В периодической системе водород располагается в двух абсолютно противоположных по своим свойствам группах элементов. Данная особенность делают его совершенно уникальным. Водород не просто представляет собой элемент или вещество, но также является составной частью многих сложных соединений, органогенным и биогенным элементом. Поэтому рассмотрим его свойства и характеристики более подробно.

Выделение горючего газа в процессе взаимодействия металлов и кислот наблюдали еще в XVI веке, то есть во время становления химии как науки. Известный английский ученый Генри Кавендиш исследовал вещество, начиная с 1766 года, и дал ему название «горючий воздух». При сжигании этот газ давал воду. К сожалению, приверженность ученого теории флогистона (гипотетической «сверхтонкой материи») помешала ему прийти к правильным выводам.

Французский химик и естествоиспытатель А. Лавуазье вместе с инженером Ж. Менье и при помощи специальных газометров в 1783 г. провел синтез воды, а после и ее анализ посредством разложения водяного пара раскаленным железом. Таким образом, ученые смогли прийти к правильным выводам. Они установили, что «горючий воздух» не только входит в состав воды, но и может быть получен из нее.

В 1787 году Лавуазье выдвинул предположение, что исследуемый газ является простым веществом и, соответственно, относится к числу первичных химических элементов. Он назвал его hydrogene (от греческих слов hydor - вода + gennao - рождаю), т. е. «рождающий воду».

Русское название «водород» в 1824 году предложил химик М. Соловьев. Определение состава воды ознаменовало конец «теории флогистона». На стыке XVIII и XIX веков было установлено, что атом водорода очень легкий (по сравнению с атомами прочих элементов) и его масса была принята за основную единицу сравнения атомных масс, получив значение, равное 1.

Физические свойства

Водород является легчайшим из всех известных науке веществ (он в 14,4 раз легче воздуха), его плотность составляет 0,0899 г/л (1 атм, 0 °С). Данный материал плавится (затвердевает) и кипит (сжижается), соответственно, при -259,1 °С и -252,8 °С (только гелий обладает более низкими t° кипения и плавления).

Критическая температура водорода крайне низка (-240 °С). По этой причине его сжижение - довольно сложный и затратный процесс. Критическое давление вещества - 12,8 кгс/см², а критическая плотность составляет 0,0312 г/см³. Среди всех газов водород имеет наибольшую теплопроводность: при 1 атм и 0 °С она равняется 0,174 вт/(мхК).

Удельная теплоемкость вещества в тех же условиях - 14,208 кДж/(кгхК) или 3,394 кал/(гх°С). Данный элемент слабо растворим в воде (около 0,0182 мл/г при 1 атм и 20 °С), но хорошо - в большинстве металлов (Ni, Pt, Pa и прочих), особенно в палладии (примерно 850 объемов на один объем Pd).

С последним свойством связана его способность диффундирования, при этом диффузия через углеродистый сплав (к примеру, сталь) может сопровождаться разрушением сплава из-за взаимодействия водорода с углеродом (этот процесс называется декарбонизация). В жидком состоянии вещество очень легкое (плотность - 0,0708 г/см³ при t° = -253 °С) и текучее (вязкость - 13,8 спуаз в тех же условиях).

Во многих соединениях этот элемент проявляет валентность +1 (степень окисления), подобно натрию и прочим щелочным металлам. Обычно он рассматривается в качестве аналога этих металлов. Соответственно он возглавляет I группу системы Менделеева. В гидридах металлов ион водорода проявляет отрицательный заряд (степень окисления при этом -1), то есть Na+H- имеет структуру, подобную хлориду Na+Cl-. В соответствии с этим и некоторыми другими фактами (близость физических свойств элемента «H» и галогенов, способность его замещения галогенами в органических соединениях) Hydrogene относят к VII группе системы Менделеева.

В обычных условиях молекулярный водород имеет низкую активность, непосредственно соединяясь только с самыми активными из неметаллов (с фтором и хлором, с последним - на свету). В свою очередь, при нагревании он взаимодействует со многими химическими элементами.

Атомарный водород имеет повышенную химическую активность (если сравнивать с молекулярным). С кислородом он образует воду по формуле:

Н₂ + ½О₂ = Н₂О,

выделяя 285,937 кДж/моль тепла или 68,3174 ккал/моль (25 °С, 1 атм). В обычных температурных условиях реакция протекает довольно медленно, а при t° >= 550 °С - неконтролируемо. Пределы взрывоопасности смеси водород + кислород по объему составляют 4–94 % Н₂, а смеси водород + воздух - 4–74 % Н₂ (смесь из двух объемов Н₂ и одного объема О₂ называют гремучим газом).

Данный элемент используют для восстановления большинства металлов, так как он отнимает кислород у оксидов:

Fe₃O₄ + 4H₂ = 3Fe + 4Н₂О,

CuO + H₂ = Cu + H₂O и т. д.

С разными галогенами водород образует галогеноводороды, к примеру:

Н₂ + Cl₂ = 2НСl.

Однако при реакции с фтором водород взрывается (это происходит и в темноте, при -252 °С), с бромом и хлором реагирует только при нагревании или освещении, а с йодом - исключительно при нагревании. При взаимодействии с азотом образуется аммиак, но лишь на катализаторе, при повышенных давлениях и температуре:

ЗН₂ + N₂ = 2NН₃.

При нагревании водород активно реагирует с серой:

Н₂ + S = H₂S (сероводород),

и значительно труднее - с теллуром или селеном. С чистым углеродом водород реагирует без катализатора, но при высоких температурах:

2Н₂ + С (аморфный) = СН₄ (метан).

Данное вещество непосредственно реагирует с некоторыми из металлов (щелочными, щелочноземельными и прочими), образуя гидриды, например:

Н₂ + 2Li = 2LiH.

Немаловажное практическое значение имеют взаимодействия водорода и оксида углерода (II). При этом в зависимости от давления, температуры и катализатора образуются разные органические соединения: НСНО, СН₃ОН и пр. Ненасыщенные углеводороды в процессе реакции переходят в насыщенные, к примеру:

С n Н₂ n + Н₂ = С n Н₂ n ₊₂.

Водород и его соединения играют в химии исключительную роль. Он обусловливает кислотные свойства т. н. протонных кислот, склонен образовывать с разными элементами водородную связь, оказывающую значительное влияние на свойства многих неорганических и органических соединений.

Получение водорода

Основными видами сырья для промышленного производства этого элемента являются газы нефтепереработки, природные горючие и коксовые газы. Его также получают из воды посредством электролиза (в местах с доступной электроэнергией). Одним из важнейших методов производства материала из природного газа считается каталитическое взаимодействие углеводородов, в основном метана, с водяным паром (т. н. конверсия). Например:

СН₄ + H₂О = СО + ЗН₂.

Неполное окисление углеводородов кислородом:

СН₄ + ½О₂ = СО + 2Н₂.

Синтезированный оксид углерода (II) подвергается конверсии:

СО + Н₂О = СО₂ + Н₂.

Водород, производимый из природного газа, является самым дешевым.

Для электролиза воды применяется постоянный ток, который пропускается через раствор NaOH или КОН (кислоты не используют во избежание коррозии аппаратуры). В лабораторных условиях материал получают электролизом воды или в результате реакции между соляной кислотой и цинком. Однако чаще применяют готовый заводской материал в баллонах.

Из газов нефтепереработки и коксового газа данный элемент выделяют путем удаления всех остальных компонентов газовой смеси, так как они легче сжижаются при глубоком охлаждении.

Промышленным образом этот материал стали получать еще в конце XVIII века. Тогда его использовали для наполнения воздушных шаров. На данный момент водород широко применяют в промышленности, главным образом - в химической, для производства аммиака.

Массовые потребители вещества - производители метилового и прочих спиртов, синтетического бензина и многих других продуктов. Их получают синтезом из оксида углерода (II) и водорода. Hydrogene используют для гидрогенизации тяжелого и твердого жидкого топлива, жиров и пр., для синтеза HCl, гидроочистки нефтепродуктов, а также в резке/сварке металлов. Важнейшими элементами для атомной энергетики являются его изотопы - тритий и дейтерий.

Биологическая роль водорода

Около 10 % массы живых организмов (в среднем) приходится на этот элемент. Он входит в состав воды и важнейших групп природных соединений, включая белки, нуклеиновые кислоты, липиды, углеводы. Для чего он служит?

Этот материал играет решающую роль: при поддержании пространственной структуры белков (четвертичной), в осуществлении принципа комплиментарности нуклеиновых кислот (т. е. в реализации и хранении генетической информации), вообще в «узнавании» на молекулярном уровне.

Ион водорода Н+ принимает участие в важных динамических реакциях/процессах в организме. В том числе: в биологическом окислении, которое обеспечивает живые клетки энергией, в реакциях биосинтеза, в фотосинтезе у растений, в бактериальном фотосинтезе и азотфиксации, в поддержании кислотно-щелочного баланса и гомеостаза, в мембранных процессах транспорта. Наряду с углеродом и кислородом он образует функциональную и структурную основы явлений жизни.

Хранение водорода.

Гладышева Марина Алексеевна, 10А,школа №75, г. Черноголовка. Доклад на конференции "Старт в науку", МФТИ, 2004.

Привлекательность водорода как универсального энергоносителя определяется экологической чистотой, гибкостью и эффективностью процессов преобразования энергии с его участием. Технологии разномасштабного производства водорода достаточно хорошо освоены и имеют практически неограниченную сырьевую базу. Однако низкая плотность газообразного водорода, низкая температура его ожижения, а также высокая взрывоопасность в сочетании с негативным воздействием на свойства конструкционных материалов, ставят на первый план проблемы разработки эффективных и безопасных систем хранения водорода - именно эти проблемы сдерживают развитие водородной энергетики и технологии в настоящее время.

В соответствии с классификацией департамента энергетики США, методы хранения водородного топлива можно разделить на 2 группы:

Первая группа включает физические методы, которые используют физические процессы (главным образом, компрессирование или ожижение) для переведения газообразного водорода в компактное состояние. Водород, хранимый с помощью физических методов, состоит из молекул Н 2 , слабо взаимодействующих со средой хранения. На сегодня реализованы следующие физические методы, хранения водорода:

Сжатый газообразный водород:

газовые баллоны;

стационарные массивные системы хранения, включая подземные резервуары;

хранение в трубопроводах;

стеклянные микросферы.

Жидкий водород: стационарные и транспортные криогенные контейнеры.

В химических методах хранение водорода обеспечивается физическими или химическими процессами его взаимодействия с некоторыми материалами. Данные методы характеризуются сильным взаимодействием молекулярного либо атомарного водорода с материалом среды хранения. Данная группа методов главным образом включает следующие:

Адсорбционный:

цеолиты и родственные соединения;

активированный уголь;

углеводородные наноматериалы.

Абсорбция в объёме материала (металлогидриды)

Химическое взаимодействие:

алонаты;

фуллерены и органические гидриды;

аммиак;

губчатое железо;

водореагирующие сплавы на основе алюминия и кремния.

Хранение газообразного водорода не является более сложной проблемой, чем хранение природного газа. На практике для этого применяют газгольдеры, естественные подземные резервуары (водоносные породы, выработанные месторождения нефти и газа), хранилища, созданные подземными атомными взрывами. Доказана принципиальная возможность хранения газообразного водорода в соляных кавернах, создаваемых путём растворения соли водой через боровые скважины.

Для хранения газообразного водорода при давлении до 100 Мпа используют сварные сосуды с двух- или многослойными стенками. Внутренняя стенка такого сосуда выполнена из аустенитной нержавеющей стали или другого материала, совместимого с водородом в условиях высокого давления, внешние слои – из высокопрочных сталей. Для этих целей применяют и бесшовные толстостенные сосуды из низкоуглеродистых сталей, расчитанных на давление до 40 – 70 Мпа.

Широкое распространение получило хранение газообразного водорода в газгольдерах с водяным бассейном (мокрые газгольдеры), поршневых газгольдерах постоянного давления (сухие газгольдеры), газгольдерах постоянного объёма (ёмкости высокого давления). Для хранения малых количеств водорода используют баллоны.

Следует иметь в виду, что мокрые, а также сухие (поршневые) газгольдеры сварной конструкции не обладают достаточной герметичностью. Согласно техническим условиям допускается утечка водорода при нормальной эксплуатации мокрых газгольдеров вместимостью до 3000 м 3 – около 1,65%, а вместимостью от 3000 м 3 и более - около 1,1% в сутки (считая на номинальный объём газгольдера).

Одним из наиболее перспективных способов хранения больших количеств водорода является хранение его в водоносных горизонтах. Годовые потери составляют при таком способе хранения 1 – 3%. Эту величину потерь подтверждает опыт хранения природного газа.

Газообразный водород возможно хранить и перевозить в стальных сосудах под давлением до 20 Мпа. Такие ёмкости можно подвозить к месту потребления на автомобильных или железнодорожных платформах, как в стандартной таре, так и в специально сконструированных контейнерах.

Для хранения и перевозки небольших количеств сжатого водорода при температурах от –50 до +60 0 С используют стальные бесшовные баллоны малой ёмкости до 12 дм 3 и средней ёмкости 20 – 50 дм 3 с рабочим давлением до 20 Мпа. Корпус вентиля изготавливают из латуни. Баллоны окрашивают в тёмно-зелёный цвет, они имеют красного цвета надпись “Водород”.

Баллоны для хранения водорода достаточно просты и компактны. Однако для хранения 2 кг Н 2 требуются болоны массой 33 кг. Прогресс в материаловедении даёт возможность снизить массу материала баллона до 20 кг на 1 кг водорода, а в дальнейшем возможно снижение до 8 – 10 кг. Пока масса водорода при хранении его в баллонах составляет примерно 2 – 3% от массы самого баллона.

Большие количества водорода можно хранить в крупных газгольдерах под давлением. Газгольдеры обычно изготовляют из углеродистой стали. Рабочее давление в них обычно не превышает 10 Мпа. Вследствие малой плотности газообразного водорода хранить его в таких ёмкостях выгодно лишь в сравнительно небольших количествах. Повышение же давление сверх указанного, например, до сотен мега Паскаль, во-первых, вызывает трудности, связанные с водородной коррозией углеродистых сталей, и, во-вторых, приводит к существенному удорожанию подобных ёмкостей.

Для хранения очень больших количеств водорода экономически эффективным является способ хранения истощённых газовых и водоносных пластах. В США насчитывается более 300 подземных хранилищ газа.

Газообразный водород в очень больших количествах хранится в соляных кавернах глубиной 365 м при давлении водорода 5 Мпа, в пористых водонаполненных структурах вмещающих до 20·10 6 м 3 водорода.

Опыт продолжительного хранения (более 10 лет) в подземных газохранилищах газа с содержанием 50 % водорода показал полную возможность его хранения без заметных утечек. Слои глины, пропитанные водой, могут обеспечивать герметичное хранение ввиду слабого растворения водорода в воде.

Хранение жидкого водорода

Среди многих уникальных свойств водорода, которые важно учитывать при его хранении в жидком виде, одно является особенно важным. Водород в жидком состоянии находится в узком интервале температур: от точки кипения 20К до точки замерзания 17К, когда он переходит в твёрдое состояние. Если температура поднимается выше точки кипения, водород мгновенно переходит из жидкого состояния в газообразное.

Чтобы не допустить местных перегревов, сосуды, которые заполняют жидким водородом, следует предварительно охладить до температуры, близкой к точки кипения водорода, только после этого можно заполнять их жидким водородом. Для этого через систему пропускают охлаждающий газ, что связано с большими расходами водорода на захолаживание ёмкости.

Переход водорода из жидкого состояния в газообразное связан с неизбежными потерями от испарения. Стоимость и энергосодержание испаряющегося газа значительны. Поэтому организация использования этого газа с точки зрения экономики и техники безопасности необходимы. По условиям безопасной эксплуатации криогенного сосуда необходимо, чтобы после достижения максимального рабочего давления в ёмкости газовое пространство составляло не менее 5 %.

К резервуарам для хранения жидкого водорода предъявляют ряд требований:

конструкция резервуара должна обеспечивать прочность и надёжность в работе, длительную безопасную эксплуатацию;

расход жидкого водорода на предварительное охлаждение хранилища перед его заполнением жидким водородом должен быть минимальным;

резервуар для хранения должен быть снабжён средствами для быстрого заполнения жидким водородом и быстрой выдачи хранимого продукта.

Главная часть криогенной системы хранения водорода – теплоизолированные сосуды, масса которых примерно в 4 – 5 раз меньше на 1 кг хранимого водорода, чем при баллонном хранении под высоким давлением. В криогенных системах хранения жидкого водорода на 1 кг водорода приходится 6 – 8 кг массы криогенного сосуда, а по объёмным характеристикам криогенные сосуды соответствуют хранению газообразного водорода под давлением 40 Мпа.

Жидкий водород в больших количествах хранят в специальных хранилищах объёмом до 5 тыс. м 3 . Крупное шарообразное хранилище для жидкого водорода объёмом 2850 м 3 имеет внутренний диаметр алюминиевой сферы 17,4 м 3 .

Хранение и транспортирование водорода в химически связанном состоянии

Преимущества хранения и транспортирование водорода в форме аммиака, метанола, этанола на дальние расстояния состоят в высокой плотности объёмного содержания водорода. Однако в этих формах хранения водорода среда хранения используется однократно. Температура сжижения аммиака 239,76 К, критическая температура 405 К, так что при нормальной температуре аммиак сжижается при давлении 1,0 Мпа и его можно транспортировать по трубам и хранить в жидком виде. Основные соотношения приведены ниже:

1 м 3 Н 2 (г) » 0,66 м 3 NH 3 » 0?75 дм 3 Н 2 (ж);

1 т NH 3 » 1975 м 3 Н 2 + 658 м 3 N 2 – 3263 МДж;

2NH 3 ?N 2 + 3Н 2 – 92 кДж.

В диссоциаторах для разложения аммиака (крекерах), которое протекает при температурах примерно порядка 1173 – 1073 К и атмосферном давлении, используется отработанный железный катализатор для синтеза аммиака. Для получения одного кг водорода затрачивается 5,65 кг аммиака. Что касается затрат тепла на диссоциацию аммиака при использовании этого тепла со стороны, то теплота сгорания полученного водорода может до 20% превосходить теплоту сгорания использованного в процессе разложения аммиака. Если же для процесса диссоциации используется водород, полученный в процессе, то КПД такого процесса (отношение теплоты полученного газа к теплоте сгорания затраченного аммиака) не превышает 60 – 70%.

Водород из метанола может быть получен по двум схемам: либо методом каталитического разложения:

СН 3 ОН? СО+2Н 2 – 90 кДж

с последующей каталитической конверсией СО, либо каталитической паровой конверсии в одну стадию:

Н 2 О+СН 3 ОН?СО 2 +3Н 2 – 49 кДж.

Обычно для процесса используют цинк-хромовый катализатор синтеза метанола. Процесс протекает при 573 – 673 К. Метанол можно использовать как горючее для процессов конверсии. В этом случае КПД процесса получения водорода составляет 65 – 70% (отношение теплоты полученного водорода к теплоте сгорания затраченного метанола); если теплота для процесса получения водорода подводится извне, теплота сгорания водорода, полученного методом каталитического разложения, на 22%, а водорода, полученного методом паровой конверсии, на 15% превосходят теплоту сгорания затраченного метанола.

К сказанному следует добавить, что при создании энерго-технологичекой схемы с использованием отходящего тепла и применения водорода, полученного из метанола, аммиака или этанола, можно получить КПД процесса более высокий, чем при использовании указанных продуктов как синтетических жидких горючих. Так, при прямом сжигании метанола и газотурбинной установке КПД составляет 35%, при проведении же за счёт тепла отходящих газов испарения и каталитической конверсии метанола и сжигания смеси СО+Н 2 КПД возрастает до 41,30%, а при проведении паровой конверсии и сжигания полученного водорода – до 41,9%.

Гидридная система хранения водорода

В случае хранения водорода в гидридной форме отпадает необходимость в громоздких и тяжёлых баллонах, требуемых при хранении газообразного водорода в сжатом виде, или сложных в изготовлении и дорогих сосудов для хранения жидкого водорода. При хранении водорода в виде гидридов объём системы уменьшается примерно в 3 раза по сравнению с объёмом хранения в баллонах. Упрощается транспортирование водорода. Отпадают расходы на конверсию и сжижение водорода.

Водород из гидридов металлов можно получить по двум реакциям: гидролиза и диссоциации.

Методом гидролиза можно получать вдвое больше водорода, чем его находится в гидриде. Однако этот процесс практически необратим. Метод получения водорода термической диссоциацией гидрида даёт возможность создать аккумуляторы водорода, для которых незначительное изменение температуры и давления в системе вызывает существенное изменение равновесия реакции образования гидрида.

Стационарные устройства для хранения водорода в форме гидридов не имеет строгих ограничений по массе и объёму, поэтому лимитирующим фактором выбора того или иного гидрида буде, по всей вероятности, его стоимость. Для некоторых направлений использования может оказаться полезным гидрид ванадия, поскольку он хорошо диссоциирует при температуре, близкой в 270 К. Гидрид магния является относительно недорогим, но имеет сравнительно высокую температуру диссоциации 560 – 570 К и высокую теплоту образования. Железо-титановый сплав сравнительно недорог, а гидрид его диссоциирует при температурах 320 – 370 К с низкой теплотой образования. Использование гидридов имеет значительные преимущества в отношении техники безопасности. Повреждённый сосуд с гидридом водорода представляет значительно меньшую опасность, чем повреждённый жидководородный танк или сосуд высокого давления, заполненный водородом.

В настоящий момент в Институте проблем химической физики РАН в Черноголовке ведутся работы по созданию аккумуляторов водорода на основе гидридов металла.

Список используемой литературы :

1. Справочник. “Водород. Свойства, получение, хранение, транспортирование, применение”. Москва “Химия” - 1989 г.

2. “Обзор методов хранения водорода”. Институт проблем материаловедения НАН Украины. http://shp.by.ru/sci/fullerene/rorums/ichms/2003/

СПОСОБЫ КРУПНОМАСШТАБНОГО ПРОИЗВОДСТВА ВОДОРОДА

По мнению многих ученых, наиболее перспективным и универсальным энергоносителем и топливом будущего может служить водород. Неоспоримым преимуществом водорода перед другими видами топлива служит то, что: 1) сырьем для производства водорода является вода и, следовательно, его ресурсы практически неограничены и возобновляемы, так как при горении водород снова превращается в воду; 2) водород - идеальное горючее с экологической точки зрения; единственным продуктом его сжигания является вода; 3) водород - уникальное сырье химической промышленности, металлургии, нефтепереработки, в том числе для таких крупнотоннажных производств, как синтез аммиака и метанола, для которых водород - основной исходный реагент; 4) молекулярный водород обладает высокой теплотой сгорания, равной 125,5 МДж/кг, почти в 4 раза большей, чем углерод (32,8 МДж/кг); 1 кг водорода содержит также в 3 раза больше энергии, чем 1 кг высококачественного бензина (40,3 МДж/кг); 5) водород можно транспортировать на любое расстояние, используя существующую систему газопроводов; при этом благодаря низкой плотности и вязкости водорода можно повысить объем транспортируемого газа в тех же газопроводах; 6) водород можно хранить в сжиженном виде либо аккумулировать в виде гидридов; 7) применение водорода в существующих авиационных и автомобильных двигателях не требует их существенного изменения. То же относится к применению водорода в бытовых отопительных установках и приборах. Однако производство водорода существующими методами обходится дорого и его применение в качестве транспортного и энергетического топлива пока не экономично. Поэтому разрабатывают принципиально новые способы крупномасштабного производства водорода.

При широком применении водорода как энергоносителя и топлива могут возникнуть осложнения, а именно: 1) плотность водорода в 8 раз меньше плотности природного газа и поэтому его объемная теплоемкость в 3,3 раза ниже. Это основное препятствие для применения чистого водорода в транспортных двигателях. В существующих гидридах доля водорода пока не более 2% от массы гидрида. Разрабатывают гидриды с повышенным содержанием водорода, а также приемы транспортировки, хранения и применения жидкого водорода в автомобильных, авиационных и ракетных двигателях; 2) температура сжижения водорода при атмосферном давлении (-253°С) ниже, чем природного газа (метан - 165°С). При хранении в жидком виде может происходить значительная утечка водорода. Но испарение жидкого водорода можно резко снизить, применяя многослойную изоляцию стен хранилищ и трубопроводов.

Поскольку стоимость водорода пока много выше, чем нефтепродуктов, его внедрение взамен нефтепродуктов начато с добавок к автомобильному топливу. Установлено, что добавка водорода в количестве 5-10% к основному топливу в значительной мере снижает вредные выбросы автотранспорта, одновременно повышая экономичность и устойчивость работы двигателей; экономия горючего достигает 40%. Сейчас во многих странах предусмотрены добавки водорода и метанола в автомобильный бензин для снижения потребления нефтепродуктов и токсичности выбросов. Метанол - одно из производных водорода - получают из синтез-газа.

В химической промышленности водород давно используется и последует лишь расширение масштабов его применения. Сейчас водород широко применяют для получения азотоводородной смеси (синтез аммиака), для процессов ароматизации, риформинга, гидрокрекинга, гидрирования нефтепродуктов, гидрогенезации и гидрогазификации углей и ряда других восстановительных процессов в промышленности.

В настоящее время основные промышленные способы производства водорода следующие: 1) конверсия метана природного газа с последующей конверсией полученного оксида углерода (СО); 2) конверсия СО водяного или смешанного генераторного газа газификации твердого топлива; 3) конверсия газа полукоксования бурых углей; 4) разделение коксового газа путем последовательной конденсации всех компонентов, кроме водорода; 5) электролиз воды или водных растворов хлорида натрия.

Методы конверсии летучих продуктов полукоксования и генераторных газов аналогичны методу конверсии метана природного газа, который рассмотрен ниже.

Каталитическая конверсия метана природного газа с водяным паром служит ведущим методом производства водорода. Первичный продукт конверсии метана - это синтез-газ, который кроме производства водорода используется для получения метанола, высших спиртов, синтетического бензина, синтетической олифы, моющих средств и др. Конверсию метана с водяным паром предполагается применять также для получения восстановительных газов (того же состава, что и синтез-газ) с целью прямого восстановления железа из руд. Сущность метода конверсии заключается в окислении метана и его гомологов водяным паром, кислородом или диоксидом углерода по реакциям:

СН 4 + Н 2 О D СО + 3Н 2 , DН = +206 кДж (а)

СН 4 +0,5О 2 D СО+2Н 2 , DН = – 35 кДж (б)

СН 4 + CO 2 D 2CO + 2Н 2 , DН = +248 кДж (в)

Реакции гомологов метана протекают аналогично, например:
С n Н 2 n +2 + nН 2 О D nСО + (2n – 1) Н 2

Вторичная реакция конверсии оксида углерода с водяным паром протекает по уравнению

СО + Н 2 О D СО 2 + Н 2 , DН = – 41 кДж (г)

Суммарно конверсия метана с водяным паром происходит с поглощением теплоты:

СН 4 + 2Н 2 О D СО 2 + 4Н 2 , DН = +165 кДж

В промышленности применяют каталитическую конверсию метана при атмосферном или повышенном давлении, некаталитическую высокотемпературную конверсию и термоокислительный пиролиз метана. Применение катализаторов увеличивает скорость процесса и позволяет понизить его температуру, поэтому доминирует каталитическая конверсия метана. Равновесная степень превращения и остаточное содержание метана в газовой смеси зависят от температуры, давления и соотношения исходных реагентов пар: газ. При 800 - 1000°С значения констант равновесия реакций (а) и (б) составляют 1,4×10 4 и 1,6×10 11 соответственно и остаточное содержание метана мало. Но скорость достижения равновесия без катализатора при этих температурах еще невелика. Для каталитической конверсии метана применяют никелевый катализатор на носителе - оксиде алюминия, на котором равновесие быстро достигается при 800°С и высоких объемных скоростях парогазовой смеси. Несмотря на то, что с увеличением давления содержание метана в равновесном газе повышается, конверсию метана проводят обычно под давлением, чтобы повысить скорость реакции, уменьшить объем аппаратуры и газопроводов. При этом используется естественное давление природного газа, с которым он подается на завод (1-4 МПа).

Продуктом конверсии метана и его гомологов является синтез-газ, содержащий 10-15% СО (по объему); для получения водорода или азотоводородной смеси требуется дополнительная операция конверсии оксида углерода.

Конверсия оксида углерода с водяным паром протекает по обратимой экзотермической реакции (г) без изменения объема. Поэтому повышение давления увеличивает скорость процесса, не влияя на равновесный выход водорода. Повышение температуры смещает равновесие в сторону исходных продуктов (рис. 1), но при низких температурах мала скорость реакции даже в присутствии катализаторов.

Увеличение содержания водяного пара в исходной смеси повышает равновесный выход водорода Для конверсии оксида углерода применяют железохромовый и цинкхромомедный катализаторы. Железохромовый, промотированный оксидами алюминия, калия и кальция, представляет собой высокотемпературный катализатор, обеспечивающий достаточную скорость конверсии СО только при 450-500°С, когда в конвертированном газе остается не менее 2-4% непревращенного СО. На этом катализаторе проводится первая ступень конверсии. Вторая ступень конверсии осуществляется на низкотемпературном цинк-хромомедном катализаторе до остаточного содержания СО - 0,2–0,4%. Низкотемпературный катализатор несколько более чувствителен к серосодержащим соединениям, чем железохромовый. Теплота реакции используется после первой ступени конверсии для выработки пара в котле-утилизаторе, в результате чего перед второй ступенью катализа температура газа понижается. Конвертированный газ направляется на очистку от СО 2 , непревращенного СО и серосодержащих соединений. После удаления примесей газ представляет собой водород (если конверсия метана проводилась в отсутствие воздуха) либо азотоводородную смесь для синтеза аммиака.

На рис. 2 приведена принципиальная технологическая схема двухступенчатой конверсии метана природного газа.

Природный газ под давлением около 4 МПа проходит подогреватель и очистку от серосодержащих соединений каталитическим гидрированием их в сероводород с последующей адсорбцией H 2 S. Очищенный природный газ смешивают с водяным паром в соотношении пар:газ = 3,7:1, подогревают в теплообменнике ~до 380°С и подают на первую ступень конверсии в трубчатый каталитический реактор; конверсия метана с водяным паром по реакции (а) происходит при 800-850°С в трубках с никелевым катализатором, обогреваемых газами, которые образуются при сжигании части природного газа в топке реактора.

После первой ступени конверсии газ, содержащий 9-10% СН 4 , смешивают с воздухом и подают на вторую ступень - парокислородную в каталитический реактор шахтного типа. Соотношение пар:газ на второй ступени конверсии составляет 0,8:1, температура 900-1000°С поддерживается за счет теплоты экзотермической реакции (б). Теплота конвертированного газа, выходящего из шахтного реактора, используется в котле-утилизаторе, где вырабатывается пар высоких параметров (10 МПа, 480°С). Для получения азотоводородной смеси синтез-газ, полученный при конверсии метана, передается на двухступенчатую конверсию оксида углерода (см. реакцию (г)) сперва в реактор-конвертор с железохромовым катализатором, затем в котел-утилизатор и далее в конвертор с низкотемпературным цинкхромомедным катализатором. Конвертированный газ подвергают очистке от СО 2 , СО и О 2 . В последнее время разработаны варианты включения ядерного реактора в схему конверсии метана для снабжения теплотой реакцию (а), протекающую в трубчатом каталитическом реакторе, взамен сжигания природного газа. С этой целью в межтрубное пространство реактора направляют теплоноситель (гелий), нагретый в ядерном реакторе до ~900°С. Теплота гелия, выходящего из трубчатого реактора при ~700°С, используется далее в газовых турбинах, а также для подогрева исходной парогазовой смеси до 500°С и для получения водяного пара.

Конверсия других углеводородных газов - полукоксования или газификации твердого топлива с целью получения водорода имеет те же теоретические основы и аналогичное аппаратурное оформление.

Разделение коксового газа глубоким охлаждением служит методом получения водорода или азотоводородной смеси для синтеза аммиака. Попутно выделяют этиленовую и метановую фракции, а также фракцию оксида углерода. Эти побочные продукты являются ценным сырьем органического синтеза. Методом глубокого охлаждения можно перевести в жидкое состояние все компоненты коксового газа, кроме водорода.

Перед низкотемпературным разделением коксовый газ подвергают глубокой очистке от высококипящих примесей (Н 2 О, С 6 Н 6 , H 2 S, СО 2 , NО х), которые при низких температурах кристаллизуются, блокируя поверхности теплообмена, а также могут образовывать взрывоопасные комплексы (NO х). Разделение коксового газа осуществляется под давлением около 1,3 МПа путем последовательного, многоступенчатого охлаждения с использованием холода выделенных фракций. В результате разделения коксового газа можно получить водород с концентрацией до 97%.

Для перспективных планов широкого применения водорода в промышленных и энергетических целях планируется его крупно-масштабное производство из воды - самого дешевого сырья, запасы которого неограниченны. Существующие и разрабатываемые методы производства водорода из воды делятся на три группы: 1) электролиз воды; 2) термохимические методы и 3) комбинированные термо- и электрохимические методы.

Электролиз - наиболее освоенный метод производства водорода из воды, в настоящее время он используется в небольших масштабах при наличии дешевой электроэнергии.

Термохимический метод получения водорода основан
на разложении воды с помощью тепловой энергии, которую предполагается получать от атомных реакторов с гелиевым охлаждением, используя теплоту газового теплоносителя на выходе из реактора. Непосредственное разложение воды по реакции

2Н 2 О D 2Н 2 + О 2

неосуществимо, так как при необходимой для этого высокой температуре (около 1000°С) константа равновесия реакции составляет всего 1,48×10 –6 , что соответствует парциальному давлению Н 2 и О 2 в реакционной смеси порядка 10 –1 Па. Реализация процесса возможна заменой реакции прямого разложения воды термохимическим циклом, состоящим из нескольких реакций, для каждой из которых значения константы равновесия были бы приемлемы для практики. Разработано и предложено множество термохимических циклов для разложения воды при температурах, доступных с точки зрения использования теплоты охлаждающих газов ядерных реакторов. В большинстве предложенных циклов промежуточные вещества имеют высокое сродство либо к водороду, либо к кислороду - это галогены, элементы VI группы (сера), металлы II группы (Mg, Ba, Са) и переходные элементы с переменной степенью окисления (V, Fe). Ниже приведен один из примеров термохимического цикла реакций, ведущих к разложению веды на Н 2 и О 2:

Hg (г) + 2НВг (г) D HgBr 2 (ж) + Н 2 (г)

HgBr 2 (ж) + Са (ОН) 2 (р) = СаВг 2 (р) + HgO (т) + Н 2 О (ж)

HgO (т) = Hg (т) + 1/2О 2 (г)

СаВг 2 (р) + 2Н 2 О (ж) = Са (ОН) 2 (р)+ 2НВг (г)

Весь термохимический процесс разложения воды представляет собой замкнутый цикл, так как все исходные реагенты отделяются от продуктов реакции и возвращаются в цикл, за исключением воды, расходуемой на образование Н 2 и О 2 . Максимальная температура реакций не превышает 700°С и может быть обеспечена теплоносителем на выходе из атомного реактора на уровне 800- 900°С.

В настоящее время ни один из предложенных термохимических циклов еще не реализован в промышленности и значение КПД циклов, а также расчеты затрат на получение водорода этим методом пока не определены.

Комбинированный метод производства водорода заключается в комбинировании термо- и электрохимических стадий процесса. Ожидаемые преимущества комбинированного метода состоят в том, что могут быть использованы достоинства каждого из рассмотренных способов: электрохимический хорошо освоен, имеет простое аппаратурное оформление, а термохимический более экономичен, но мало освоен и включает стадии, трудные для промышленного осуществления. Примером может служить сернокислотный комбинированный цикл получения водорода и кислорода из воды. Это двухступенчатый процесс: первая стадия - эндотермическая реакция, осуществляемая при 900°С:

H 2 SO 4 = Н 2 О + SO 2 + 1/2O 2

Вторая – низкотемпературный электрохимический стадия процесс:

2Н 2 О + SO 2 + 2е – = H 2 SO 4 + H 2

Реакция может быть реализована только электролизом, так как ее константа равновесия и теоретический выход водорода чрезвычайно малы.

Теоретическое напряжение, требуемое для данной реакции, при 25°С меньше, чем для прямого электролиза воды, и составляет 0,17 В (для электролиза воды (1,23 В) Расчетные затраты для комбинированной установки меньше, чем для электролиза воды. Суммарный КПД процесса должен составить около 35-37%. По мнению специалистов комбинирование термохимических и электрохимических стадий - наиболее перспективное направление крупномасштабного производства водорода из воды.

Уважаемые читатели! Кто-нибудь из вас хоть раз в жизни видел молекулу водорода? Или может быть атомарный водород? Или возможно протон Н+? Признаюсь, я видела водород только пару раз в жизни, когда на лабораторных работах по химии мы бросали цинк в соляную кислоту и наблюдали бурное выделение пузырьков газа. Это было занимательно, но тогда мы не задумывались, что этот выделяющийся газ можно собирать, хранить и использовать как топливо.

На сегодняшний день реализованы различные методы хранения водорода:
Физические:
Сжатый газообразный водород в газовых баллонах; стационарные массивные системы хранения, включая подземные резервуары; хранение в трубопроводах; хранение в стеклянных микросферах.
Жидкий водород в стационарных и транспортных криогенных контейнерах.

Химические:
Адсорбционный: цеолиты и родственные соединения; активированный уголь; углеводородные наноматериалы.
Абсорбция в объёме материала - металлогидриды;
Химическое взаимодействие: алонаты; фуллерены и органические гидриды; аммиак; губчатое железо; водореагирующие сплавы на основе алюминия и кремния.

Хранение газообразного водорода

Это не является более сложной проблемой, чем хранение природного газа. На практике для этого применяют газгольдеры, естественные подземные резервуары, хранилища, созданные подземными атомными взрывами. Доказана принципиальная возможность хранения газообразного водорода в соляных кавернах, создаваемых путём растворения соли водой через буровые скважины.

Для хранения газообразного водорода при давлении до 100 МПа используют сварные сосуды с двух- или многослойными стенками. Внутренняя стенка такого сосуда выполнена из аустенитной нержавеющей стали или другого материала, совместимого с водородом в условиях высокого давления, внешние слои – из высокопрочных сталей. Для этих целей применяют и бесшовные толстостенные сосуды из низкоуглеродистых сталей, расчитанных на давление до 40 – 70 МПа.

Газообразный водород возможно хранить и перевозить в стальных сосудах под давлением до 20 МПа. Такие ёмкости можно подвозить к месту потребления на автомобильных или железнодорожных платформах, как в стандартной таре, так и в специально сконструированных контейнерах.

Баллоны для хранения водорода достаточно просты и компактны. Однако для хранения 1 кг водорода требуются болоны массой 33 кг. Прогресс в материаловедении даёт возможность снизить массу материала баллона до 20 кг на 1 кг водорода, а в дальнейшем возможно снижение до 8 – 10 кг. Пока масса водорода при хранении его в баллонах составляет примерно 2 – 3% от массы самого баллона.

Большие количества водорода можно хранить в крупных газгольдерах под давлением. Газгольдеры обычно изготовляют из углеродистой стали. Рабочее давление в них обычно не превышает 10 МПа. Вследствие малой плотности газообразного водорода хранить его в таких ёмкостях выгодно лишь в сравнительно небольших количествах. Повышение же давление сверх указанного, например, до сотен МПа, во-первых, вызывает трудности, связанные с водородной коррозией углеродистых сталей, и, во-вторых, приводит к существенному удорожанию подобных ёмкостей.

Для хранения очень больших количеств водорода экономически эффективным является способ хранения в истощённых газовых и водоносных пластах. В США насчитывается более 300 подземных хранилищ газа.

Хранение жидкого водорода

Чтобы не допустить местных перегревов, сосуды, которые заполняют жидким водородом, следует предварительно охладить до температуры, близкой к точке кипения водорода, только после этого можно заполнять их жидким водородом. Для этого через систему пропускают охлаждающий газ, что связано с большими расходами водорода на захолаживание ёмкости.

К резервуарам для хранения жидкого водорода предъявляют ряд требований:
- конструкция резервуара должна обеспечивать прочность и надёжность в работе, длительную безопасную эксплуатацию;
- расход жидкого водорода на предварительное охлаждение хранилища перед его заполнением жидким водородом должен быть минимальным;
- резервуар для хранения должен быть снабжён средствами для быстрого заполнения жидким водородом и быстрой выдачи хранимого продукта.

Жидкий водород в больших количествах хранят в специальных хранилищах объёмом до 5 тыс. м3. Крупное шарообразное хранилище для жидкого водорода объёмом 2850 м3 имеет внутренний диаметр алюминиевой сферы 17,4 м3.

Хранение и транспортирование водорода в химически связанном состоянии.

Водород из метанола может быть получен по двум схемам: либо методом каталитического разложения:
СН3ОН = СО + 2 Н2 – 90 кДж
с последующей каталитической конверсией СО, либо каталитической паровой конверсии в одну стадию:
Н2О + СН3ОН = СО2 + 3 Н2 – 49 кДж.

Гидридная система хранения водорода

Стационарные устройства для хранения водорода в форме гидридов не имеет строгих ограничений по массе и объёму, поэтому лимитирующим фактором выбора того или иного гидрида будет, по всей вероятности, его стоимость. Для некоторых направлений использования может оказаться полезным гидрид ванадия, поскольку он хорошо диссоциирует при температуре, близкой в 270 К. Гидрид магния является относительно недорогим, но имеет сравнительно высокую температуру диссоциации 560 – 570 К и высокую теплоту образования. Железо-титановый сплав сравнительно недорог, а гидрид его диссоциирует при температурах 320 – 370 К с низкой теплотой образования. Использование гидридов имеет значительные преимущества в отношении техники безопасности. Повреждённый сосуд с гидридом водорода представляет значительно меньшую опасность, чем повреждённый жидководородный танк или сосуд высокого давления, заполненный водородом.

Наиболее перспективным веществом для хранения водорода является боргидрид лития LiBH4. Это вещество способно удерживать до 18% водорода по массе. Существенным недостатком этого соединения является высокая температура (300 С) при которой боргидрид разлагается и высвобождает водород.

Другие материалы для хранения водорода

Материалы для хранения водорода - достаточно интересная и многообещающая тема в современном мире. Именно поэтому многие ученые работают в этом направлении. Если просмотреть много-много статей за последние пять-шесть лет, то можно найти различные варианты разработанных металлогидридных, полимерных или углеродных композитных материалов для хранения водорода.

Надо признать, что углеродные материалы прочно укрепились в этой области как приоритетные. Это и нанортубки, и графен, и фуллерены. Попадаются среди них и специфические,вроде карбонизированных волокон куриных перьев.

Идея ученых заключается в том, что структура кератина (белка, из которого в основном состоят волокна куриных перьев) при процедуре карбонизации становится гораздо более пористой, чем в обычном состоянии, и белок становится способным поглощать и удерживать большое количество водорода.

Авторы посчитали, что применение карбонизированных волокон куриных перьев более эффективно в хранении водорода, чем углеродные нанотрубки или гидриды металлов.
К тому же куриные перья – дешевый материал.

Замечательно!

Мы разобрали все возможные на сегодняшний день варианты хранения водорода. А для чего же его хранить, да еще и в больших количествах? Конечно, для использования в топливных элементах.

Топливные элементы являются аналогами существующих аккумуляторов в том смысле, что в обоих случаях электрическая энергия получается из химической. Но есть и принципиальные отличия:

Они работают только пока топливо и окислитель поступают от внешнего источника (т.е. они не могут накапливать электрическую энергию).

Химический состав электролита в процессе работы не изменяется (топливный элемент не нуждается в перезарядке).

Они полностью не зависимы от электричества (в то время как обычные аккумуляторы запасают энергию из электросети).

У топливных элементов нет жёсткого ограничения на КПД, как у тепловых машин (КПД цикла Карно является максимально возможным КПД среди всех тепловых машин с такими же минимальной и максимальной температурами).

Высокий КПД достигается благодаря прямому превращению энергии топлива в электроэнергию. У существующих топливных элементов КПД составляет 60-80%.

КПД почти не зависит от коэффициента загрузки.

ёмкость в несколько раз выше, чем в существующих аккумуляторах.

Полное отсутствие экологически вредных выбросов. Выделяется только чистый водяной пар и тепловая энергия (в отличие от дизельных генераторов, имеющих загрязняющие окружающую среду выхлопы и требующих их отвода).

Проблемы топливных элементов

Главная проблема топливных элементов связана с необходимостью наличия “упакованного” водорода, который можно было бы свободно приобрести. Очевидно, проблема должна решиться со временем, но пока ситуация вызывает легкую улыбку: что первично - курица или яйцо? Топливные элементы ещё не настолько развиты, чтобы строить водородные заводы, но их прогресс немыслим без этих заводов. Здесь же отметим проблему источника водорода. На настоящий момент водород получают из природного газа, но повышение стоимости энергоносителей повысит и цену водорода. При этом в водороде из природного газа неизбежно присутствие CO и H2S (сероводород), которые отравляют катализатор.

Распространенные платиновые катализаторы используют очень дорогой и невосполнимый в природе металл - платину. Однако данную проблему планируется решить использованием катализаторов на основе ферментов, являющихся дешевым и легкопроизводимым веществом.

Проблемой является и выделяющееся тепло. Эффективность резко возрастет, если генерируемое тепло направить в полезное русло - производить тепловую энергию для системы теплоснабжения, использовать в качестве бросового тепла в абсорбционных холодильных машинах и т.п.

Кому это надо?

Все потребители водорода условно разделяются на три большие группы. К первой относятся те, которые используют для производства конечного продукта природные топлива, производят из них водород и применяют его на месте в цикле наряду с побочным производством других продуктов. Целесообразность замены привычных производственных технологий определяется при сравнении конечных затрат.

Вторую группу составляют потребители товарного водорода. В связи с переходом на безотходную переработку нефти возможно значительное увеличение потребности в товарном водороде.

В третью группу входят новые возможные потребители водорода: автотранспорт, авиация, пиковые электростанции, автономные энергосистемы, установки прямого восстановления металлов из руд и т. п. В далекой перспективе эта третья категория потребителей может стать основной.

Жидкий водород - одно из агрегатных состояний водорода. Выделяют еще газообразное и твердое состояние этого элемента. И если газообразная форма хорошо знакома многим, то остальные два крайних состояния вызывают вопросы.

История

Жидкий водород был получен только в тридцатых годах прошлого века, но до этого химия прошла долгий путь по освоению такого способа хранения газов и применения.

Искусственное охлаждение экспериментально начали применять в середине восемнадцатого века в Англии. В 1984 году получили сжиженный диоксид серы и аммиак. На основе этих исследований через двадцать лет был разработан первый холодильник, а еще через тридцать лет Перкинс оформил официальный патент на свое изобретение. В 1851 году по другую сторону Атлантического океана Джон Гори заявил о правах на создание кондиционера.

До водорода дело дошло только в 1885 году, когда поляк Вроблевский анонсировал в своей статье тот факт, что этого элемента равна 23 Кельвинам, пик температуры - 33 Кельвинам, а равно 13 атмосферам. После этого заявления создать жидкий водород попытался Джеймс Дьюар в конце 19-го века, но стабильной субстанции у него не получилось.

Физические свойства

Данное характеризуется очень низкой плотностью вещества - сотые доли граммов на кубический сантиметр. Это дает возможность использовать относительно маленькие емкости, чтобы хранить жидкий водород. Температура кипения равна всего 20 Кельвинам (-252 по Цельсию), а замерзает эта субстанция уже при 14 Кельвинах.

Жидкость не имеет запаха, цвета и вкуса. Смешивание ее с кислородом может привести к взрыву в половине случаев. При достижении температуры кипения водород переходит в газообразное состояние, и его объем увеличивается в 850 раз.

После сжижения водород помещается в изолированные контейнеры, в которых поддерживается низкое давление и температура в промежутке от 15 до 19 Кельвинов.

Распространенность водорода

Жидкий водород производится искусственно и в естественной среде не встречается. Если не брать в расчет агрегатные состояния, то водород - самый распространенный элемент не только на планете Земля, но и во Вселенной. Из него состоят звезды (в том числе и наше Солнце), им заполнено пространство между ними. Водород принимает участие в реакциях термоядерного синтеза, а также может образовывать облака.

В земной коре этот элемент занимает всего лишь около процента от всего количества вещества. Его роль в нашей экосистеме можно оценить по тому факту, что число атомов водорода по количеству уступает только кислороду. На нашей планете практически все запасы Н 2 находятся в связанном состоянии. Водород - составная часть всех живых существ.

Использование

Жидкий водород (температура по Цельсию -252 градуса) используется в виде формы для хранения бензина и других производных нефтепереработки. Кроме того, в данный момент создаются концепции транспорта, который смог бы использовать сжиженный водород как топливо вместо природного газа. Это позволило бы сократить затраты на добычу ценных ископаемых и снизить выбросы в атмосферу. Но пока оптимальной конструкции двигателя так и не было найдено.

Жидкий водород активно используется физиками как охладитель в их экспериментах с нейтронами. Так как масса элементарной частицы и ядра водорода практически равны, обмен энергией между ними является весьма эффективным.

Преимущества и препятствия

Жидкий водород дает возможность замедлить нагревание атмосферы и уменьшить количество парниковых газов, если применять его в качестве топлива для автомобилей. При его взаимодействии с воздухом (после прохождения через двигатель внутреннего сгорания) будет образовываться вода и незначительно количество оксида азота.

Однако у этой идеи есть и свои трудности, например, способ хранения и транспортировки газа, а также повышенная опасность воспламенения или даже взрыва. Даже при условии соблюдения всех мер предосторожности предотвратить испарение водорода не удается.

Ракетное топливо

Жидкий водород (температура хранения до 20 Кельвинов) является одним из компонентов У него есть несколько функций:

Охлаждение элементов двигателя и защита сопла от перегрева.
Обеспечение тяги после смешивания с кислородом и нагревания.

Современные работают на комбинации водород-кислород. Это помогает достичь нужной скорости для преодоления притяжения земли и при этом сохранить все части летательных аппаратов, не подвергая их действию чрезмерных температур.

На данный момент существует только одна ракета, которая полностью использует водород в качестве топлива. В большинстве случаев жидкий водород необходим для отделения верхних ступеней ракет или в тех аппаратах, которые большую часть работы проведут в вакууме. От исследователей поступали предложения использовать наполовину замороженную форму этого элемента, чтобы повысить его плотность.

Температура кипения жидкого водорода. Жидкий водород: свойства и применение

Физические свойства

Получение водорода

Биологическая роль водорода

СПОСОБЫ КРУПНОМАСШТАБНОГО ПРОИЗВОДСТВА ВОДОРОДА

История

Физические свойства

Распространенность водорода

Использование

Преимущества и препятствия

Ракетное топливо