ПОЛУЧЕНИЕ ВОДОРОДА
ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ
Если бы в середине 2004 г. вы воспользовались поисков шинои «Google», задав в качестве критерия поиска фразу «использован*1 дорода», то в результате получили бы около 1 910 000 ссылок на различь формационные ресурсы в сети Интернет. Данный факт лучше любой стат ки характеризует повышенный интерес к этому газу. В период с 1946 по 2 потребление водорода, связанное только с производством аммиака, увелкч в 46 раз и составило более 19 млн. т газа в год. В ближайшем будущем п ность в водороде будет продолжать очень быстро расти в связи с неизс^ массовым внедрением топливных элементов. Чтобы водородные техно стали конкурентоспособными и приносили прибыль, серьезные исследо по усовершенствованию методов получения водорода в больших масі а также методов получения водорода в автономных установках (ос на транспортных средствах) проводятся как уже существующими кр п промышленными предприятиями, так и только начинающими деятель в этой области.
Прежде всего необходимо четко понимать, что в отличие от ископаемых лив водород нельзя считать источником энергии, хотя он является самым I страненным элементом. Большая часть существующего на Земле водорода водород, входящий в состав воды — «водородного пепла», и для его извле необходимо затратить достаточно большое количество энергии. Водород — в лучшем случае превосходный энергоноситель. Наиболее перспективных ляются варианты использования водорода в качестве:
1) топлива для наземных и морских транспортных средств, особенно использовании высокоэффективных топливных элементов;
2) топлива для больших воздушных и космических летательных аппаратов благодаря высокому соотношению между внутренней энергией и массой водорода при криогенных температурах;
3) топлива для централизованного и местного производства тепла и электроэнергии;
4) энергоносителя для передачи энергии на большие расстояния.
Основные преимущества использования водорода:
1. Экологическая чистота. Продуктом горения водорода является водяной пар. При горении водорода в воздухе в зависимости от температуры пламени может образовываться небольшое количество оксидов азота. Отметим, однако, что загрязнение окружающей среды может быть связано с некоторыми этапами процесса производства водорода.
2. Управляемость. При температуре окружающей среды реакция водорода с кислородом протекает чрезвычайно медленно. С помощью использования катализаторов можно управлять скоростью реакции в очень широком диапазоне, реализуя при необходимости реакции различной степени интенсивности.
3. Безопасность. Репутацией опасного газа водород в большей степени обязан впечатляющей катастрофе дирижабля «Гинденбург» в 1936 г. в г. Лейкхерст, штат Нью-Джерси, когда в результате взрыва погибло 36 человек. Тем не менее на данном примере можно показать, насколько безопасен водород. Действительно, на дирижабле «Гинденбург» находилось 200 000 м3 водорода, суммарная энергия которого составляла 2.5 • 1012 Дж. Эквивалентное по энергоемкости количество бензина составило бы 80 м3. Такое количество горючей жидкости могло бы покрыть территорию, равную площади примерно 15 футбольных полей1).
3.1. Так как водород является самым легким газом, при утечке он просто поднимается вверх и рассеивается, тогда как жидкие топлива образуют лужи, по которым распространяется огонь.
3.2. Молекулы водорода чрезвычайно малы, поэтому он обладает высокой проникающей способностью и может легко просачиваться через микроскопические трещины и отверстия и, следовательно, его скопление во взрывоопасных количествах затруднено.
риведешгом примере предполагается, что поверхность представляет собой цементирован- оризонтальную плоскость. Если такое количество жидкости разольется на поверхности. то площадь разлива составит примерно 20 % площади разлива на неабсорбирующей чности.
3.3. Вследствие низкой плотности водорода объемная концентрация гии в нем мала, поэтому водород менее опасен, чем природные или бензин (объемная концентрация энергии в парах бензина в. больше, чем в водороде).
3.4. При атмосферном давлении температура самовоспламенения вод составляет примерно 580 °С, тогда как для бензина температура воспламенения равна 260 °С. Таким образом, вероятность случ~ самовоспламенения паров бензина намного выше, чем водорода.
3.5. Водородно-воздушная смесь, в которой объемная доля водорода ше 4,1 %, не воспламеняется. Для смеси бензина с воздухом воспламенения составляет 1 %.
3.6. При горении чистого водорода теплота, излучаемая пламенев, вольно мала, что позволяет пожарным приблизиться гораздо к очагу возгорания.
3.7. Водород абсолютно не токсичен. Его можно вдыхать без вреда в тих количествах (конечно, это может вызвать удушье, а в случае, водород, заполнивший легкие, случайно воспламенится, даже в’
Для того чтобы избежать скопления водорода в верхних частях и пол оборудования и зданий, можно установить в этих местах катализаторы, на торых водород будет медленно окисляться, образуя воду. Добавление в вг одорантов, таких как меркаптан, позволит предупредить людей даже о н шой утечке газа.
Многочисленные методы получения водорода делятся на:
1) химические;
2) электролитические;
3) термолитические;
4) фотокаталитические;
5) биохимические.