Пuролuз воды

Для того, чтобы получать водород за счет термического разложения воды

2 Н2О ↔ Н2 + О2

нужно очень много тепла, т.е. нужно нагревать водяной пар до температур порядка нескольких тысяч градусов. Такой процесс может быть осуществлен только с применением устройств типа дугового плазмотрона. Однако здесь может быть применен принцип так называемых термохимических циклов, сущность которого состоит в том, что сильно эндотермический процесс разложения воды может быть расчленен на ряд последовательно чередующихся эндо - и экзотермических стадий, каждая из которых для своего осуществления требует значительно более низких температур, чем реакция (13). В свою очередь, возможность получения водорода путем термохимических реакций с использованием низкотемпературного тепла (700 - 900 ОС) открывает перспективы широкого использования тепла атомных реакторов. Это тем более заманчиво, что таким образом решаются проблемы получения водорода и утилизации тепла атомных реакторов, которое представляет возможную угрозу тепловому балансу в биосфере. Как правило, экзотермические стадии связаны с образованием неустойчивых продуктов окисления, и в частности кислорода в реакции (13). Совершенно очевидно, что в нашем случае для того, чтобы термохимический цикл не «разомкнулся», нужно, чтобы продукты окисления обладали невысокой термической стабильностью и легко отдавали кислород при умеренном нагревании.

Таким образом, простейший, скажем двухстадийный (в идеале), цикл можно схематически представить следующим образом:

Х + Н2О → ХО + Н2;

ХО → Х + 1/2 О2.

Здесь первая стадия идет с выделением тепла самопроизвольно или при нагревании до невысоких температур, а вторая стадия протекает с поглощением тепла. Идеальный двухстадийный цикл пока трудно предложить. Более реальны трех-четырехстадийные термохимические циклы, как, например, цикл, именуемый «Марк-9»:

2FeCl2 + 8Н2О(г) → 2Fе2Оз + 12НСI + 2Н2О; (15)

2FезО4 + ЗСl2 + 12НСI → 6FеСlз + 6Н2О (г) + О2; (16)

6FеСlз → 6FeCl2 + ЗСl2 (17)

Стадия (15) эндотермична: 600 - 700 ºС; стадия (16) экзотермична: 150 - 200 ºС; стадия (17) эндотермична: 400 – 450 ºС. Следует, однако, указать, что в данном термохимическом цикле, равно как и в других разрабатываемых циклах, приходится сталкиваться с многими трудностями технического характера, усложняющими на сегодня практическую реализацию этих вариантов в широких масштабах. По мнению специалистов, значительно ближе к осуществлению варианты термоэлектрохимического разложения воды, комбинирующего термохимические циклы с электрохимическими. Примером может служить сернокислотный цикл, основанный на том, что потенциал окисления сернистой кислоты до серной (0,18 В) существенно ниже потенциала «окисления» воды (1,3 В):

Н2SОз + SОз + 3 Н2О → 2H2SО4 + 2Н2 (18)

2Н2SО4 → 2Н2О + 2Н2, + SO2 + О2 , (19)

где стадия (19) - эндотермическая реакция при 800 – 900 ºС и давлении до 10 атм, а стадия (18) - обычный электролиз водного раствора сернистой кислоты, протекающий при нормальной температуре [3, 4].

Из всего сказанного следует, что у водородной энергетики при условии ее дальнейшего совершенствования есть великолепный шанс внести ощутимый вклад в энергетическую систему мира [19 - 22].

Copyright © 2024 - All Rights Reserved - www.chemicalnow.ru