Водород и его свойства.

Введение 3
1. Свойства водорода и его использование в промышленности 5
2. Методы получения водорода в качестве энергоносителя 7
2.1 Технология «чистого угля» 7
2.2 Биомасса 8
2.3 Электролиз воды 8
2.4 Гидроэнергетика 10
2.5 Энергия ветра 10
2.6 Солнечное фотоэлектрическое и фотоэлектрохимическое электричество 11
2.7 Солнечное тепловое электричество 11
2.8 Фотоэлектрохимическое и фотохимическое расщепление воды 12
2.9 Ядерная энергия 12
3. Хранение водорода 14
3.1 Жидкий водород 15
3.2 Сжатый водород 15
3.3 Гидриды металлов 16
3.5 Другие системы 17
4. Транспортировка и распределение водорода 18
4.1 Централизованное распространение 18
4.2 Децентрализованное распространение 19
5. Конечное использование водородного топлива 21
5.1 Топливные элементы: общие понятия 21
5.2 Водородные топливные элементы с протонообменной мембраной 21
5.3 Регенеративные ячейки PEM 23
5.4 Другие типы водородных топливных элементов 23
5.5 Топливные элементы на метаноле риформинга 24
5.6 Топливные элементы прямого действия на метаноле 25
Выводы 27
Список использованной литературы 30

Весь текст будет доступен после покупки

Энергия присутствует в каждом виде товаров и является необходимой для производства различных услуг. Современное облегчение жизни по сравнению с жизнями предков и миллиардов людей, живущих в нищете, обусловлено постоянным притоком дешевой энергии в форме ископаемого топлива. Однако известно, что нефть, природный газ и уголь не являются вечными, и их использование наносит серьезный ущерб атмосфере Земли. Помимо этого, использование ископаемого топлива несет с собой определенные издержки, оплату которых приходится нести не только отдельным людям или энергетическим компаниям, но и всему обществу в целом. Кроме того, использование ископаемого топлива способствует неравенству в человеческом обществе, поскольку большая часть первичной энергии потребляется небольшим процентом населения богатых стран. В то же время беднейшие 25% населения потребляют минимальное количество мировой энергии. Возможность внезапного прекращения использования ископаемых энергоносителей нереальна, так как эта инфраструктура пронизывает все аспекты общества, и без сопоставимых объемов альтернативных источников энергии возможен коллапс мировой экономики. Однако энергетический кризис также представляет собой не только серьезную проблему, но и уникальную возможность для более тщательного внимания к миру, в котором мы живем, и к обществу, которое мы строим. Водород, в принципе, мог бы стать отличным решением для энергетического кризиса. Идея использования водорода в качестве неиссякаемого источника энергии уходит своими корнями до 1874 года, когда Жюль Верн упомянул его в своем романе "Таинственный остров". В начале XX века водород, полученный из угля и воды и соединенный с окисью углерода в форме "городского газа", широко использовался для обогрева и освещения домов, а также для уличного освещения. Однако с развитием электричества и использования нефти и природного газа, интерес к водороду резко упал. В последние десятилетия интерес к водороду возрос из-за опасений по поводу истощения запасов нефти и антропогенного глобального потепления, связанного с ростом выбросов CO2.

Весь текст будет доступен после покупки

1. Свойства водорода и его использование в промышленности
Водород - самый распространенный элемент во Вселенной, составляющий 75% вещества по массе и занимающий третье место по распространенности на поверхности Земли. В обычных условиях на Земле вы найдете элементарный водород в виде газа, представленного двухатомной молекулой H2, которая является невидимой, нетоксичной и легкой. Однако, газообразный водород редко встречается в атмосфере Земли (около 1 ppm) из-за его легкого веса, позволяющего избежать земного притяжения. Из-за его сильной реакционной способности водород в природе почти всегда находится в соединении с другими элементами. Он присутствует в воде и, следовательно, в каждом живом организме, а также в углеводородах и многих других природных и синтетических соединениях.

Небольшая молекула Н2 может проникать через большинство материалов и, например, делать сталь хрупкой. Он легко воспламеняется и горит на воздухе в очень широком диапазоне концентраций. При комнатной температуре несжатый водород занимает 11,250 л/кг; давление в стальном резервуаре высокого давления (35,5 МПа или 350 атм) снижает объем до 56 л/кг. Водород сжижается при -253°C (20 K) и занимает всего 14,1 л/кг. Водород обладает высоким содержанием энергии, 120 МДж/кг (33,3 кВтч/кг), по сравнению с 44,4 МДж/кг (12,4 кВтч/кг) для бензина.

При сгорании водорода с чистым кислородом образуется только вода:

H2 + 1/2O2 > H2O

Однако при горении с воздухом также образуются оксиды азота NOx, так как азот, составляющий 78% воздуха, участвует в высокотемпературной реакции горения. В топливных элементах комбинация водорода и кислорода генерирует электричество, тепло и воду. В миссиях американских космических шаттлов водородные топливные элементы использовались для запитки электрических систем и обеспечения питьевой водой экипажа.

В мире в настоящее время производится около 50 миллионов тонн водорода в год, что составляет менее 2% мирового спроса на первичную энергию. В основном водород используется в качестве сырья в химической и нефтехимической промышленности, где он используется для производства аммиака, очищенного (модернизированного) ископаемого топлива путем гидрокрекинга и различных химикатов. Количество водорода

Весь текст будет доступен после покупки

1. Armaroli N., Balzani V. The hydrogen issue //ChemSusChem. – 2011. – Т. 4. – №. 1. – С. 21-36.
2. Lubitz W., Tumas W. Hydrogen: an overview //Chemical reviews. – 2007. – Т. 107. – №. 10. – С. 3900-3903.
3. Ball M., Wietschel M. The future of hydrogen–opportunities and challenges //International journal of hydrogen energy. – 2009. – Т. 34. – №. 2. – С. 615-627.
4. Edwards P. P., Kuznetsov V. L., David W. I. F. Hydrogen energy //Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences. – 2007. – Т. 365. – №. 1853. – С. 1043-1056.
5. Holladay J. D. et al. An overview of hydrogen production technologies //Catalysis today. – 2009. – Т. 139. – №. 4. – С. 244-260.
6. Turner J. A. Sustainable hydrogen production //Science. – 2004. – Т. 305. – №. 5686. – С. 972-974.
7. Ramachandran R., Menon R. K. An overview of industrial uses of hydrogen //International journal of hydrogen energy. – 1998. – Т. 23. – №. 7. – С. 593-598.
8. Benemann J. Hydrogen biotechnology: progress and prospects //Nature biotechnology. – 1996. – Т. 14. – №. 9. – С. 1101-1103.

Весь текст будет доступен после покупки