Выполняется учителем при заключении темы
Пymu развития водородной энергетики
Следует сразу установить, что преимущества водородной энергетики могут быть достигнуты только путем постадийного внедрения этой энергетики (исследование, проектирование, создание опытной установки, небольшая проверка, более крупная проверка и, наконец, полный переход на водородную энергетику). На первой стадии в качестве источника для получения водорода можно использовать уголь, который при нагревании с водой образует смесь СО и Н2; СО затем будет окислом до СО2 и выброшен в атмосферу, а Н2 доставят по трубопроводу па ближайшую установку. Здесь он может быть использован для получения электричества.
Во второй стадии в качестве источника энергии для получения водорода может быть использована ядерная установка; образующийся водород затем будет доставляться в город и применяться для получения электроэнергии или для работы части транспорта.
На третьей стадии может быть использован маленький город (например, с населением 10 000), где будет построена станция для сбора солнечной энергии. Если это гористая местность, можно установить экспериментальные крупные аэрогенераторы.
Важной является четвертая стадия освоения, на осуществление которой необходимы суммы, исчисляемые миллиардами. На этой стадии следует перевести часть энергетики на водород, например, жилищно-коммунальное хозяйство, транспорт, промышленность [8].
Экологическая "чистота" водорода не вызывает сомнений, если учесть, что практически единственным, продуктом его сгорания является вода и что в этом случае полностью отсутствуют характерные для углеводородных топлив загрязняющие атмосферу соединения типа диоксидов углерода и серы, а также паров углеводородов. Кроме того, водород - это и достаточно калорийное топливо. По теплотам сгорания (34 ккал/г) он намного превосходит такие классические виды топлива, как углеводороды (10 ккал/г) и древесина (4 ккал/г). Конечно, нельзя не учитывать и большие трудности, связанные с решением и ряда дополнительных задач, таких, как:
а) поиск и разработка первичных источников энергии, которые могут быть использованы для синтеза водорода;
б) безопасность хранения, транспорта и больших количеств газообразного и жидкого водорода;
в) эффективное преобразование энергии водорода при решении ряда конкретных энергетических задач.
Если говорить о поисках и разработках первичных источников, кото- рые могут быть использованы для синтеза водорода, то, вероятно, следует начать с простейшего способа, известного каждому, кто хотя бы немного знаком с химией, - взаимодействия кислот и оснований с металлами: Zn + (2HCl)aq → (ZnC12)aq + H2 ↑
Аl + (2NaOH)aq → (NaAIО2)aq + 3/2H2↑
В плане дальнейшего изложения очень важно подчеркнуть, что перспективными для создания водородной энергетики могут считаться только способы, основанные на использовании воды в качестве исходного сырья. Поэтому в дальнейшем при написании тех или иных уравнений химических реакций индекс "aq", характеризующий водную среду, будет опускаться. Процесс необратим и для получения металла из образовавшихся оксидов
(для повторного их применения) требует значительных затрат энергии.
Заслуживают внимания три варианта получения водорода из органического сырья. Один из них - паровая конверсия металла, являющегося главным компонентом природного газа:
СН4 + Н2О → СО + 3Н2 - 50 ккал
СО + Н2О → СО + Н2 + 10 ккал
СН4 + 2Н2О → СО2 + 4Н2 - 40 ккал
Второй более совершенный вариант основывается на парокислородной конверсии:
2СН4 + О2 → 2СО + 4Н2 + 16 ккал
СН4 + Н2О → СО + 3Н2 - 50 ккал
7СН4 + 3О2 + Н2О → 7СО + 15Н2
Последующий процесс, связанный с конверсией СО, протекает, как и в первом варианте. Однако, как следует из уравнений в обоих вариантах, требуется затрата больших количеств дефицитного природного газа как исходного сырья.
Третий вариант основан па использовании процесса газификации угля:
2Ств + О2 → 2СО + 55 ккал
СТВ + Н2О пар → СО + Н2 - 30 ккал
Комбинацией этих двух реакций можно получить смесь СО и Н2, на-зываемую "водяным газом". В последнее время метод получения водорода из воды и угля считается одним из наиболее перспективных. Весьма перспективным, по мнению специалистов, является вариант использования водяного пара для восстановления окислов железа при 800-900°С:
2FезО4 + СО + Н2 → 6FеО + Н2О + СО2 - 22 ккал
Смотрите также
Введение
Количество вторичных металлов в мире с каждым
годом растет в связи с непрерывным увеличением общего металлофонда черных и
цветных металлов, который превысил 8 млрд. т. Пропорционально увеличению мет ...