Презентация, доклад на тему Применение водорода на промышленных предприятиях Челябинской области

XVI века немецким врачом и естествоиспытателем Парацельсом. В 1776 г. Кавендиш (Англия) установил его свойства и указал отличия от других газов. Водород имеет три изотопа: протий ¹Н, дейтерий ²Н или D, тритий ³Н или Т. Их массовые числа равны 1, 2 и 3. Протий и дейтерий стабильны, тритий – радиоактивен (период полураспада 12,5 лет). В природных соединениях дейтерий и протий в среднем содержатся в отношении 1:6800 (по числу атомов). Тритий в природе находится в ничтожно малых количествах.
Ядро атома водорода ¹Н содержит один протон. Ядро дейтерия и трития включают не только протон, но и один, два нейтрона. Молекула водорода состоит из двух атомов. Приведем некоторые свойства, характеризующие атом и молекулу водорода:

Энергия ионизации атома, эВ 13,60
Сродство атома к электрону, эВ 0,75
Относительная электроотрицательность 2,1
Радиус атома, нм 0,046
Межъядерное расстояние в молекуле, нм 0,0741
Стандартная энтальпия диссоциации молекул при 25ºС 436,1

Земле лишь в незначительных количествах. Иногда он выделяется вместе с другими газами при вулканических извержениях, а также из буровых скважин при добычи нефти.






Но в виде соединений водород весьма распространен. Это видно уже из того, что он составляет девятую часть массы воды. Водород входит в состав всех животных и растительных организмов, нефти, каменного и бурого углей, природных газов и ряда минералов. На долю водорода из всей массы земной коры, считая воду и воздух, приходится около 1%. Однако при пересчете на проценты от общего числа атомов содержание водорода в земной коре 17%.

его долю приходится около половины массы Солнца и большинства других звезд. Он содержится в газовых туманностях, в межзвездном газе, входит в состав звезд.
В недрах звезд происходит превращение ядер атомов водорода в ядра атомов гелия. Этот процесс протекает с выделением энергии; для многих звезд, в том числе для Солнца, он служит главным источником энергии.
Скорость процесса, т. е. количество ядер водорода, превращающихся в ядра гелия в одном кубическом метре за одну секунду, мала. Поэтому и количество энергии, выделяющейся за единицу времени в единице объема, мало.
Однако, вследствие огромности массы Солнца, общее количество энергии, генерируемой и излучаемой Солнцем, очень велико. Оно соответствует уменьшению массы Солнца приблизительно на 4 млн. т в секунду.

1. Электролиз воды, при котором, пропуская постоянный ток, на катоде накапливают водород, а на аноде - кислород. Такая технология делает его слишком дорогим энергоносителем. Поэтому пока водород используется только для запуска космических аппаратов с водородно-кислородными двигателями.
2. Технология горячей переработки водяного пара при температуре 700-900 °С с участием легкого бензина и тяжелого жидкого топлива, отбирающего кислород.
Проекты:

3. Предлагается построить в Гренландии несколько грандиозных электростанций, которые будут использовать талую воду ледников для производства электроэнергии, а энергия будет на месте затрачиваться на электролиз для получения водорода, его сжижения и транспортировку по трубопроводам и в танкерах в Европу и Америку.
4. Использование энергии атомных и специальных солнечных электростанций для получения водорода путем электролиза воды.

5. На поверхности частиц взвесей в воде существуют адсорбированные и закрепленные на поверхности ферменты с высокой специфичностью каталитического действия. Они способны расщеплять одну-единственную связь в одном из веществ при очень высокой активности в обычных условиях. Иммобилизованные ферменты могут быть использованы для получения водорода(«магический порошок»).
6. Возможен также микробиологический способ получения водорода. В почве существует ряд микроорганизмов, которые выделяют водород в виде побочного продукта. В случае решения задачи дешевого получения водородного топлива и разработки технологии его накопления, хранения и транспортировки человечество получит неиссякаемый источник экологически чистого энергоносителя, встроенного в естественную систему круговорота воды.

угля, масел и углеводородов.
синтез соляной кислоты, метилового спирта, синильной кислоты
сварка и ковка металлов
изготовлении ламп накаливания и драгоценных камней
превращения жидких жиров в твердые (гидрогенизация)
производство жидкого топлива гидрогенизацией углей и мазута
Практическое применение водорода многообразно:
им обычно заполняют шары-зонды
в химической промышленности он служит сырьём для получения многих весьма важных продуктов (аммиака и др.)
в пищевой - для выработки из раст. масел твёрдых жиров и т. д.
плавления тугоплавких металлов, кварца и т. п.
жидкий водород - наиболее эффективное реактивное топливо.

металлургии водород используют как восстановитель оксидов или хлоридов для получения металлов и неметаллов (германия, кремния, галлия, циркония, гафния, молибдена, вольфрама и др.). Водород находит своё применение на Челябинском, Магнитогорском, Златоустовском Металлургических Комбинатах, на Челябинском Тракторном Заводе и на многих др. промышленных предприятиях области.

Сейчас считается, что основным потребителем водорода будут топливные элементы. Обусловлено это тем, что в результате экологически чистого  процесса соединения водорода с кислородом получается  самая распространенная экологически чистая электрическая энергия.
Главная  проблема в этом деле - высокая стоимость топливных элементов.     Стоимость 1 кВт мощности, производимой топливным элементом  около 10 тыс. долл. Стоимость же 1 кВт мощности, производимой бензиновым эквивалентом, - 3-5 долларов. Это - главная причина, сдерживающая переход на водородную энергетику на данном этапе её освоения.     
Известно, что чем больше катализатор разделит атомов водорода на протоны и электроны, тем эффективнее идет процесс синтеза электрической энергии. Однако расчеты показывают, что современные катализаторы разделяют на электроны и протоны  лишь около 0,5 %  атомов водорода. Фактически это и есть прямой  коэффициент полезного действия  топливного элемента. Из этого следует важная задача разработчиков топливных элементов - увеличение их прямого коэффициента полезного действия. Наиболее совершенные электролизёры расходуют 4 кВтч электроэнергии на получение  одного кубического метра водорода из воды. При сжигании этого водорода может выделиться около 3,5 кВтч чистой энергии. Из этого следует, что водород может стать  конкурентно-способным энергоносителем, только если затраты энергии на его получение из воды понизить до 2 кВт/ч . Это и есть главная задача начального периода развития водородной энергетики.      Но самый большой резерв снижения затрат энергии на электролиз воды скрыт  в процессе фотосинтеза. Ежегодно при этом процессе  из воды выделяются сотни миллионов кубометров водорода. А что если смоделировать указанный процесс в техническом устройстве? Уже получены патенты на ряд таких устройств, и их можно увидеть в действии. Конечно, это пока небольшие малопроизводительные лабораторные модели, но они устойчиво разлагают воду на водород и кислород при силе тока 0,02-0,03 Ампера. Для поддержания такой модели в рабочем состоянии, её необходимо периодически подзаряжать. В результате затраты энергии на получение водорода из воды уменьшаются в несколько раз. В заключении отмечу, что современная физика и химия не способны решить указанные задачи, так как они базируются на ошибочных представлениях об орбитальном движении электронов в атомах.

невероятно перспективным энергоносителем, так как он доступен в практически неограниченном количестве.
Являясь компонентом воды и всех органических соединений, водород абсолютно безвреден для окружающей среды. Водород можно хранить в жидком (при глубоком охлаждении) или газообразном состоянии, а транспортировать его относительно просто. Как газ, водород не ядовит, не имеет цвета и запаха. В жидком состоянии водород содержит в три раза большее количество энергии, чем в таком же по массе количестве бензина.
Применение ископаемых источников энергии приводит к выбросу в атмосферу двуокиси углерода, а при сгорании водорода образуется практически только водяной пар. Производимый с помощью восстанавливаемых источников, водород является единственным альтернативным видом топлива, который можно использовать в течение неограниченно длительного времени.
Безвредность для экологии и независимость от ископаемых источников энергии являются основными причинами, по которым компания BMW первой среди мировых автопроизводителей уже в 80-х годах начала средне- и долгосрочные разработки автомобилей, работающих на водороде. Цель — избежать вредных выбросов в атмосферу и сделать получаемую из восстанавливаемых источников энергию доступной в большом количестве.
Сейчас во всем мире производится более 600 миллиардов кубических метров водорода в год, в Германии — около 30 миллиардов.

нам о том, что сегодня человек располагает мощнейшим источником энергии, высвобождающейся при реакции
21Н + 31Н 42He + n0 + 17,6 Мэв.
Эта реакция начинается при десяти миллионах градусов и протекает за ничтожные доли секунды при взрыве термоядерной бомбы, причем выделяется гигантское по масштабам Земли количество энергии.
Водородные бомбы иногда сравнивают с Солнцем. Однако мы уже видели, что на Солнце идут медленные и стабильные термоядерные процессы. Солнце дарует нам жизнь, а водородная бомба — сулит смерть...
Но когда-нибудь настанет время,— и это время не за горами,—когда мерилом ценности станет не золото, а энергия. И тогда изотопы водорода спасут человечество от надвигающегося энергетического голода: в управляемых термоядерных процессах каждый литр природной воды будет давать столько же энергии, сколько ее дают сейчас триста литров бензина. И человечество будет с недоумением вспоминать, что было время, когда люди угрожали друг другу животворным источником тепла и света...