РАЗЛОЖЕНИЕМ ВОДЫ
8.5.1. Общие понятия
В настоящее время технология использования энергии солнечного излучения х производства водорода хорошо разработана. Несомненно, этот газ можно получать Ш абсолютно экологически безопасном процессе с использованием фотоэлектрических преобразователей, которые будут питать электрической энергией электролизер. Основной задачей является разработка технологии, которая позволила бы сдела’ данное преобразование экономически более выгодным.
Вода может быть разложена (или синтезирована) с помощью химической акции, уравнение которой имеет вид:
2Н20 2Н2 + 02. (
Несмотря на кажущуюся простоту, данное уравнение описывает резз тат многостадийного процесса, в котором происходит образование неск ких промежуточных веществ, причем в зависимости от условий протека и используемых катализаторов процесс может проходить через различ стадии.
Так как структурная формула воды имеет вид Н-О-Н, предполагае что на первой стадии процесса диссоциации должен произойти разрыв с Н-О, в результате чего образуются ионы частицы Н и ОН (или соответств> щие ионы Н+ и ОН-). Далее частица ОН диссоциирует на атомы О и Н, а за эти атомы объединяются, образуя двухатомные молекулы кислорода и водо В табл. 8.3 приведены энергетические характеристики различных стадий проце для случая, когда ионы не образуются и не участвуют в реакции.
На рис. 8.13 схематически изображен один из возможных вариантов р жения молекулы воды. В действительности последовательность стадий реак может быть другой.
Несмотря на то что энергия молекулы воды и энергия составляющих элементов отличаются только на 2,15 эВ, для того чтобы осуществить пг мое разложение молекулы воды, необходимо затратить энергию 5,15 эВ. Т ким образом, фотоны или фононы, энергия которых ниже 5,15 эВ, не см участвовать в реакции прямого разложения воды.
О О О О О—О О—О
О О гЭ—О ©—©
2Н20 -» 2Н + 20Н -» 4Н + 20 -» 2Н2 + 20 -» 2Н2 + 02
т т т т
2 • 5,15 эВ + 2 • 4,40 эВ — 2 • 4,48 эВ — 50,12 эВ Рис. 8.13. Один из возможных способов диссоциации молекулы воды
Для прямого разложения необходимо иметь энергию, равную 5,15 + 4,40 = = 9.55 эВ в расчете на одну молекулу воды В результате получим смесь во — рода с кислородом, энергия которой будет больше энергии исходной воды ► 2,51 эВ. Коэффициент полезного действия такого способа производства •топлива» равен 2,51/9,55 = 0,263. Остальная часть затраченной энергии -иеляется в виде теплоты в результате обратной реакции активированных юмежуточных частиц.