной с его присутствием, я искал субстанции, в которых он вообще отсутствовал бы; и воспользовавшись уже разработанным законом проводимости 7 , я вскоре нашел изобилие, среди которых протохлорид олова был сначала подвергнут разложению следующим образом: кусок платиновой проволоки имел один конец, свернутый в небольшой выступ. , и после тщательного взвешивания герметично запечатывали в кусок бутылочного стекла так, чтобы ручка находилась на дне пробирки внутри (рис.
9).). Трубка была подвешена на куске платиновой проволоки, так что к ней можно было приложить тепло спиртовки. Недавно расплавленный протохлорид олова вводили в количестве, достаточном для того, чтобы при расплавлении занимать около половины трубки; провод трубки был соединен с вольта-электрометром, который сам был соединен с отрицательным концом гальванической батареи; а платиновый провод, соединенный с положительным концом той же батареи, был погружен в расплавленный хлорид в трубке; будучи, однако, настолько согнутым, что ни при каком сотрясении руки или прибора он не мог коснуться отрицательного электрода на дне сосуда. Вся схема показана на рис. 10.
При этих условиях хлорид олова разложился: хлор, выделившийся на положительном электроде, образовал бихлорид олова, который улетучивается с парами, а олово, выделившееся на отрицательном электроде, соединилось с платиной, образуя сплав, легкоплавкий при температуре которому подвергалась трубка, и, следовательно, никогда не происходило металлического сообщения через разлагающийся хлорид.
Когда эксперимент продолжался до тех пор, пока в вольта-электрометре не образовалось достаточное количество газа, соединение с батареей разорвали, положительный электрод удалили, а трубку и оставшийся хлорид дали остыть. В холодном состоянии трубку разламывали, остатки хлорида и стекло легко отделялись от платиновой проволоки и ее стержня из сплава. Последний после промывки затем снова взвешивался, и это увеличение давало уменьшение веса олова.
Я привожу частные результаты одного эксперимента в качестве иллюстрации способа, принятого в этом и других, результаты которых я буду иметь случай процитировать. Отрицательный электрод весил первые 20 гран; после опыта он вместе с пуговицей из сплава весил 23,2 грана. Таким образом, олово, выделяемое электрическим током на катоде , весило 3,2 грана. Количество кислорода и водорода, собранных в вольта-электрометре, = 3,85 кубических дюйма. Поскольку 100 кубических дюймов кислорода и водорода в пропорциях для образования воды можно считать весом 12,92 грана, 3,85 кубических дюйма будут весить 0,49742 грана; таким образом, это вес воды, разложенной тем же электрическим током, который способен разложить такой вес протохлорида олова, при котором может быть получено 3,2 грана металла.
Теперь 0,49742 : 3,2: 9 эквивалент воды равен 57,9, что, следовательно, должно быть эквивалентно олову, если бы опыт был произведен без ошибки, и если электрохимическое разложение в этом случае также является определенным . В одних химических работах 58 дается как химический эквивалент олова, в других 57,9.. И то, и другое настолько близко к результату эксперимента, а сам эксперимент настолько подвержен незначительным изменениям (например, из-за поглощения газа в вольта-электрометре), что числа не оставляют сомнений в применимости закона 90–313. определенного действия в этом и во всех подобных случаях электроразложения.
Нечасто мне удается добиться такого близкого совпадения чисел, как я только что привел. С протохлоридом олова было поставлено четыре опыта; количество газа, выделяющегося в вольта-электрометре, составляет от 2,05 до 10,29кубических дюймов. Среднее значение четырех экспериментов дало 58,43 в качестве электрохимического эквивалента олова.
Хлорид, оставшийся после опыта, представлял собой чистый протохлорид олова; и никто не может ни на мгновение усомниться в том, что эквивалент хлора выделился на аноде и, образовав в качестве вторичного результата бихлорид олова, исчез.
С хлоридом свинца экспериментировали точно так же, за исключением того, что природа положительного электрода была изменена; поскольку хлор выделился на анод не образует перхлорида свинца, но действует непосредственно на платину, он производит, если этот металл используется, раствор хлорида платины в хлориде свинца; вследствие чего часть платины может пройти к катоду и тогда получить испорченный результат. Поэтому я искал и нашел в плюмбаго другое вещество, которое можно было бы безопасно использовать в качестве положительного электрода в таких телах, как хлориды, йодиды и т. д. Хлор или йод не действуют на них, но выделяются в свободном состоянии; а плюмбаго при данных обстоятельствах не реагирует на расплавленный хлорид или йодид, в который его погружают. Даже если несколько частиц свинца отделятся под действием тепла или механического действия выделившегося газа, они не могут причинить вреда хлориду.
Среднее из трех экспериментов дало число 100,85 в качестве эквивалента свинца.
Химический эквивалент 103,5. Недостаток в моих опытах я приписываю растворению части газа в вольта-электрометре; но результаты не оставляют у меня никаких сомнений в том, что и свинец, и хлор в данном случае выделяются в определенных количествах под действием данного количества электричества.
Примечания
0. Фарадей не использовал этот тип стопы. Примечания с 1 по 6 — это греческие слова, которые использовал Фарадей. Они скоро появятся.
7. Упомянутый закон утверждает «общее предположение о проводящей способности тел, как только они переходят из твердого состояния в жидкое».
Химическое действие электрического тока
Главная » Класс 8 » Химическое действие электрического тока » Химическое действие электрического тока
Опубликовано Автор: Mrs Shilpi Nagpal
Вопрос 1 Дайте определение термину химические эффекты?
Вопрос 2 Что такое электролиз?
Вопрос 3 Что такое подкисленная вода?
Вопрос 4 Назовите одно соединение, которое разлагается на водород и кислород под действием электрического тока?
Вопрос 5 Что нужно сделать, чтобы разложить воду на водород и кислород?
Вопрос 6 Подкисленная вода подвергается электролизу с использованием угольных электродов.
Что производится на: положительный угольный электрод и отрицательный угольный электрод?
Вопрос 7 Объясните на примере химическое действие электрического тока?
Вопрос 8 Объясните, почему при электролизе воды используют подкисленную воду?
Вопрос 9 Назовите некоторые характеристики химических изменений, вызываемых химическим действием электрического тока?
Вопрос 10 Назовите виды веществ, на которые электрический ток может оказывать химическое действие?
Химические эффектыЭлектрический ток может вызывать химические изменения, поэтому говорят, что он имеет химических эффектов.
Когда электрический ток проходит через подкисленную воду с использованием угольных электродов, происходит химическая реакция с образованием газообразного водорода и газообразного кислорода.
Химическое соединение воды было разложено на два элемента, водород и кислород, под действием электрического тока.
На самом деле это химическая реакция разложения, вызванная пропусканием электрического тока через кислоту.
Химическое разложение, происходящее при пропускании электрического тока через проводящую жидкость, называется электролизом . Вода, содержащая небольшое количество кислоты, называется подкисленной водой .
Задание : Продемонстрировать химический эффект электрического тока.
Осторожно извлеките два угольных стержня из использованных сухих элементов. Очистите их металлические колпачки наждачной бумагой. Оберните медные провода вокруг металлических колпачков угольных стержней и подключите их к батарее с помощью переключателя. Возьмите 250 мл воды в стакане. Добавьте в воду несколько капель разбавленной серной кислоты, чтобы сделать ее более проводящей. Теперь погрузите угольные стержни в подкисленную воду в стакане. Убедитесь, что металлический колпачок угольных стержней находится выше уровня воды в стакане. Пропустите электрический ток через подкисленную воду в стакане, замкнув переключатель. Подождите 4-5 минут и внимательно наблюдайте за двумя угольными электродами.
Пузырьки газа образуются на двух угольных электродах. Образование пузырьков газа на двух угольных электродах показывает, что в воде произошло химическое изменение при пропускании через нее электрического тока.
Если электрический ток пропустить через подкисленную воду, то на двух погруженных в нее электродах образуются пузырьки газообразного кислорода и газообразного водорода.
(1) Газообразный кислород образуется на положительном электроне, который является анодом, подключенным к положительной клемме батареи.
(2) Газообразный водород образуется на отрицательном электроде, то есть на катоде, соединенном с отрицательной клеммой аккумулятора.
Электрический ток также может оказывать химическое воздействие на некоторые другие вещества, такие как кислоты, основания, соли и некоторые расплавленные соединения. При пропускании электрического тока через эти жидкости происходит химическая реакция. Когда электрический ток протекает через проводящий раствор, он вызывает химическую реакцию или химическое изменение.
Химическая реакция, вызванная электрическим током, может привести к следующим эффектам:
(1) На электродах могут образовываться пузырьки газа.
(2) Отложения металлов могут образовывать электроды.
(3) Может произойти изменение цвета раствора.
Химические эффекты, вызываемые электрическим током, зависят от природы проводящего раствора и от природы электродов, используемых для пропускания электрического тока.
Упражнение: Продемонстрировать изменение цвета, вызванное химическим воздействием электрического тока
Разрежьте картофель на две половинки. Возьмите один кусок нарезанного картофеля и вставьте в него два железных гвоздя на небольшом расстоянии друг от друга. Железные гвозди — это два электрода. Подключите две клеммы батареи к железным гвоздям, включив в цепь компас и переключатель. Пропустите электрический ток через нарезанный кусок картофеля, замкнув переключатель. Мы будем наблюдать отклонение стрелки компаса, показывающее, что картофель в некоторой степени проводит электричество.
Продолжаем пропускать электрический ток через кусочек картофеля в течение примерно получаса. Мы будем наблюдать зеленовато-голубое пятно на поверхности среза картофеля вокруг железного гвоздя, который подключен к отрицательному полюсу батареи. Образование зеленовато-голубого пятна вокруг положительного электрода, вставленного в поверхность разрезанного картофеля, показывает, что химическое воздействие тока может вызывать изменение цвета проводящего раствора.
Рубрика: Химическое действие электрического тока, класс 8 С тегами: подкисленная вода, химический эффект, электролиз
О г-же Шилпи Нагпал
Г-жа Шилпи Нагпал является аспирантом по химии и опытным преподавателем, который преподает учится с 2007 года. Специализируется на репетиторстве по естественным наукам для учащихся 6-12 классов. Миссис Нагпал имеет подтвержденный послужной список успеха, и ее ученики постоянно получают более высокие оценки и улучшают результаты тестов. Она четко формулирует свои мысли, хорошо осведомлена, и ее страсть к преподаванию проявляется в ее работе со студентами.
Взаимодействие с читателем
Роберт Бойл
Роберт БойлРоберт Бойл
Элементы (Роберт Бойл)
Греческая концепция элементов была популярна почти 2200 лет и была сила, стоящая за поиском алхимиками способов превратить дешевые металлы, такие как свинец, в золото. В 1661 г. английский ученый Роберт Бойль выдвинул серьезное возражение против этой модели. В его книга, Химик-скептик , Бойль отметил невозможность совмещения четыре греческих элемента образовывали любую субстанцию, и было так же невозможно извлечь эти элементы из вещества. Поэтому он предложил новое определение элемента, стали основой современного определения этого понятия
Определение элемента, данное Бойлем, было основано на наблюдении, что многие вещества могут
разложить на более простые вещества. Вода, например, разлагается на смесь
водорода и кислорода при пропускании через жидкость электрического тока. Водород и
кислород, с другой стороны, не может быть разложен на более простые вещества. Они есть
следовательно, элементарные или простейшие химические вещества. Таким образом, как указывал Бойль,
Элемент – это любое вещество, которое нельзя разложить на более простое вещество.
Закон Бойля (Роберт Бойль)
Работа Торричелли с вакуумом привлекла внимание английского ученого Роберта Бойля. Самые известные опыты Бойля с газами с тем, что он назвал «весной воздуха». Эти опыты были основаны на наблюдение, что газы эластичны . (Они возвращаются к своему первоначальному размеру и форме после растяжения или сжатия.) Бойль изучал упругость газов в J-образной трубке. аналогично устройству, показанному ниже. Добавив ртуть в открытый конец трубки, он захваченный небольшой объем воздуха в запаянном конце.
Закон Бойля основан на данных, полученных с J-трубкой аппарат такой. |
Бойль изучал, что происходит с объемом газа в запаянном конце трубки. он добавил ртуть в открытый конец. В таблице ниже приведены некоторые экспериментальные данные.
ментальные данные, которые он сообщил в своей книге « Новые физико-механические эксперименты, касаясь
Весна воздуха и ее последствия. . . , изданный в 1662 г. Первый столбец —
объем газа в запаянном конце J-трубки, в условных единицах. Второй столбец
разница между высотой ртутного столба в закрытом и открытом рукавах
J-образная трубка с точностью до 1/16 дюйма. Третий столбец — произведение объема
газа, умноженного на давление.
Данные Бойля о зависимости объема газа от Давление газа
| Том | Давление | Ш x В |
| 48 | 29 2 / 16 | 1398 |
| 46 | 30 9 / 16 | 1406 |
| 44 | 31 15 / 16 | 1405 |
| 42 | 33 8 / 16 | 1407 |
| 40 | 35 5 / 16 | 1413 |
| 38 | 37 | 1406 |
| 36 | 39 4 / 16 | 1413 |
| 34 | 41 10 / 16 | 1415 |
| 32 | 44 3 / 16 | 1414 |
| 30 | 47 1 / 16 | 1412 |
| 28 | 50 5 / 16 | 1409 |
| 26 | 54 5 / 16 | 1412 |
| 24 | 58 13 / 16 | 1412 |
| 22 | 64 1 / 16 | 1409 |
| 20 | 70 11 / 16 | 1414 |
| 18 | 77 14 / 16 | 1402 |
| 16 | 87 14 / 16 | 1406 |
| 14 | 100 7 / 16 | 1406 |
| l2 | 117 9 / 16 | 1411 |
Бойль заметил, что произведение давления на объем для любого измерения в
эта таблица была равна произведению давления на объем для любого другого
измерения в пределах погрешности эксперимента.
P 1 V 1 = P 2 V 2
Это выражение или его эквивалент
Р а 1/ В
теперь известен как закон Бойля.
| История химии |
| Индекс экспериментов |
| Индекс ученых |
ПОСТАВКА ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИЗА ВОДЫ
Подача электроэнергии для электролиза воды
Настоящее изобретение относится к способу использования преимущественно ветрового униполярного генератора для подачи постоянного электрического тока, необходимого для электролиза воды в водород и кислород. Когда вода подвергается электролизу, вода разлагается на водород и кислород, а при сжигании водорода он рекомбинирует с кислородом с образованием воды. Таким образом, водород является уникальным потенциальным источником возобновляемой энергии, потому что теоретически этот цикл преобразования воды в водород и последующего сжигания водорода для получения большего количества воды может повторяться бесконечно. Следующие реакции иллюстрируют круговорот воды в водород и воду: Электролиз воды: 2h3O = 2h3 + O2 Сгорание водорода: 2h3 + O2 = 2h3O В отличие от ископаемого топлива, при сгорании которого выделяется углекислый газ, при сжигании водорода вода только продукт горения. Углекислый газ является парниковым газом, и в настоящее время широко признано, что сжигание ископаемого топлива способствует глобальному потеплению. Поскольку водород является таким исключительно чистым горючим топливом, растет интерес к разработке водорода в качестве возобновляемого источника энергии, и, в частности, для транспортных применений, где загрязнение окружающей среды в результате сжигания обычного нефтяного топлива в настоящее время вызывает озабоченность во всем мире. Водород может быть получен химическими реакциями, а также электролизом. Например, реакция углеводорода, такого как метан, с паром в присутствии никелевого катализатора дает водород и монооксид углерода, а реакция углерода в виде угля или кокса с водой дает водород и диоксид углерода. Однако парниковые газы, а также водород образуются в результате этих химических реакций, и, поскольку реагенты, метан и уголь, представляют собой материалы на основе ископаемого топлива, ни один из методов производства не является устойчивым в долгосрочной перспективе. Несмотря на то, что метан и уголь являются ископаемыми видами топлива и, следовательно, при сжигании производят парниковый газ двуокиси углерода, в настоящее время все же было бы гораздо более рентабельно напрямую сжигать метан и уголь для выработки электроэнергии, а не преобразовывать эти материалы на основе ископаемого топлива в водород для использования в качестве экологически чистого топлива. В отличие от использования химических методов для производства водорода, электролиз воды является чистым и незагрязняющим процессом. Таким образом, сочетание электролиза воды и сжигания водорода дает возможность разработать уникальный и устойчивый энергетический цикл. Электролиз воды является хорошо известным процессом, который можно кратко описать следующим образом. Когда два противоположно заряженных электрода помещают в воду и пропускают между ними ток, электроны переходят от анода к катоду. Когда электрический ток проходит через воду, химическая связь между водородом и кислородом разрывается, образуя два положительно заряженных иона водорода и один отрицательно заряженный ион кислорода. Затем отрицательные ионы кислорода мигрируют к положительному электроду (аноду), а положительные ионы водорода притягиваются к отрицательному электроду (катоду). Наименьшее количество энергии, необходимое для электролиза одного моля воды на водород и кислород, составляет 65,3 Втч при 250°С, когда водород и кислород рекомбинируют путем сжигания в воду 79..3 Втч энергии выделяется. Таким образом, при сгорании водорода выделяется на 14 Втч больше энергии, чем необходимо для расщепления воды на водород и кислород. Электрическое сопротивление чистой воды велико и составляет 100 Ом/см, и для стимулирования электролиза электрическое сопротивление обычно понижают за счет добавления тепла; давление; соль для воды; кислота к воде; щелочь для воды; или подходящей комбинации таких переменных. Например, промышленный электролизер воды низкого давления может обычно работать при нормальном атмосферном давлении при температуре около 70°С и использовать электролит, состоящий из 25-30% раствора гидроксида калия. Ячейка электролиза в основном состоит из пары электродов, погруженных в емкость с электролитом, а установка для электролиза воды состоит из нескольких ячеек электролиза, объединенных вместе, либо последовательно, либо параллельно, чтобы обеспечить большую выходную мощность. водород и кислород. Однако электролиз воды представляет собой необычный электрический процесс, поскольку для него требуется низкое напряжение, но очень большой постоянный электрический ток. Напряжение, необходимое для электролиза воды, составляет от 1 до 2 вольт, и в зависимости от эффективности системы электролиза подвод энергии, необходимый для электролиза воды, приблизительно эквивалентен 4 кВтч/м3 произведенного водорода. Хотя напряжение, необходимое для осуществления электролиза воды, остается довольно постоянным, вода будет подвергаться электролизу при различных уровнях тока. Например, имеющиеся в продаже электролизные установки работают с токами, изменяющимися примерно от 1500 ампер/м 2 до 5000 ампер/м 2 или более. Однако объем водорода, полученного электролизом, связан с током, т. е. чем выше ток, тем эффективнее процесс электролиза. Хотя вода сама по себе дешева, обильна и легкодоступна, сам процесс электролиза является энергоемким, а также требует определенного источника низкого напряжения и высокого постоянного тока. Когда обычное сетевое электричество используется для питания процесса электролиза воды, обычный переменный ток высокого напряжения должен быть преобразован в постоянный ток низкого напряжения, то есть из переменного тока в электричество постоянного тока. Такая радикальная коммутация тока требует дорогостоящих трансформаторов и выпрямителей, а также могут возникать значительные потери в процессе преобразования тока. Использование электроэнергии из обычной сети в качестве источника тока для процесса электролиза также сводит на нет основные причины для производства водорода, а именно то, что водород является чистым, возобновляемым источником энергии. В настоящее время крупномасштабное производство электроэнергии для национальных энергосистем преимущественно основано на сжигании ископаемых видов топлива, таких как уголь, природный газ и нефть, и сжигание этих ископаемых видов топлива для выработки электроэнергии уже оказало пагубное воздействие на окружающую среду. Настоящее изобретение направлено на создание эффективного, чистого и устойчивого способа подачи определенного электрического тока, необходимого для электролиза воды на водород и кислород. Таким образом, в первом широком аспекте изобретение предлагает систему, содержащую униполярный генератор и ветряные лопасти для питания униполярного генератора, при этом униполярный генератор содержит средства для создания тороидального магнитного поля, средства для позиционирования электропроводящего диска в магнитном поле. , и средство сбора электрического тока, генерируемого в проводящем диске, когда диск вращается в магнитном поле, и при этом проводящий диск расположен в пространстве так, что диск пересекает как прямое, так и обратное магнитные поля тороидального магнитного поля. В другом аспекте настоящее изобретение обеспечивает способ подачи низкого напряжения, но высокого постоянного тока, необходимого для работы установки электролиза воды, с использованием униполярного генератора для получения определенного требуемого электрического тока. Принципы униполярной генерации были первоначально установлены Фарадеем, который обнаружил, что когда проводящий диск вращается в магнитном поле, возникает напряжение между центром диска и внешним краем диска. Униполярные машины производят однонаправленную электродвижущую силу, а униполярные генераторы уникальны тем, что они производят низкое напряжение, но большой постоянный ток. Поскольку производимый ток имеет низкое напряжение, униполярная генерация также является относительно безопасным методом производства и передачи электроэнергии. Рисунок 1 представляет собой схематическое изображение поперечного сечения простого униполярного генератора, основанного на принципах, впервые описанных Фарадеем. На фиг.1 вал 3 проходит через центр обоих полюсов магнита 2 таким образом, что вал 3 может свободно вращаться внутри магнита 2. Металлический диск 1 прикреплен к валу 3 и расположен в пространстве так, чтобы металлический диск 1 расположен в центре между северным и южным полюсами магнита 2. Вращение вала 3 за счет приложения внешней вращающей силы соответственно вращает металлический диск 1 между полюсами магнита 2, так что диск пересекается магнитное поле, создаваемое магнитом. Вращение диска 1 в магнитном поле создает напряжение между центром диска и краем диска. В диске 1 создается электрический заряд, который может собираться электрическими контактными щетками, расположенными на ободе и в центре диска. Эффективность униполярного генератора значительно повышается, если кольцевое магнитное поле, ось которого проходит через центр приводного вала, используется в системе. Когда используется кольцевое магнитное поле, электродвижущая сила, развиваемая в любом кольце, постоянна, так что все пути тока в диске ориентированы радиально. Такие машины, как правило, генерируют очень низкие электродвижущие силы даже на высоких скоростях, поэтому униполярные генераторы идеально подходят для применений, где требуется низкое напряжение и большой ток, как в случае электролиза воды. Другое усовершенствование униполярных машин связано с использованием сверхпроводящих электромагнитных катушек. Сверхпроводящие катушки способны создавать сильные магнитные поля, что способствует эффективной работе униполярных машин. Однако для эффективной работы большинство сверхпроводящих материалов необходимо использовать при чрезвычайно низких температурах, то есть при температурах, близких к криогенным температурам, и необходимость поддержания таких низкотемпературных рабочих условий действительно влияет на капитальные и эксплуатационные расходы униполярной машины. . Магнитное поле, создаваемое кольцевым магнитом или кольцевой электромагнитной катушкой, имеет ось вращательной симметрии и поле имеет тороидальный характер. Линии магнитного потока первоначально текут наружу от плоскости магнита или катушки в прямом направлении (т.е. прямое магнитное поле). Затем магнитный поток движется по круговой тороидальной схеме до тех пор, пока магнитный поток в конечном итоге не вернется обратно к плоскости магнита или катушки (то есть обратное магнитное поле). Первоначально униполярные машины были спроектированы с проводящим диском, расположенным так, что диск пересекал только магнитное поле, движущееся в прямом направлении, как показано в базовой униполярной машине, показанной на рисунке 1. Рабочие характеристики униполярного генератора можно улучшить, если оба а обратные магнитные поля, создаваемые магнитом или катушкой, используются для генерации тока в диске. Рисунок 2 представляет собой схематическое изображение поперечного сечения униполярного генератора, который был разработан для того, чтобы проводящий диск внутри униполярной машины мог пересекать как прямое, так и обратное магнитные поля, создаваемые электромагнитной катушкой. На рисунке 2 металлический токопроводящий диск 5, прикрепленный к приводному валу 6, и кольцевая электромагнитная катушка 7 вместе называются униполярным генератором 4. Кольцевая электромагнитная катушка 7 состоит из множества витков либо из проводящего материала, либо из более предпочтительно сверхпроводящий материал. Когда ток проходит через катушку 7, вокруг оси вращательной симметрии 9 генерируется тороидальное магнитное поле 12, состоящее из прямого поля 10 и обратного поля 11.. Для простоты иллюстрации на рис. 2 показана только одна линия магнитного потока 12 с полем 10 прямого и обратным полем 11. Линии магнитного потока представляют собой изобразительное средство, используемое для иллюстрации магнитного поля, и истинное представление магнитного поля. Поле, создаваемое катушкой 7, потребовало бы бесконечного числа линий потока, полностью окружающих кольцевую катушку 7. Тонкий и по существу плоский проводящий металлический диск 5 соединен по центру с валом 6 таким образом, что вращение вала 6 за счет внешнего вращательного движения движущая сила также будет вращать диск 5 вокруг центральной оси, которая перпендикулярна диску и одновременно совпадает с центральной осью 9. магнитного поля. Металлический диск 5 и кольцевая катушка 7 предпочтительно расположены в пространстве так, чтобы прямое магнитное поле 10 проходило через центральную часть диска 5, а обратное магнитное поле 11 проходило через внешнюю часть диска 5. Центральная часть диска 5 , который подвергается прямому магнитному полю 10, отделен от внешней части диска 5, который подвергается обратному магнитному полю 11, кольцом из изоляционного материала 13, которое проходит радиально вокруг диска на фиксированном расстоянии от центр диска. Диск 5 также расположен так, что нижняя поверхность диска находится в непосредственной близости от кольцевой катушки 7. При вращении диска 5 в тороидальном магнитном поле во внутренней и внешней частях диска 5 возникают токи, которые подвергаются воздействию прямого и обратного магнитных полей соответственно и разделены изолирующим кольцом 13, текут в противоположных направлениях в двух частях диска. В этом конкретном варианте осуществления униполярного генератора кольцевая катушка 7 окружена сердечником 8 из высокопроницаемого магнитного материала, такого как мягкое железо. Железный сердечник 8 дополнительно концентрирует обратное магнитное поле 11 по направлению к катушке 7, так что большая часть обратного поля проходит через внешнюю область диска 5, что позволяет диску 5 использовать больше магнитного поля, создаваемого кольцевой катушкой 7. скользящий рычаг 15 фиксируется в положении над верхней поверхностью проводящего диска 5 таким образом, что ползун 15 проходит от центра к внешней части диска, т.е. внутренний конец ползунка 15 находится в непосредственной близости к приводному валу 6, в то время как внешний конец ползуна 15 выступает за внешний край диска 5. Щетки 16, 18 и 19 контакта с электрическим токомрасположены на нижней стороне ползунка 15. Щетка 16 собирает ток, производимый на внутренней части диска 5. Соединяющая скользящая конструкция между рычагом 15 и щеткой 16 позволяет расположить щетку 16 относительно верхней поверхности диска 5, регулируется перемещением щетки 13 вдоль рычага 15 до тех пор, пока щетка не окажется в требуемом положении на внутренней части диска 5. Щетка 18 собирает ток, производимый на внешней части диска 5. Соединительное скользящее устройство между рычагом 15 и щеткой 18 позволяет регулировать положение щетки 18 относительно верхней поверхности диска 5 путем перемещения щетки 18 вдоль рычага 15 до тех пор, пока щетка не окажется в требуемом положении на внешней части диска 5. Такое расположение позволяет точно регулировать контакт щетки 16 и 18 до тех пор, пока щетки не окажутся в точке максимального тока на внутренней и внешней частях токопроводящего диска 5 соответственно. Затем контактные щетки 16 и 18 можно зафиксировать на месте на ползунке 15 с помощью фиксатора. ngs, установленные на щетках и ползунке соответственно. Важно, чтобы щетки 16 и 18 имели хороший контакт с верхней поверхностью диска 5, чтобы обеспечить эффективный сбор электрического тока, генерируемого униполярной машиной. Чтобы обеспечить хорошие проводящие свойства между контактными щетками 16 и 18 и диском 5, на поверхности диска можно использовать контактный материал из жидкого металла, и такие проводящие материалы из жидкого металла описаны заявителем в патенте США № 5281364. Другая контактная щетка 14 контактирует с приводным валом 6, а другая контактная щетка 19установленный под внешним концом ползуна 15, контактирует с внешним ободом диска 5. Опять же важно, чтобы щетки 14 и 19 обеспечивали хороший электрический контакт с приводным валом и внешним ободом диска соответственно. Вращение вала 6 под действием внешней движущей силы вращает диск 5 за счет тороидального магнитного поля, создаваемого кольцевой катушкой 7. Это, в свою очередь, генерирует электрические токи во внутренней и внешней частях диска 5, которые собираются контактными щетками 16 и 18. Щетки 16 и 18 легко регулируются на ползунке 15 до тех пор, пока не будет достигнуто положение оптимального тока на внутренней и внешней частях диска 5 соответственно. Щетка 16 и щетка 14 подключены к электрической цепи 17, причем щетка 18 и щетка 19соединены с электрической цепью 20. Две цепи 17 и 20 соединены вместе либо последовательно, либо параллельно, прежде чем объединенный ток, наконец, будет передан от униполярного генератора к установке электролиза воды. Средства измерения и контроля тока могут быть включены в электрическую цепь, по которой ток поступает от униполярного генератора к установке электролиза воды. Униполярные генераторы также представляют собой компактные машины, и, например, их можно легко соединять вместе в нескольких комбинациях, последовательно и/или параллельно, чтобы вырабатывать ток, достаточный для запуска нескольких комбинаций электролизных установок, что также быть соединены между собой последовательно и/или параллельно. Развитие конструкции униполярных машин, сверхпроводящих материалов и систем сбора тока привело к тому, что униполярные генераторы стали намного более эффективными. Например, известно, что униполярные генераторы имеют КПД более 99%. Таким образом, униполярный генератор является эффективным методом прямой подачи низкого напряжения и высокого тока, необходимого для работы установки электролиза воды. Помимо относительно простых средств измерения и контроля тока, для изменения тока перед его подачей в электролизную установку не потребуется никакого другого сложного коммутационного оборудования, такого как дорогие и неэффективные трансформаторы и выпрямители. Однако движущая сила, используемая для привода униполярного генератора, требует тщательного рассмотрения. Поскольку водород является полностью сгорающим возобновляемым топливом, источник энергии, используемый для привода униполярного генератора и, следовательно, для выработки тока для электролизной установки, также предпочтительно должен быть возобновляемым и экологически чистым по своей природе. Ветер, например, является таким возобновляемым источником энергии. Хотя при проектировании и строительстве униполярной генерирующей системы, работающей от ветра, потребуются капитальные затраты, сам ветер является бесплатным и возобновляемым источником энергии. Использование ветра для питания униполярного генератора не только обеспечит экономичную электроэнергию для процесса электролиза воды, но также электроэнергия будет соответствовать требуемым характеристикам низкого напряжения и высокого тока без необходимости дальнейшего преобразования. Таким образом, с другой стороны, изобретение обеспечивает метод подачи электроэнергии низкого напряжения и сильного тока на установку электролиза воды с использованием ветра в качестве возобновляемого источника энергии для питания униполярного генератора. Обычные ветряные электрогенераторы, как правило, вызывают враждебную реакцию общественности, главным образом потому, что большое количество ветряных генераторов обычно расположено близко друг к другу на ветряных электростанциях, а такие ветряные электростанции, как правило, выделяются на фоне ландшафта. Тем не менее, одиночный ветряной генератор гораздо менее навязчив, и один униполярный ветряной двигатель или даже небольшое количество таких ветряных двигателей с гораздо большей вероятностью получат признание широкой общественности и местных органов планирования, чем крупные ветряные электростанции. Основным недостатком энергии ветра является то, что она носит непостоянный характер, и в безветренные дни энергии для выработки электроэнергии будет мало или совсем не будет. Ненадежный характер прерывистых энергоресурсов также может создавать трудности для национальных сетей электроснабжения, поскольку они, как правило, полагаются на предсказуемые поставки электроэнергии. Преимущество предлагаемой системы заключается в том, что ток, вырабатываемый униполярным генератором, будет использоваться только для электролиза воды, и никакая часть электроэнергии не будет направляться в сеть. Еще одним важным преимуществом предлагаемой системы является то, что конечные продукты процесса электролиза воды, то есть водород и кислород, могут быть упакованы и сохранены для последующего использования. Таким образом, предлагаемый процесс обеспечивает средства преобразования прерывистой энергии ветра в более надежную форму возобновляемой энергии, то есть водород, который упакован и готов к использованию по мере необходимости. Теоретически другие природные возобновляемые источники энергии, такие как гидроэнергия и энергия приливов, также могут использоваться для привода униполярного генератора. Однако большинство гидроэлектростанций и систем выработки приливной энергии предназначены для крупномасштабного производства обычной электроэнергии переменного тока, предназначенной для национальной сети. Источники энергии для гидроэлектростанций и энергии приливов, т. е. водохранилища или эстуарии, также, как правило, расположены в удаленных или удаленных местах, и поэтому эти конкретные формы возобновляемой энергии гораздо менее гибки, чем энергия ветра. Предпочтительные варианты осуществления изобретения теперь будут описаны со ссылкой на фиг. 3, которая представляет собой схематическое изображение поперечного сечения униполярной генерирующей системы с приводом от ветра, соединенной с установкой для электролиза воды. На фиг.3 бетонная или стальная мачта 21 поддерживает корпус 22 генератора. Поскольку униполярные машины очень компактны, корпус 22 генератора может содержать несколько комбинаций униполярных генераторов 23, соединенных вместе либо последовательно, либо параллельно. Используя множество униполярных машин, одна униполярная генерирующая система, приводимая в действие ветром, будет способна производить ток, достаточный для работы нескольких комбинаций установок электролиза воды. Устройство 24 лопастей ротора соединено с общим приводным валом в униполярных генераторах 23 таким образом, что приводной вал вращается с регулируемой фиксированной скоростью. Приводной вал прикреплен к токопроводящим дискам, расположенным внутри униполярных генераторов 23, и таким образом, что диски пересекают тороидальные магнитные поля, создаваемые кольцевыми электромагнитными катушками, также расположенными внутри униполярных машин. Электромагнитные катушки могут быть изготовлены из проводящего или сверхпроводящего материала. Вращение лопастей ротора 24 под действием ветра будет вращать приводной вал, который, в свою очередь, будет вращать каждый проводящий диск через связанное с ним тороидальное магнитное поле внутри каждого из униполярных генераторов 23. Ток, генерируемый на дисках, будет собираться подходящее расположение электрических контактных щеток. Электрические цепи между электрическими контактными щетками и между отдельными униполярными генераторами могут быть соединены вместе либо последовательно, либо параллельно. Затем ток, отбираемый от униполярных генераторов, будет подаваться по электрической цепи к установкам электролиза воды, а средства измерения и контроля тока будут включены в электрическую цепь. Ток от одного униполярного генератора обычно имеет напряжение около 2 вольт и плотность мощности около 5000 ампер/м2 или более, в то время как потребление энергии типичной электролизной установкой составляет около 4 кВтч/м3 произведенного водорода. Путем объединения ряда униполярных генераторов вместе, последовательно и/или параллельно, в зависимости от ситуации, можно было бы производить достаточный ток, чтобы иметь возможность работать с таким же количеством электролизеров, также соединенных вместе либо последовательно, либо параллельно. Система многократной униполярной генерации также обеспечивает средства для удовлетворения либо изменений спроса на ток, либо колебаний тока из-за изменений в энергии ветра. Например, в этих условиях ток необходимо брать только от некоторых униполярных генераторов, а не от всех генераторов, и затем потребляемый ток будет подаваться на соответствующее количество установок электролиза воды. Для простоты иллюстрации блок 26 электролиза воды на фиг.3 состоит только из четырех электролизеров. На практике типичная коммерческая электролизная установка может содержать несколько сотен электролизеров, а общая часовая производительность электролизной установки может составлять более 400 м3 водорода и более 200 м3 кислорода. Как уже упоминалось, одна ветряная машина способна питать множество униполярных генераторов, которые, в свою очередь, могут производить ток, достаточный для работы эквивалентного множества установок электролиза воды. Таким образом, выход многоблочной электролизной системы может составлять более 4000 мВ·ч водорода и более 2000 мВ·ч кислорода. Блок электролиза, показанный на рисунке 3, представляет собой схематическое изображение типичной системы электролиза при низкой температуре и низком давлении, аналогичной, например, системе, производимой Norske Hydro. Каждый элемент должен иметь катод 27, изготовленный, например, из низкоуглеродистой стали, и анод 28, изготовленный, например, из никелированной низкоуглеродистой стали. Электролит в каждой ячейке, как правило, представляет собой 25% раствор гидроксида калия, и должны быть средства для постоянного пополнения ячеек пресной водой. При подаче электрического тока на электролизеры образуется водород на катодах элементов и кислород на анодах. Чтобы водород и кислород отделялись друг от друга внутри ячеек, каждая ячейка должна включать сепаратор 29.изготавливаются, например, из тканого асбестового полотна. Водород с катодов элементов собирается в газоразрядной трубке 31, тогда как кислород с анодов собирается в отдельной газоразрядной трубке 30. Водород и кислород в газоразрядных трубках 31 и 30 соответственно будут подаваться на отдельные упаковочные установки ( не показано на рисунке 3), где водород и кислород будут либо сжаты и упакованы в баллоны, либо сжижены и упакованы в резервуары. Как водород, так и кислород, получаемые при электролизе воды, являются ценными продуктами и имеют потенциальные применения в различных конечных целях. Как упоминалось ранее, водород — это уникальный, экологически чистый, возобновляемый источник энергии, и эти особые свойства могут сделать водород важным транспортным топливом будущего. Водород также применяется в качестве реагента в различных химических процессах. Кислород также широко используется в различных промышленных применениях, включая химические процессы, процессы сжигания, аэробную ферментацию, очистку воды и медицинские применения. Еще одно новое применение водорода и кислорода заключается в том, что их можно использовать вместе в топливном элементе для производства электроэнергии. Например, в то время как электролизная ячейка подает электрический ток на воду для производства водорода и кислорода, топливный элемент работает в обратном порядке и использует водород и кислород для производства электрического тока. Топливные элементы преобразуют химическую энергию в электрическую, и в отличие от батарей, которые способны только накапливать электричество и поэтому могут разряжаться, топливные элементы будут продолжать работать с постоянной выходной мощностью, пока есть постоянный запас водорода и кислорода. Таким образом, топливные элементы имеют потенциал как для транспорта, так и для производства электроэнергии, хотя будущее использование топливных элементов в больших масштабах будет зависеть от наличия легкодоступных источников экономически эффективных водорода и кислорода. Благодаря использованию униполярного генератора, приводимого в действие ветром, изобретение предлагает эффективный и рентабельный способ прямого производства низкого напряжения и высокого тока, необходимого для электролиза воды, что, в свою очередь, помогает обеспечить эффективный и экономичный процесс электролиза воды. Использование возобновляемой энергии ветра для питания униполярной генерирующей системы также гарантирует, что электрический ток, подаваемый на электролизную установку, будет генерироваться чистым и незагрязняющим образом.
Превратить воду из водорода и кислорода в водородное топливо
22.03.2022
устойчивость
В Корее родственники дарят жениху и невесте деревянных уточек. Почему? Потому что считается, что эти водоплавающие птицы образуют особенно прочные связи. Деревянные уточки символизируют свадьбу молодоженов.
Такие элементы, как водород и кислород, также вступают в тесные связи — они соединяются вместе, образуя воду, и требуется много усилий и энергии, чтобы их разделить. Сам по себе водород чрезвычайно летуч. Обычно он бесцветный и безвкусный. Молекула его газа состоит из двух атомов, которые можно хранить под высоким давлением — предпочтительно в тщательно запечатанных резервуарах или газовых баллонах. На самом деле водород не хочет ничего, кроме воссоединения с кислородом, чтобы снова стать жидкой водой. В процессе водород высвобождает часть энергии, затраченной во время разделения — эффект, который можно использовать для производства и потребления энергии в климатически нейтральном цикле.
Вы можете найти PDF-файл с полной инфографикой здесь.
СТАНЦИЯ 1 |
ОСНОВЫ ВОДЫ
Как уже упоминалось, вода состоит из водорода и кислорода. Один атом кислорода и два атома водорода образуют молекулу воды. В природе вода обычно содержит растворенные газы, органические соединения и соли. В целом 71 процент земной поверхности покрыт водой. Общий объем воды составляет 1,4 миллиарда кубических километров, 3,5 процента из которых составляют пресные воды. Это соответствует 48 миллионам кубических километров. Если бы это количество воды было сжато в куб, длина его граней составила бы целых 363 километра. Итак, вода существует на планете в огромном количестве, но распределена она неравномерно.
СТАНЦИЯ 2 |
КЛИМАТИЧЕСКИ НЕЙТРАЛЬНАЯ ГЕНЕРАЦИЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ
Электричество можно производить с помощью гидроэнергетики или с помощью энергии солнца и ветра. Компании и потребители получают электроэнергию, выработанную этими способами. При благоприятных погодных условиях – например, в солнечные периоды или ветреные осенние дни – можно произвести больше электроэнергии, чем необходимо. Воздействие может быть увеличено за счет расширения объектов возобновляемой энергии в стране. Излишки электроэнергии могут быть либо использованы сразу, либо сохранены. И здесь на помощь приходит водород. Излишки электроэнергии можно использовать для производства водорода путем электролиза на специальных установках.
СТАНЦИЯ 3 |
УСТАНОВКА ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИЗА
Что именно происходит в системе электролиза? Электричество применяется к воде внутри него. Энергия разделяет воду на кислород и водород. Как правило, для этого используется пресная вода. Но исследователи уже работают над каталитическими нейтрализаторами, которые могли бы использовать морскую воду для электролиза водорода. Сегодня установленные предприятия обращаются к процессу с использованием мембраны, проницаемой только для протонов. Мембрана действует как сепаратор, расположенный между катодом и анодом. По сути топливный элемент, только наоборот. Если подается внешнее напряжение, это вызывает разложение воды на аноде. В результате образуются ионы водорода, свободные электроны и кислород. Только ионы водорода проходят через мембрану и достигают катода. Там они соединяются со свободными электронами, образуя водород.
СТАНЦИЯ 4 |
ПЕРЕВОЗКА ВОДОРОДА
Транспортные средства, приводимые в движение топливными элементами, могут работать на водороде. Это предполагает доставку газа от электролизной установки к потребителю. Для его перевозки по железной дороге или автомобильным транспортом используются специальные вагоны и автоцистерны; они содержат сжатый водород в виде сжатого газа. Есть также автоцистерны, которые перевозят сжиженный водород при -253°С. Чтобы сделать мир максимально климатически нейтральным, эти грузовики и поезда должны будут питаться от возобновляемой электроэнергии или топлива, произведенного с ее помощью. Другим вариантом была бы отправка газа на большие расстояния по трубопроводам с использованием сравнительно небольшого количества энергии.
СТАНЦИЯ 5 |
СТАНЦИЯ ЗАПРАВКИ ВОДОРОДОМ
Процессы заправки водородом мало что меняют для современных владельцев транспортных средств, хотя насосы работают немного иначе, чем обычные ТРК. Следует отметить, что бак в легковом или грузовом автомобиле на топливных элементах необходимо заправлять под высоким давлением. Водород поступает из блока подачи в автомобиль под давлением около 700 бар. Топливный шланг должен быть плотно закреплен на муфте, прикрепленной к штуцеру бака на автомобиле. Затем топливный шланг автоматически затягивается. Инфракрасный интерфейс принимает данные о транспортном средстве, важные для процесса заправки, и передает их насосу. Чтобы заполнить бак автомобиля, требуется до четырех минут — чуть дольше, чем сопоставимая заправка бензином или дизельным топливом. А вот запас хода у автомобилей на водороде чуть меньше: от 400 до 500 километров.
СТАНЦИЯ 6 |
ТРАНСПОРТНЫЕ СРЕДСТВА НА ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ
Даже если процесс заправки похож на процесс заправки двигателя внутреннего сгорания, водород приводит в действие электромобиль. Его топливный элемент преобразует водород в электроэнергию, питающую электродвигатель. По отношению к своей массе водород имеет огромную плотность энергии. Преимущество: использование водорода позволяет грузовикам и автобусам преодолевать большие расстояния, которые им необходимы. Но есть и большой недостаток: водород очень легкий. По отношению к объему его плотность энергии довольно низка. Это приводит к необходимости его значительного сжатия. Даже в этом случае баки занимают больше места, чем обычные топливные баки. С другой стороны, им требуется значительно меньше места, чем сегодняшним ионно-литиевым батареям.
СТАНЦИЯ 7 |
FUEL CELL
Так работают топливные элементы: положительно заряженные ионы водорода мигрируют внутри них от анода к катоду. На своем пути они проходят через мембрану из полимерного электролита. Там они реагируют с кислородом воздуха, оставляя после себя воду. Во время этого процесса на аноде образуется избыток отрицательно заряженных электронов водорода. Если вы соедините эти электроны водорода с катодом через отдельную силовую цепь, они будут мигрировать туда. Это означает, что протекает электрический ток, но он составляет всего около 50 процентов от тока, который первоначально использовался для производства водорода. Это привело к поиску более эффективного решения. Компания Freudenberg разработала газодиффузионную систему, которая максимально гомогенно подает газы в реакционный процесс. В результате в окружающую среду выбрасывается только водяной пар. И это замыкает петлю.
СТАНЦИЯ 8 = СТАНЦИЯ 1 |
ВОДА
Цикл завершен.
