Получение водорода

Содержание

Получение водорода в промышленных и домашних условиях

Получение водорода

Развитие водородной энергетики связано с универсальностью применения этого элемента в качестве энергоносителя, неограниченностью его запасов, экологичностью технологий и увеличением показателей качества работы энергетических систем. Главной задачей сейчас является повышение экономичности добыча водорода: пока оно дороже, чем применение природного газа в энергетике.

Водород – газообразный элемент без цвета и запаха с плотностью 1/14 по отношению к воздуху. В свободном состоянии он встречается редко. Обычно водород соединен с другими химическими элементами: кислородом, углеродом.

Получение водорода для промышленных нужд и энергетики проводится несколькими методами. Самыми популярными считаются:

  • электролиз воды;
  • метод концентрирования;
  • низкотемпературная конденсация;
  • адсорбция.

Выделить водород можно не только из газовых или водных соединений. Добыча водорода производится при воздействии на дерево и уголь высокими температурами, а также при переработке биоотходов.

Атомный водород для энергетики получают, используя методику термической диссоциации молекулярного вещества на проволоке из платины, вольфрама либо палладия. Ее нагревают в водородной среде под давлением менее 1,33 Па. А также для получения водорода используются радиоактивные элементы.

Термическая диссоциация

Электролизный метод

Наиболее простым и популярным методом выделения водорода считается электролиз воды. Он допускает получение практически чистого водорода. Другими преимуществами этого способа считаются:

Принцип действия электролизного генератора водорода

  • доступность сырья;
  • получение элемента под давлением;
  • возможность автоматизации процесса из-за отсутствия движущихся частей.

Процедура расщепления жидкости электролизом обратен горению водорода. Его суть в том, что под воздействием постоянного тока на электродах, опущенных в водный раствор электролита, выделяются кислород и водород.

Дополнительным преимуществом считается получение побочных продуктов, обладающих промышленной ценностью. Так, кислород в большом объеме необходим для катализации технологических процессов в энергетике, очистки почвы и водоемов, утилизации бытовых отходов. Тяжелая вода, получаемая при электролизе, в энергетике используется в атомных реакторах.

Получение водорода концентрированием

Этот способ основан на выделении элемента из содержащих его газовых смесей. Так, наибольшая часть производимого в промышленных объемах вещества, извлекается с помощью паровой конверсии метана.

Добытый в этом процессе, водород используют в энергетике, в нефтеочистительной, ракетостроительной индустрии, а также для производства азотных удобрений.

 Процесс получения H2 осуществляют разными способами:

  • короткоцикловым;
  • криогенным;
  • мембранным.

Последний способ считается наиболее эффективным и менее затратным.

Конденсация под действием низких температур

Эта методика получения H2 заключается в сильном охлаждении газовых соединений под давлением. В результате они трансформируются в двухфазную систему, которая впоследствии разделяется сепаратором на жидкое составляющее и газ. Для охлаждения применяют жидкие среды:

  • воду;
  • сжиженный этан или пропан;
  • жидкий аммиак.

Эта процедура не так проста, как кажется. Чисто разделить углеводородные газы за один раз не получится. Часть компонентов уйдет с газом, забираемым из сепарационного отсека, что не экономично. Решить проблему можно глубоким охлаждением сырья перед сепарацией. Но это требует больших энергозатрат.

В современных системах низкотемпературных конденсаторов дополнительно предусмотрены колонны деметанизации либо деэтанизации. Газовую фазу выводят с последней сепарационной ступени, а жидкость направляется в ректификационную колонну с потоком сырого газа после теплообмена.

Способ адсорбции

Во время адсорбции для выделения водорода используют адсорбенты – твердые вещества, поглощающие необходимые компоненты газовой смеси.

В качестве адсорбентов применяют активированный уголь, силикатный гель, цеолиты. Для осуществления этого процесса применяют специальные аппараты – циклические адсорберы или молекулярные сита.

При реализации под давлением этот метод позволяет извлекать 85-процентный водород.

Если сравнивать адсорбцию с низкотемпературной конденсацией, можно отметить меньшую материальную и эксплуатационную затратность процесса – в среднем, на 30 процентов. Методом адсорбции производят водород для энергетики и с применением растворителей. Такой способ допускает извлечение 90 процентов H2 из газовой смеси и получение конечного продукта с концентрацией водорода до 99,9%.

Добыча водорода в условиях домашнего хозяйства

Высокотемпературные методы производства водорода в домашних условиях неприменимы. Здесь чаще всего используют электролиз воды.

Выбор электролизера

Для получения элемента дома необходим специальный аппарат – электролизер. Вариантов такого оборудования на рынке много, аппараты предлагают как известные технологические корпорации, так и мелкие производители. Брендовые агрегаты дороже, но качество их сборки выше.

Домашний прибор отличается малыми габаритами и легкостью в эксплуатации. Основными деталями его являются:

Электролизер — что это

  • риформер;
  • система очистки;
  • топливные элементы;
  • компрессорное оборудование;
  • емкость для хранения водорода.

В качестве сырья берется простая вода из-под крана, а электричество идет из обычной розетки. Сэкономить на электроэнергии позволяют агрегаты на солнечных батареях.

«Домашний» водород применяют в системах отопления или приготовления пищи. А также им обогащают бензовоздушную смесь, чтобы повысить мощность двигателей автомобиля.

Изготовление аппарата своими руками

Еще дешевле сделать прибор самому в домашних условиях. Сухой электролизер выглядит как герметичный контейнер, который представляет собой две электродные пластины в емкости с электролитическим раствором. Во Всемирной сети предлагаются разнообразные схемы сборки аппаратов разных моделей:

  • с двумя фильтрами;
  • с верхним либо нижним расположением контейнера;
  • с двумя или тремя клапанами;
  • с оцинкованной платой;
  • на электродах.

Схема устройства электролиза

Простой прибор для получения водорода создать несложно. Для него потребуются:

  • листовая нержавеющая сталь;
  • прозрачная трубка;
  • штуцеры;
  • пластиковая емкость (1,5 л);
  • водяной фильтр и обратный клапан.

Устройство простого прибора для получения водорода

Помимо этого, нужны будут различные метизы: гайки, шайбы, болты. Первым делом нужно распилить лист на 16 квадратных отсеков, у каждого из них спилить угол. В противоположном от него углу требуется высверлить отверстие для болтового крепления пластин.

Для обеспечения постоянного тока пластины нужно подключать по схеме: плюс–минус–плюс–минус. Изолируют эти детали друг от друга с помощью трубки, а на соединении болтом и шайбами (по три штуки между пластинками). На плюс и минус насаживают по 8 пластин.

При правильной сборке ребра пластинок не будут задевать электроды. Собранные детали опускают в емкость из пластика. В месте касания стенок болтами делают два установочных отверстия. Устанавливают защитный клапан для удаления избытка газа. В крышку контейнера монтируют штуцеры и герметизируют швы силиконом.

Тестирование аппарата

Чтобы протестировать аппарат, выполняют несколько действий:

Схема получения водорода

  1. Наполняют жидкостью.
  2. Прикрыв крышкой, соединяют один конец трубки со штуцером.
  3. Второй опускают в воду.
  4. Подключают к источнику питания.

После включения прибора в розетку через несколько секунд будет заметен процесс электролиза и выпадение осадка.

Чистая вода не обладает хорошей электропроводностью. Для улучшения этого показателя нужно создать электролитический раствор, добавив щелочь – гидроксид натрия. Он есть в составах для очищения труб наподобие «Крота».

Правила техники безопасности

Получение водорода в домашних условиях возможно лишь при ответственном подходе к работе. Этот газ способен легко загореться или взорваться, особенно при использовании аппаратов, собранных своими руками.

Чтобы избежать утечек, перед процедурой электролиза следует проверить герметичность всех частей электролизера:

Техника безопасности при работе с водородом

Небезопасными могут быть и покупные аппараты, особенно неизвестных производителей. Брак может случиться и у самых известных брендов, но риск этого намного меньше – там продукцию тщательно проверяют.

В промышленности добыча водорода необходима для энергетики, например, на нем работают такие энергоисточники, как высокотемпературные реакторы с гелиевым теплоносителем. Применяют элемент и в производстве пластиков, синтетических волокон, извести и цемента, листового стекла. В домашних условиях его используют для отопления помещений и снижения расходов автомобильного топлива.

по теме: Водород — открытие, получение, применение

Источник: https://promzn.ru/drugoe-proizvodstvo/poluchenie-vodoroda.html

Производство водорода

Получение водорода

Современное производство водорода в промышленных масштабах становится неотъемлемой части промышленности. Оно используется в водородной энергетике. Особенностью данного соединения выступает необходимость его получения в чистом виде искусственным путем, по причине того, что в чистом виде водород неустойчив и практически в природе не встречается.

Водород активно применяется в химической промышленности при получении аммиака, метанола, мыла, пластмасс; в пищевой промышленности при производстве маргарина из жидких растительных масел; в авиационной промышленности.

Технология производства водорода + видео как получают

Технология производства водорода включает в себя несколько типов способов получения водорода. Данное обстоятельство делает производство водорода выгодным мероприятием, поскольку так снижается зависимость от видов сырья и повышается энергетическая безопасность.

Водород можно получить следующими способами – паровой конверсией метана и природного газа, газификацией угля, электролизом воды, пиролизом, путем частичного окисления, с помощью биотехнологий, добычи глубинных газов планеты.

В целом, основной проблемой водородного производства является отсутствие спроса и инфраструктуры, поскольку нет водородных автомобилей. Также в долгосрочной перспективе данное производство планируется базировать на использовании возобновляемых ресурсов.

На сегодняшний день самой дешевой технологией производства водорода принято считать паровую конверсию.

Производство может быть организовано и на частном предприятии и на крупном предприятии. В условиях большого производственного предприятия снижается себестоимость производства, однако повышаются расходы на доставку водорода к специальным водородным заправочным станциям.

Технология производства с помощью паровой конверсии состоит в том, что водяной пар смешивается с метаном под высоким давлением с использованием катализатора и при температуре от семисот до одной тысячи градусов по Цельсию.

Технология получения из угля состоит из процесса нагрева угля при температуре в восемьсот – тысячу триста градусов по Цельсию, при этом перекрывается доступ кислорода.

Технология получения биоводорода предполагает применение термохимического или биохимического способа. Термохимический способ предполагает нагревание биомассы без доступа кислорода до температуры в пятьсот-восемьсот градусов по Цельсию. Биохимический процесс предполагает использование специальных бактерий при температуре в тридцать градусов по Цельсию при нормальном атмосферном давлении.

Также современные технологии и оборудование позволяют получать водород из мусора, при химической реакции воды с металлами, и использовать водоросли. Портативные или домашние установки позволяют получать водород путем переработки природного газа или электролиза воды.

Технология электролиза позволяет получать водород и кислород из воды. Чистота выхода продукции достигается почти ста процентов, благодаря специальному оборудованию по очистке получаемого водорода.

Такие установки безопасны для окружающей среды, поскольку в результате реакции в атмосферу выделяется только кислород с небольшой примесью водород и пар воды. Система безопасности оснащена специальными датчиками и системами, которые переводят оборудование в режим ожидания, если обнаруживается ошибка в работе системы установки.

Или же прекращает подачу электроэнергии. Особенности работы каждой установки зависят от размеров самого аппарата и других факторов.

как получают (делают):

Крупнейшими производителями водорода считаются следующие компании и организации: Air Liquide, Linde A,G Praxair.

Оборудование для производства водорода

Оборудование для производства водорода выпускается различными компаниями. Их комплектация и оснащение зависит от сырья, которое будет использоваться для производства водорода, объемов производства и ряда других факторов.

Некоторые установки могут состоять из следующих элементов – генератора водорода, блока питания и управления, системы удаленного контроля, соединительных кабелей.

Также могут идти в комплекте газоанализаторы водорода в атмосфере и кислороде, источник бесперебойного питания, системы очистки водорода, защитный герметичный корпус, установки для очистки воды обратным способом, холодильники для охлаждения газов.

Компактное оборудование может комплектоваться следующими агрегатами – водородный генератор и периферийное оборудование – системы для охлаждения электролита и газов, очистки подаваемой воды и системы очистки получаемого водорода.

Оно по стандарту выпускается контейнерным типом. Кроме целых систем, в линию производства могут добавляться отдельные элементы, которые повышают те или иные параметры линии – производительность, безопасность, давление.

Такой подход позволяет повысить производительность линии и снизить себестоимость получения продукции.

Оборудование многих компаний может гарантировать следующие преимущества своего оборудования: низкий уровень потребления электроэнергии; оптимальные показатели пуска и регулирования производительности установки, качественные современные материалы, обеспечивающие не только долгий срок эксплуатации, но и безвредность работы установки; отсутствие токсичных и опасных материалов в установках; автоматизированное управление, снижающее затраты на обслуживание установки; возможность управления работой установленного оборудования посредством персонального компьютера из диспетчерского пункта; все оборудование имеет необходимую сертификацию и соответствующие документы, подтверждающие качество и надежность.

Источник: https://moybiznes.org/proizvodstvo-vodoroda

Водород. Физические и химические свойства, получение

Получение водорода

Водород H — самый распространённый элемент во Вселенной (около 75 % по массе), на Земле — девятый по распространенности. Наиболее важным природным соединением водорода является вода.Водород занимает первое место в периодической системе (Z = 1).

Он имеет простейшее строение атома: ядро атома – 1 протон, окружено электронным облаком, состоящим из 1 электрона.В одних условиях водород проявляет металлические свойства (отдает электрон), в других — неметаллические (принимает электрон).

В природе встречаются изотопы водорода:  1Н — протий (ядро состоит из одного протона), 2Н — дейтерий (D — ядро состоит из одного протона и одного нейтрона), 3Н — тритий (Т — ядро состоит из одного протона и двух нейтронов).

Простое вещество водород

Молекула водорода состоит из двух атомов, связанных  между собой ковалентной неполярной связью.
Физические свойства. Водород — бесцветный нетоксичный газ без запаха и вкуса. Молекула водорода не полярна. Поэтому силы межмолекулярного взаимодействия в газообразном водороде малы.

Это проявляется в низких температурах кипения (-252,6 0С) и плавления (-259,2 0С).
Водород легче воздуха, D (по воздуху) = 0,069;  незначительно растворяется в воде (в 100 объемах H2O растворяется 2 объема  H2).

  Поэтому водород при его получении в лаборатории можно собирать методами вытеснения воздуха или воды.

Получение водорода

В лаборатории:

1.Действие разбавленных кислот на металлы:
Zn +2HCl → ZnCl2 +H2↑

2.Взаимодействие щелочных и щ-з металлов с водой:
Ca +2H2O → Ca(OH)2 +H2↑

3.Гидролиз гидридов: гидриды металлов легко разлагаются водой с образованием соответствующей щелочи и водорода:
NaH +H2O → NaOH +H2↑
СаH2 + 2Н2О = Са(ОН)2 + 2Н2↑

4.Действие щелочей на цинк  или алюминий или кремний:
2Al +2NaOH +6H2O → 2Na[Al(OH)4] +3H2↑
Zn +2KOH +2H2O → K2[Zn(OH)4] +H2↑
Si + 2NaOH + H2O → Na2SiO3 + 2H2

5. Электролиз воды. Для увеличения электрической проводимости воды к ней добавляют электролит, например NаОН, Н2SO4 или Na2SO4. На катоде образуется 2 объема водорода, на аноде — 1 объем кислорода.
2H2O → 2H2+О2

Промышленное получение водорода

1. Конверсия метана с водяным паром, Ni 800 °С (самый дешевый):
CH4 + H2O → CO + 3 H2   
CO + H2O → CO2 + H2

В сумме:
CH4 + 2 H2O → 4 H2 + CO2

2. Пары воды через раскаленный кокс при 1000оС:
С + H2O → CO + H2
CO +H2O → CO2 + H2

Образующийся оксид углерода (IV) поглощается водой, этим способом получают 50 % промышленного водорода.

3. Нагреванием метана до 350°С в присутствии железного или нике­левого катализатора:
СH4 → С + 2Н2↑

4. Электролизом водных растворов KCl или NaCl, как побочный продукт:
2Н2О + 2NaCl→ Cl2↑ + H2↑ + 2NaOH

Химические свойства водорода

  • В соединениях водород всегда одновалентен. Для него характерна степень окисления +1, но в гидридах металлов она равна -1.
  • Молекула водорода состоит из двух атомов. Возникновение связи между ними объясняется образованием обобщен­ной пары электронов Н:Н или Н2
  • Благодаря этому обобщению электронов молекула Н2 более энергети­чески устойчива, чем его отдельные атомы. Чтобы разорвать в 1 моль водорода молекулы на атомы, необходимо затратить энергию 436 кДж: Н2 = 2Н, ∆H° = 436 кДж/моль
  • Этим объясняется сравнительно небольшая активность молекулярного водорода при обычной температуре.
  • Со многими неметаллами водород образует газообразные соедине­ния типа RН4, RН3, RН2, RН.

1) С галогенами  образует галогеноводороды:
Н2 + Cl2 → 2НСl.
При этом с фтором — взрывается, с хлором и бромом реагирует лишь при освещении или нагревании, а с йодом только при нагревании.

2) С кислородом:
2Н2 + О2 → 2Н2О
с выделением тепла. При обычных температурах реакция протекает медленно, выше 550°С — со взрывом. Смесь 2 объемов Н2 и 1 объема О2 называется гремучим газом.

3) При нагревании энергично реагирует с серойь(значительно труднее с селеном и теллуром):
Н2 + S → H2S (сероводород),

4) С азотом  с образованием аммиака лишь на катализаторе и при повышенных температурах и давлениях:
ЗН2 + N2 → 2NН3

5) С углеродом при высоких температурах:
2Н2 + С → СН4 (метан)

6) С  щелочными и щелочноземельными металлами  образует гидриды (водород – окислитель):
Н2 + 2Li → 2LiH
в гидридах металлов ион водорода заряжен отрицательно (степень окисления -1), то есть гидрид Na+H— построен подобно хлориду Na+Cl—

Со сложными веществами:

7) С оксидами металлов (используется для восстановления металлов):
CuO + H2 → Cu + H2O
Fe3O4 + 4H2 → 3Fe + 4Н2О

8) с оксидом углерода (II):
CO + 2H2 → CH3OH
Синтез — газ (смесь водорода и угарного газа) имеет важное практическое значение, тк в зависимости от температуры, давления и катализатора образуются различные органические соединения, например НСНО, СН3ОН и другие.

9)Ненасыщенные углеводороды реагируют с водородом, переходя в насыщенные:
СnН2n + Н2 → СnН2n+2.

Источник: http://himege.ru/vodorod-fizicheskie-i-ximicheskie-svojstva-poluchenie/

Отопление водородом: перспектива ли?

Получение водорода

Водород является наиболее распространенным химическим элементом в природе, так как составляет около 90% от общей массы всех элементов во Вселенной. При этом в чистом виде он практически не встречается. Чаще его можно обнаружить в составе различных химических соединений.

А между тем он может быть отличным экологически чистым и безвредным топливом для получения энергии. Таким образом, можно отапливать водородом даже свой собственный дом. Особенно радует тот факт, что водородное топливо можно использовать, если переоборудовать простой газовый котел в водородный.

Однако остаётся главная проблема: где взять чистый водород? В свободном доступе его нет, купить его нельзя. Единственный выход — домашний генератор водорода. К счастью, его можно либо собрать своими руками, либо приобрести готовый.

Осталось только определиться с видом генератора, которые различаются в зависимости от того, каким способом получается водород.

Получение чистого водорода

Электролиз воды

Водород можно получить различными способами. Вот лишь некоторые из них, являющиеся наиболее доступными и распространёнными:

  • Электролиз воды. Наиболее эффективный способ — высокотемпературный.
  • Химическая реакция воды и аллюминиево-галиевого сплава.
  • Получение водорода при высокотемпературной обработке угля и древесины.
  • Переработка мусора, бытовых отходов.
  • Выделение водорода через переработку биомассы (навоза, сена, водорослей и иных отходов сельского хозяйства).

Большинство способов основаны на применении высоких температур и, к сожалению, в условиях обычного домашнего хозяйства неприменимы. Однако есть несколько путей для получения водорода в домашних условиях.

Электролизный водород

Самый доступный и наиболее широко распространённый способ добычи водорода в домашних условиях — при помощи реакции электролиза воды. Специальное оборудование, называемое электролизером, довольно доступно на рынке.

При этом среди производителей встречаются как именитых гиганты (например, Honda), так и мелкие производители из Китая или стран СНГ. И если в случае с первыми в качестве предоставляемой вниманию продукции можно не сомневаться, то вот вторые часто подводят.

При этом не стоит особо обращать внимание на их яркую и многообещающую рекламу. Недобросовестному производителю ничего не стоит заявить о том, что его продукт самый качественный, хороший и долговечный на рынке. Однако не всё, что он скажет, окажется правдой.

Особенно должна настораживать цена, так как генератор не может быть слишком дешёвым. Дешевизна может указывать на не очень качественные материалы, использованные при работе, или экономию на сборке. Установки дорогие не просто так, а за счёт обеспечения безопасности в том числе.

Так как водород является взрывоопасным, его утечка может принести много бед. Некачественные шланги, негерметичный накопительный бак — и всё, взрыв обеспечен. Качество исполнения иногда может «хромать», так что лучше однажды не поскупиться и потратиться на хорошее оборудование.

Хороший электролизер способен похвастаться качеством, компактностью и простотой эксплуатации. Его можно установить в любом уголке помещения и в качестве топлива для получения заветного водорода использовать обычную воду из-под крана.

Обычно электролизер состоит из риформера, топливных элементов, очистной системы, компрессора и ёмкости для хранения газа. Электроэнергия поступает из сети питания. Самые современные модели и вовсе оснащены солнечными батареями.

Такое оборудование точно быстро окупится за счет минимальных затрат на его использование, даже учитывая не самую маленькую стоимость самого агрегата.

Водород из сельскохозяйственных отходов

Нередко в интернете можно встретить упоминания о биогазовых установках. Смысл их работы сводится к тому, что в генератор загружается навоз, он там перерабатывается и на выходе получается метан.

Конечно, может использоваться не только навоз, а любой компостируемый материал. Однако чистый навоз является наиболее продуктивным и доступным. Полученный биогаз затем по трубам поступает на нужды хозяйства и используется как привычный природный газ.

Однако у этого способа добычи водорода есть пара минусов:

  • Водород как таковой в данном процессе является лишь побочным продуктом. Для того,чтобы его отделить, требуется дополнительная обработка полученного газа. Как правило, никто этим не занимается и водород благополучно погибает в объятиях пламени вместе с метаном.
  • Необходимо непрерывное поступление сырья. То есть в генератор без остановки должен поступать навоз, и в больших количествах. Очевидно, что обычное частное хозяйство не сможет обеспечить постоянный поток сырья. А покупать его на стороне — не выгодно. Вывод: такой метод получения водорода подходит только относительно крупным хозяйствам, готовым предоставлять такие объёмы. Однако им такая установка выгоды не принесёт, разве что позволит с пользой для хозяйства избавляться от отходов.

Кроме того, на долю водорода на выходе приходится всего лишь 2-12% водорода. То есть основная масса продукта — метан. Чтобы обеспечивать хозяйство именно водородом, потребуется неимоверное количество сырья и огромные производственные мощности. Так что даже крупным хозяйствам невыгодно фокусироваться именно на выделении водорода.

Им придётся либо сжигать его вместе с метаном, что и делается на практике, либо пытаться использовать его также в хозяйстве. Однако для выделения и хранения водорода снова потребуется дополнительное оборудование, а значит, дополнительные расходы.

Таким образом, биогазовая установка на сегодняшний день является самым невыгодным методом добычи чистого водорода.

Изготовление электролизера своими руками

Электролизер своими руками

Цены на дорогое зарубежное оборудование часто отпугивают простых владельцев небольших хозяйств.

Однажды обжёгшись а недорогом электролизере не очень высокого качества или и вовсе решив не рисковать, умельцы задумываются о самостоятельном изготовлении домашнего генератора водорода.

В целом, задача выполнимая, при условии владения определенными знаниями и умениями.

Для того, чтобы сделать собственный электролизер, понадобится приобрести и все составляющие установки, которые были перечислены выше. Кроме того, процесс не заканчивается на этапе выделения топлива.

Ведь ещё нужно отделить водород от кислорода и водяного пара, обеспечить его постоянный ток, накопление в нужном объеме и подачу. В результате конечный подсчёт покажет, что самостоятельная сборка обойдётся не на много дешевле покупного генератора, а вот сил и времени уйдёт неимоверное количество.

И неизвестно, будет ли полученный результат соответствовать ожиданиям и справляться с поставленной задачей.

Стоимость водорода

Стоимость водорода

Технологии получения водорода влияют на его себестоимость. Итак, себестоимость водорода за 1 кг по мере возрастания составляет:

  • 130 рублей — методом высокотемпературного электролиза на АЭС ;
  • 200 рублей — методом конверсии углеводорода;
  • 320 рублей — методом химической реакции (с АЭС);
  • 350 рублей — методом добычи из биомассы;
  • 420 рублей — методом электролиза;
  • 700 рублей — методом восстановления реагента.

Таким образом, очевидно, что самый дешёвый способ добычи водорода — первый, методом электролиза на АЭС при участии высоких температур. Дело в том, что на АЭС высокие температуры являются побочным производственным эффектом, на их получение не идёт дополнительных затрат.

Однако пока ещё ни один из способов получения водорода в качестве топливной энергии не является полностью окупаемым. Ведь даже если купить саму недорогую и при этом эффективную установку, даже если не учитывать её высокую стоимость, всё равно на выделение водорода требуется электроэнергия.

Используемое электричество вырабатывается на местных станциях и передаётся по проводам. При этом происходят неизбежные потери энергии.

Есть ли выгода

Выгодно ли дело?

Существует ложное представление, что отопление дома при помощи водородного топлива обходится чуть ли не в копейки.

На самом деле, такую идею распространяют производители электролизеров и иных установок для получения водорода. Словом те, кому такое мнение выгодно.

Они говорят, что стоит только один раз потратиться на приобретение этой чудо-машины, и живите себе дальше припеваючи и беззаботно. Однако так ли всё на самом деле?

Стоит лишь на минуту задуматься, чтобы понять, что в реальности дела обстоят не так радужно. Во-первых, сама установка очень дорогая. Даже если собирать агрегат самостоятельно, затраты на комплектующие обойдутся не так уж дёшево.

То есть первоначальные затраты очень высоки, а перспективы окупаемости — туманны. Во-вторых, для работы электролизера необходима водопроводная вода, которая тоже не бесплатна.

И в-третьих, необходимо учитывать затраты на электроэнергию в том случае, если генератор не работает на солнечных батареях.

Таким образом, выгоды в использовании водорода как топлива для хозяйственных нужд практически нет. Возможно, лишь спустя через десяток-два лет, когда технологии станут более совершенными, использовать водородное топливо будет выгоднее, чем существующие на данный момент альтернативные источники.

Однако пока что такой метод обходится чуть ли не в 4 раза дороже. И это с учётом не самых высоких тарифов на элестроэнергию и воду. Даже если брать средние и минимальные значения для России и стран СНГ, стоимость получаемого топлива неоправданно высока.

Поэтому использование данного способа отопления своего дома приглянётся разве что ярым защитникам природы, ведь водородные установки абсолютно экологичны.

Будьте осторожны

Будьте осторожны

После установки генератора, как и во время, не следует забывать о технике безопасности. Водород является легковоспламеняющимся взрывоопасным газом без запаха, поэтому его утечка крайне опасна. Чтобы этого избежать, необходимо тщательно проверить все составляющие электролизатора на герметичность: трубки, насос, резервуар.

Особенно это относится к самосборным устройствам. Именно они являются наиболее опасными. Кроме того, неизвестно, насколько качественное топливо они будут в итоге подавать. Конечно, вероятность брака может быть высокой и у покупных моделей, особенно неизвестных или непроверенных производителей.

Поэтому всегда лучше отдать предпочтение более дорогому, но и более надёжному производителю данного оборудования. Звучит как реклама, но факт остаётся фактом: за качество приходится доплачивать. Хотя не всегда работает правило, что чем дороже, тем лучше. Идеально, если покупатель, делая свой выбор, опирается на знания в данной области.

И, самое главное — доверяй, но проверяй. Ведь даже самый известный бренд может произвести брак.

Источник: https://pechiexpert.ru/dobycha-vodoroda/

Получение водорода – Ида Тен

Получение водорода

История водорода начинается с XVI века, когда было замечено, что при действии кислот на железо и другие металлы выделяется некий неизвестный газ. Первоначально его назвали «горючим воздухом». Такое название газ получил из-за способности гореть.

Во второй половине XVIII века английский ученый Генри Кавендиш получил водород при действии соляной кислоты HCl на цинк:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2­.

Что же такое кислота с точки зрения химии? Кислота – это сложное вещество, в состав которого всегда входят атомы водорода. В формулах кислот атомы водорода принято писать на первом месте. Атомы, следующие в формуле за водородом, называют кислотным остатком. Так, в соляной кислоте HCl кислотный остаток – Cl. Например, в серной кислоте H2SO4, кислотный остаток – SO4.

Кислота – сложное вещество, в состав которого входят атомы водорода и кислотный остаток

Генри Кавендиш изучил свойства «горючего воздуха». Он установил, что этот газ намного легче воздуха, а при сгорании на воздухе образует прозрачные капли жидкости. Этой жидкостью оказалась вода. Генри Кавендиша считают первооткрывателем водорода.

Вывод о том, что «горючий воздух» представляет собой простое вещество, был сделан в 1784 году французским химиком Антуаном Лораном Лавуазье.

Антуан Лоран Лавуазье дал этому веществу латинское название (Hydrogenium), которое происходило от греческих слов «хюдор» – вода и «геннао» – рождаю.

В те годы под элементами подразумевали простые вещества, которые нельзя далее разложить на составные части. Поэтому у химического элемента водорода такое же название, как и у просто вещества H2. Русское слово водород – это точный перевод латинского названия Hydrogenium.

Получение водорода в лаборатории

Современный лабораторный способ получения водорода не отличается от того, которым его получал Генри Кавендиш. Это реакции металлов с кислотами.

В лаборатории водород получают в аппарате Киппа (рисунок 152). Аппарат Киппа изготовляется из стекла и состоит из нескольких частей:

  1. реакционная колба с резервуаром;
  2. воронка с длинной трубкой;
  3. газоотводная трубка.

Реакционная колба имеет верхнюю шарообразную часть с отверстием, в которое вставляется газоотводная трубка, снабженная краном или зажимом, и нижний резервуар в виде полусферы. Нижний резервуар и реакционная колба разделены резиновой или пластиковой прокладкой с отверстием, через которое проходит в нижний резервуар длинная трубка воронки, доходящая почти до дна.

На прокладку через боковое отверстие шпателем насыпают твёрдые вещества (мрамор, цинк). Отверстие закрывается пробкой с газоотводной трубкой. Затем при открытом кране или зажиме в верхнюю воронку заливается раствор кислоты. Когда уровень жидкости достигает вещества на прокладке, начинается химическая реакция с выделением газа.

При закрытии крана давление выделяющегося газа выдавливает жидкость из реактора в верхнюю часть воронки. Реакция прекращается. Открытие крана приводит к возобновлению реакции.

Поместим в реакционную колбу кусочки цинка. В качестве кислоты воспользуемся серной кислотой. При контакте цинка и серной кислоты протекает реакция:

Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2­

Водородом можно заполнить мыльный пузырь. Для этого необходимо опустить газоотводную трубку в мыльный раствор. На конце трубки начнется формирование мыльного пузыря, заполненного водородом; со временем пузырь отрывается и улетает вверх, что доказывает легкость водорода.

Соберем выделяющийся водород. С учетом того, что водород намного легче воздуха, для сбора водорода сосуд, в котором собирается газ, необходимо располагать вверх дном, или производить собирание методом вытеснения воды.

Как обнаружить водород? Заполним пробирку водородом, держа ее вверх дном, по отношению к газоотводной трубке. Поднесем пробирку отверстием к пламени спиртовки – слышится характерный хлопок.

Хлопок – это признак того, что в пробирке содержится водород. При поднесении пробирки к пламени водород вступает в реакцию с кислородом, содержащимся в воздухе. При малых количествах реакция кислорода и водорода сопровождается хлопком.

Более подробно об этой реакции будет рассказано в следующем параграфе.

Получение водорода в промышленности

Одним из промышленных способов получения водорода является реакция разложения воды под действием электрического тока:

2H2O эл.ток → 2H2­ + O2­.

Данный метод позволяет получить чистый водород и кислород. Процесс превращения химических веществ в другие вещества под действием электричества называется электролизом.

Электролиз – химическая реакция, протекающая под действием электрического тока

Проведем электролиз воды. В стакан наполненный водой, опустим металлические электроды. Поверх электродов опустим в стакан пробирки, заполненные водой. Подсоединим электроды к источнику тока – батарейке. В пробирках наблюдается выделение газов – водорода и кислорода, которые вытесняют воду.

Наблюдая за процессом электролиза, можно заметить, что в одной из пробирок газа собирается в два раза больше, чем в другой. Проанализировав уравнение реакции электролиза воды, можно сделать вывод, в какой пробирке выделяется водород, а в какой – кислород. Попробуйте это сделать самостоятельно.

Существуют и другие способы получения водорода.

Железо-паровой метод долгое время широко применялся в промышленности. Через электрическую трубчатую печь проходит трубка из нержавеющей стали, заполненная железными стружками.

Через трубку с железными стружками пропускают водяной пар.

При температуре около 800°С пары воды взаимодействуют с железом, образуя оксид Fe3O4 (железную окалину) и газообразный водород:

3Fe + 4Н2О = 4Н2­ + Fe3O4.

Можно получить Н2, пропуская Н2О через слой раскаленного угля. При этом образуется смесь двух газов – СО и Н2 (водяной газ):

Н2О + С = CO­ + Н2­

В настоящее время водород получают взаимодействием углеводородов (в основном метана, СН4) с водяным паром или неполным окислением метана кислородом:

СН4 + Н2О = СО + 3Н2,

2СН4 + О2 = 2СО + 4Н2.

  • В лаборатории водород получают в аппарате Киппа
  • Исходными веществами для получения водорода в лаборатории являются некоторые металлы и кислоты
  • Собирать водород нужно методом вытеснения воды, или методом вытеснения воздуха, расположив пробирку вверх дном по отношению к газоотводной трубке
  • Кислота – сложное вещество, в состав которого входят атомы водорода и кислотный остаток
  • Обнаружить водород можно по характерному хлопку при поднесении пробирки с водородом к пламени
  • Одним из промышленных способов получения водорода является электролиз воды
  • Электролиз – химическая реакция, протекающая под действием электрического тока

Источник: https://idatenru.ru/chemistry/poluchenie-vodoroda

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.

    ×
    Рекомендуем посмотреть