Вода термическое разложение формула

Расщепление воды — Water splitting

Расщепление воды — это химическая реакция, в которой вода расщепляется на кислород и водород :

Эффективное и экономичное разделение воды стало бы технологическим прорывом, который мог бы поддержать водородную экономику , основанную на зеленом водороде . Вариант расщепления воды происходит при фотосинтезе , но водород не образуется. В основе водородного топливного элемента лежит обратное расщепление воды .

СОДЕРЖАНИЕ

Электролиз

• Vion, патент США 28,793 , «Улучшенный метод использования атмосферного электричества», июнь 1860 г.

В схемах производства электроэнергии из газа избыточная мощность или внепиковая мощность, создаваемая ветряными генераторами или солнечными батареями, используется для балансировки нагрузки энергосистемы путем хранения, а затем закачки водорода в сеть природного газа.

Производство водорода из воды энергоемко. Потенциальные источники электроэнергии включают гидроэнергетику, ветряные турбины или фотоэлектрические элементы. Обычно потребляемая электроэнергия более ценна, чем произведенный водород, поэтому этот метод не получил широкого распространения. В отличие от низкотемпературного электролиза, высокотемпературный электролиз (HTE) воды преобразует большую часть начальной тепловой энергии в химическую энергию (водород), потенциально повышая эффективность вдвое до примерно 50%. Поскольку часть энергии в HTE поставляется в виде тепла, меньшая часть энергии должна быть преобразована дважды (из тепла в электричество, а затем в химическую форму), поэтому процесс более эффективен.

Расщепление воды при фотосинтезе

Вариант расщепления воды происходит при фотосинтезе , но электроны шунтируются не на протоны, а на транспортную цепь электронов в фотосистеме II . Электроны используются для преобразования углекислого газа в сахара.

Когда фотосистема I подвергается фотовозбуждению, инициируются реакции переноса электронов, что приводит к восстановлению ряда акцепторов электронов, в конечном итоге восстанавливая NADP + до NADPH, а PS I окисляется. Окисленная фотосистема I захватывает электроны из фотосистемы II посредством ряда этапов с участием таких агентов, как пластохинон, цитохромы и пластоцианин. Фотосистема II затем вызывает окисление воды, приводящее к выделению кислорода, причем реакция катализируется кластерами CaMn ₄ O _5, встроенными в сложную белковую среду; комплекс известен как комплекс с выделением кислорода (OEC).

При биологическом производстве водорода электроны, производимые фотосистемой, направляются не в устройство химического синтеза, а в гидрогеназы , что приводит к образованию H ₂ . Этот биоводород производится в биореакторе .

Фотоэлектрохимическое расщепление воды

Использование электроэнергии, производимой фотоэлектрическими системами, потенциально предлагает самый чистый способ производства водорода, кроме ядерной, ветровой, геотермальной и гидроэлектрической энергии. Опять же, вода расщепляется на водород и кислород при электролизе, но электрическая энергия получается с помощью процесса фотоэлектрохимического элемента (PEC). Система также называется искусственным фотосинтезом .

Фотокаталитическое расщепление воды

Преобразование солнечной энергии в водород посредством процесса разделения воды — это способ получения чистой и возобновляемой энергии. Этот процесс может быть более эффективным, если ему помогают фотокатализаторы, взвешенные непосредственно в воде, а не фотоэлектрическая или электролитическая система, так что реакция протекает в один этап.

Радиолиз

Ядерное излучение обычно разрушает водные связи, в Mponeng золотом прииске , Южной Африки , исследователи обнаружили в природе зоне высокой радиации , сообщество доминирует новый phylotype из Desulfotomaculum , питаясь в основном радиолитическому производства H ₂ . Отработанное ядерное топливо / «ядерные отходы» также рассматривается как потенциальный источник водорода.

Наногальванический порошок алюминиевого сплава

Было показано, что порошок алюминиевого сплава, изобретенный исследовательской лабораторией армии США в 2017 году, способен производить газообразный водород при контакте с водой или любой жидкостью, содержащей воду, благодаря своей уникальной наноразмерной гальванической микроструктуре. Сообщается, что он производит водород с выходом 100 процентов от теоретического без необходимости использования каких-либо катализаторов, химикатов или внешнего источника энергии.

Термическое разложение воды

При термолизе молекулы воды расщепляются на атомарные компоненты — водород и кислород . Например, при 2200 ° C около трех процентов всей H ₂ O диссоциирует на различные комбинации атомов водорода и кислорода, в основном H, H ₂ , O, O ₂ и OH. Другие продукты реакции, такие как H ₂ O ₂ или HO _2, остаются второстепенными. При очень высокой температуре 3000 ° C более половины молекул воды разлагается, но при температуре окружающей среды только одна молекула из 100 триллионов диссоциирует под действием тепла. Высокие температуры и материальные ограничения ограничивают возможности применения этого подхода.

Ядерно-тепловой

Одним из побочных преимуществ ядерного реактора, производящего и электричество, и водород, является то, что он может переключать производство между ними. Например, электростанция может производить электричество днем ​​и водород ночью, согласовывая свой профиль выработки электроэнергии с дневными колебаниями спроса. Если водород можно производить экономично, эта схема будет выгодно конкурировать с существующими схемами хранения энергии в сети . Более того, потребность в водороде в Соединенных Штатах достаточно высока, чтобы такие станции могли справляться со всей суточной пиковой выработкой.

Гибридный термоэлектрический цикл «медь-хлор» — это система когенерации , использующая отходящее тепло ядерных реакторов, в частности, сверхкритического водяного реактора CANDU .

Гелиотермический

Высокие температуры, необходимые для разделения воды, могут быть достигнуты за счет использования концентрированной солнечной энергии . Hydrosol-2 — это 100-киловаттная пилотная установка на Plataforma Solar de Almería в Испании, которая использует солнечный свет для получения необходимой температуры от 800 до 1200 ° C для разделения воды. Hydrosol II находится в эксплуатации с 2008 года. Проект этой 100-киловаттной опытной установки основан на модульной концепции. В результате может быть возможно, что эту технологию можно будет легко расширить до мегаваттного диапазона, умножив доступные реакторные блоки и подключив станцию ​​к полям гелиостата (поля зеркал, отслеживающих солнце) подходящего размера.

Материальные ограничения из-за требуемых высоких температур уменьшаются за счет конструкции мембранного реактора с одновременным извлечением водорода и кислорода, который использует определенный температурный градиент и быструю диффузию водорода. Благодаря концентрированному солнечному свету в качестве источника тепла и только воде в реакционной камере получаемые газы очень чистые, и единственным возможным загрязнителем является вода. «Солнечная установка для взлома воды» с концентратором площадью около 100 м² может производить почти один килограмм водорода за один солнечный час.

Исследовать

Ведутся исследования фотокатализа , ускорения фотореакции в присутствии катализатора. Его понимание стало возможным с момента открытия электролиза воды с помощью диоксида титана. Искусственный фотосинтез — это область исследований, которая пытается воспроизвести естественный процесс фотосинтеза, превращая солнечный свет, воду и углекислый газ в углеводы и кислород. Недавно удалось расщепить воду на водород и кислород с помощью искусственного соединения под названием нафион .

Высокотемпературный электролиз (также HTE или паровой электролиз ) — это метод, который в настоящее время исследуется для производства водорода из воды с кислородом в качестве побочного продукта. Другие исследования включают термолиз на дефектных углеродных подложках, что делает возможным производство водорода при температурах чуть ниже 1000 ° C.

Цикл оксида железа — это серия термохимических процессов, используемых для производства водорода . Цикл оксида железа состоит из двух химических реакций , чистым реагентом которых является вода, а чистыми продуктами — водород и кислород . Все остальные химические вещества перерабатываются. Процесс оксида железа требует эффективного источника тепла.

Цикл серы-йод (СИ цикл) представляет собой ряд термохимических процессов , используемых для получения водорода . Цикл SI состоит из трех химических реакций , чистым реагентом которых является вода, а чистыми продуктами — водород и кислород . Все остальные химические вещества перерабатываются. Процесс SI требует эффективного источника тепла.

Было описано более 352 термохимических циклов расщепления или термолиза воды . Эти циклы обещают производить водород, кислород из воды и тепла без использования электричества. Поскольку вся энергия для таких процессов — тепло, они могут быть более эффективными, чем высокотемпературный электролиз. Это связано с тем, что эффективность производства электроэнергии ограничена по своей природе. Термохимическое производство водорода с использованием химической энергии из угля или природного газа обычно не рассматривается, поскольку прямой химический путь более эффективен.

Суммарная реакция для всех термохимических процессов — это реакция разложения воды:

[<\ce >] 2H2<>+ O2>>>»> 2 ЧАС 2 О ⇌ Нагревать 2 ЧАС 2 + О 2 <\ displaystyle <\ ce <2h2o [<\ ce >] 2H2 <> + O2>>> [<\ ce >] 2H2 <> + O2>>>»>

Все остальные реагенты утилизируются. Ни один из процессов термохимического производства водорода не был продемонстрирован на уровне производства, хотя некоторые из них были продемонстрированы в лабораториях.

Также проводятся исследования способности наночастиц и катализаторов снижать температуру расщепления воды.

Недавно было показано, что материалы на основе металлоорганического каркаса (MOF) являются очень многообещающим кандидатом для расщепления воды дешевыми переходными металлами первого ряда .

Исследования сосредоточены на следующих циклах:

Источник

Реакция термического разложения воды

Реакция термического разложения воды.

Уравнение реакции термического разложения воды:

Вода разлагается под действием высокой температуры или электрического тока.

Реакция термического разложения воды протекает при условии: при температуре 2000 °C.

В результате реакции термического разложения воды образуются водород и кислород .

Примечание: © Фото https://www.pexels.com, https://pixabay.com

Мировая экономика

Справочники

Востребованные технологии

• Концепция инновационного развития общественного производства – осуществления Второй индустриализации России на период 2017-2022 гг. (106 489)
• Экономика Второй индустриализации России (102 477)
• Программа искусственного интеллекта ЭЛИС (27 503)
• Метан, получение, свойства, химические реакции (23 758)
• Этилен (этен), получение, свойства, химические реакции (22 871)
• Природный газ, свойства, химический состав, добыча и применение (21 183)
• Крахмал, свойства, получение и применение (20 586)
• Целлюлоза, свойства, получение и применение (19 444)
• Пропилен (пропен), получение, свойства, химические реакции (19 141)
• Прямоугольный треугольник, свойства, признаки и формулы (18 745)

Поиск технологий

О чём данный сайт?

Настоящий сайт посвящен авторским научным разработкам в области экономики и научной идее осуществления Второй индустриализации России.

Он включает в себя:
– экономику Второй индустриализации России,
– теорию, методологию и инструментарий инновационного развития – осуществления Второй индустриализации России,
– организационный механизм осуществления Второй индустриализации России,
– справочник прорывных технологий.

Мы не продаем товары, технологии и пр. производителей и изобретателей! Необходимо обращаться к ним напрямую!

Мы проводим переговоры с производителями и изобретателями отечественных прорывных технологий и даем рекомендации по их использованию.

О Второй индустриализации

Осуществление Второй индустриализации России базируется на качественно новой научной основе (теории, методологии и инструментарии), разработанной авторами сайта.

Конечным результатом Второй индустриализации России является повышение благосостояния каждого члена общества: рядового человека, предприятия и государства.

Вторая индустриализация России есть совокупность научно-технических и иных инновационных идей, проектов и разработок, имеющих возможность быть широко реализованными в практике хозяйственной деятельности в короткие сроки (3-5 лет), которые обеспечат качественно новое прогрессивное развитие общества в предстоящие 50-75 лет.

Та из стран, которая первой осуществит этот комплексный прорыв – Россия, станет лидером в мировом сообществе и останется недосягаемой для других стран на века.

Источник