Przeczytaj

bg‑violet

Sposoby otrzymywania wodoru

Wodór to bezbarwny, bezwonny i palny gaz, lżejszy od powietrza, praktycznie nierozpuszczalny w wodzie. W atmosferze występuje w cząsteczkach dwuatomowych H 2 . Na ziemi w tej postaci jest go tak mało, że, w odróżnieniu od dostępnych zasobów, takich jak gaz ziemnygaz ziemnygaz ziemny czy ropa naftowaropa naftowaropa naftowa, musi być produkowany. Poniżej przedstawione zostały przykłady metod otrzymywania wodoru.

w laboratorium

w przemyśle

  • w reakcji niektórych metali z kwasami:

Z n + 2   H C l → Z n C l 2 + H 2 ↑

  • działając na rozżarzony węgiel parą wodną:

C+H2O→CO+H2↑

  • w reakcji metali aktywnych z wodą:

2   K + 2   H 2 O → 2   K O H + H 2 ↑

  • działając parą wodną na metan (gaz ziemny):

C H 4 + H 2 O → C O + 3   H 2 ↑

  • bardzo czysty wodór można otrzymać w procesie elektrolizy wody, kiedy to energia elektryczna jest wykorzystywana do rozbicia cząsteczki wody na wodór i tlen

Indeks górny Opracowano na podstawie: M. Krzeczkowska, J. Loch, A. Mizera, Repetytorium chemia. Liceum – poziom podstawowy i rozszerzony, Warszawa - Bielsko‑Biała 2010. Indeks górny koniec

bg‑violet

Energia przyszłości

Wodór posiada ogromny potencjał z punktu widzenia transportu i energetykienergetykaenergetyki. Jednak uzmysłowienie sobie skali jego potencjału wcale nie jest takie proste. Poniżej zestawiono porównanie właściwości fizycznych różnych paliw. Jak na ich tle prezentuje się wodór?

R1KV1hTx9kjoD1
Wykres kolumnowy. Lista elementów:
  • 1. zestaw danych:
    • parametr: benzyna
    • wartość opałowa [[MJ/kg]]: 44.4
    • ciepło spalania[[MJ/kg]]: 46.7
    • temperatura samozapłonu [[°C]]: 222
    • gęstość energii [[MJ/kg]]: 46.4
  • 2. zestaw danych:
    • parametr: metan
    • wartość opałowa [[MJ/kg]]: 50
    • ciepło spalania[[MJ/kg]]: 55.5
    • temperatura samozapłonu [[°C]]: 534
    • gęstość energii [[MJ/kg]]: 55.6
  • 3. zestaw danych:
    • parametr: propan
    • wartość opałowa [[MJ/kg]]: 46.4
    • ciepło spalania[[MJ/kg]]: 48.9
    • temperatura samozapłonu [[°C]]: 466
    • gęstość energii [[MJ/kg]]: 49.6
  • 4. zestaw danych:
    • parametr: wodór
    • wartość opałowa [[MJ/kg]]: 120
    • ciepło spalania[[MJ/kg]]: 141.9
    • temperatura samozapłonu [[°C]]: 585
    • gęstość energii [[MJ/kg]]: 143

  • parametr : benzyna

    wartość_opałowa_[[mj/kg]] : 44.4

    ciepło_spalania[[mj/kg]] : 46.7

    temperatura_samozapłonu_[[°c]] : 222

    gęstość_energii_[[mj/kg]] : 46.4

  • parametr : metan

    wartość_opałowa_[[mj/kg]] : 50

    ciepło_spalania[[mj/kg]] : 55.5

    temperatura_samozapłonu_[[°c]] : 534

    gęstość_energii_[[mj/kg]] : 55.6

  • parametr : propan

    wartość_opałowa_[[mj/kg]] : 46.4

    ciepło_spalania[[mj/kg]] : 48.9

    temperatura_samozapłonu_[[°c]] : 466

    gęstość_energii_[[mj/kg]] : 49.6

  • parametr : wodór

    wartość_opałowa_[[mj/kg]] : 120

    ciepło_spalania[[mj/kg]] : 141.9

    temperatura_samozapłonu_[[°c]] : 585

    gęstość_energii_[[mj/kg]] : 143

Porównanie właściwości paliw, źródło: wikipedia.org

Większość obecnie używanych paliw to ciecze, ciała stałe lub gazy o wysokiej energii w przeliczeniu na objętość (tzw. gęstość energiigęstość energiigęstość energii) lub masę. Spośród tych zaprezentowanych powyżej, wodór ma największą wartość opałowąwartość opałowawartość opałową i ciepło spalaniaciepło spalaniaciepło spalania (w odniesieniu do masy). Ponadto jest korzystniejszy pod względem gęstości energii w przeliczeniu na masę. Stąd bardzo dobrze sprawdza się jako paliwo w przypadku pojazdów, w których masa odgrywa większą rolę niż objętość (np. rakietach lub statkach kosmicznych).

Wśród głównych zastosowań wodoru, jako źródła energii, można wymienić:

  • ogniwa paliwowe;

  • paliwo rakietowe;

  • palniki tlenowo‑wodorowe.

Ciekawostka

Pierwszy udany start rakiety o napędzie wodorowo‑tlenowym (silniki RL‑10) odbył się 27 listopada 1963 r. na Przylądku Kennedy'ego na Florydzie. Była to rakieta o nazwie Atlas LV‑3C Centaur‑B. W Europie rakiety Ariane były wynoszone na orbitę przy pomocy silników napędzanych wodorem.

Powszechne stosowanie wodoru do napędzania transportu jest kluczowym elementem proponowanej gospodarki wodorowej. Pojazdy wodorowe obejmują rakiety kosmiczne napędzane wodorem, a także samochody i inne pojazdy transportowe. Elektrownie takich pojazdów przekształcają energię chemiczną wodoru w energię mechaniczną przez:

  1. spalanie wodoru w silniku spalinowym;

  2. reakcję wodoru z tlenem w ogniwie paliwowym.

R13Qsfw9SYMTX1
1. Na zdjęciu znajduje się autobus na ulicy. Na dachu autobusu widoczne zbiorniki. Widok pierwszego autobusu z wodorowymi ogniwami paliwowymi HyFLEET: CUTE w Londynie. Na dachu widać sześć zbiorników paliwa wodorowego. Autobus wykorzystuje wodorowe ogniwo paliwowe jako źródło energii do napędzania kół. 2. Zdjęcie przedstawia jadący pociąg. Pociąg jest krótki. Coradia iLint to pierwszy pracujący na wodorowych ogniwach paliwowych pociąg. Kursuje w Niemczech i może przejechać 100 kilometrów na jednym zbiorniku wypełnionym wodorem. Jest bardziej ekologiczny, cichy i tani w eksploatacji niż pociąg z napędem typu diesel. 3. Na zdjęciu znajduje się rower z metalowymi konstrukcjami pod siodełkiem. Rower z ogniwami paliwowymi na wodór. 4. Zdjęcie przedstawia pojazd z trzema kółkami. Przód pojazdu przypomina samochód. W autorikszy siedzi uśmiechnięty, elegancko ubrany Hindus. Pierwsze auto-riksze napędzane na wodór w Indiach zbudowane zostały przez Mahindrę HyAlfa i Bajaj Auto. Ich wdrożenie do transportu znacznie ograniczyło emisję spalin. 5. Na zdjęciu znajduje się srebrne BMW, stojące w pomieszczeniu, najprawdopodobniej w salonie samochodowym. W 2013 roku BMW wydzierżawiło technologię wodorową od Toyoty, a grupa utworzona przez Ford Motor Company, Daimler AG i Nissan ogłosiła współpracę w zakresie rozwoju technologii wodorowej. 6. Zdjęcie przedstawia ciężarówkę. Za szoferką znajduje się okrągły zbiornik. Ciężarówka napędzana na wodór.

Słownik

energetyka
energetyka

(gr. energētikós „czynny”) dział nauki i techniki, zajmujący się badaniem, pozyskiwaniem, przetwarzaniem, gromadzeniem, przesyłaniem oraz użytkowaniem różnych form i nośników energii

gaz ziemny
gaz ziemny

dawniej zwany gazem naftowym; naturalna mieszanina węglowodorów parafinowych, w skład której wchodzi głównie metan, a także inne lekkie węglowodory, zwłaszcza: etan, propan butan, pentan i heksan

ropa naftowa
ropa naftowa

naturalna, ciekła mieszanina węglowodorów parafinowych (alkany), naftenowych (cykloalkany) i aromatycznych (związki aromatyczne)

gęstość energii
gęstość energii

ilość energii znajdującej się w określonej objętości (Jm3) lub masie (Jkg); wydobycie energii nigdy nie odbywa się ze 100% sprawnością, gęstość energii nie określa więc jednoznacznie efektywności danego źródła

ciepło spalania
ciepło spalania

entalpia spalania, ciepło reakcji całkowitego spalenia jednostki masy związku chemicznego w tlenie; wartość ciepła spalania uwzględnia ciepło kondensacji pary wodnej, a więc produktu spalania, który z założenia nie będzie uwalniany do otoczenia; wyznaczenie ciepła spalania zakłada spalanie całkowite i zupełne (w spalinach nie pojawią się substancje palne)

wartość opałowa
wartość opałowa

stosunek ciepła uzyskanego ze spalenia paliwa do masy lub objętości tego paliwa; liczbowo równa ilości ciepła, jaką można uzyskać ze spalenia 1 kg paliwa stałego lub ciekłego, albo 1 m3 paliwa gazowego, ale nie uwzględnia ciepła kondensacji pary wodnej, jak i spalin; wartość opałową oblicza się jako różnicę ciepła spalania i ciepła parowania wody wydzielonej z paliwa podczas jego spalania

Bibliografia

Greenwood N. N., Earnshaw A., Chemistry of the Elements, 2nd Edition, Oksford 1997.

Krzeczkowska M., Loch J., Mizera A., Chemia. Repetytorium. Liceum - poziom podstawowy i rozszerzony, Warszawa - Bielsko‑Biała 2010.

Rand D. A. J., Dell R. M., Hydrogen Energy - Challenges and Prospects, Londyn 2008.

Wprowadzenie
Film edukacyjny