А. Н. КартАшевич в. С. товСтыка а в. ГордееНКо топливо, СмАзочНые мАтериАлы
 Скачать 2.39 Mb.
|
Методы получения водорода и перспективы его использования в автомобиляхВ настоящее время существует много различных методов по- лучения водорода [50]: электрохимический метод (электролиз воды, каталитиче- ская конверсия природного газа и др.); получение водорода в термохимических циклах (термохими- ческое разложение воды на водород и кислород, термохимическое разложение йодата калия); комбинированные методы; фотокаталитические методы; получение водорода из сероводорода; получение водорода из углеводородного сырья (метод паро- вой конверсии, метод каталитической конверсии легкого углево- дородного сырья и газификации тяжелых нефтяных остатков, плазменный риформинг); одноступенчатые методы разложения воды на водород и кислород. Для промышленного получения водорода основными видами сырья являются природные горючие газы, коксовый газ и газы не- фтепереработки, а также продукты газификации твердых и жид- ких топлив (главным образом угля). Важнейшими способами про- изводства водорода из природного газа являются каталитическое взаимодействие углеводородов, главным образом метана, с водя- ным паром (конверсия): CH4 H2O CO 3H2 (2.28) и неполное окисление углеводородов кислородом: CH4 0,5O2 CO 2H2. (2.29) Образующаяся окись углерода также подвергается конверсии: CO H2O CO2 H2. (2.30) Водород, добываемый из природного газа, самый дешевый. Очень распространен способ производства водорода из водяного и паровоздушного газов, получаемых газификацией угля. Получение водорода электролизом воды в настоящее время — процесс чрезвычайно дорогой. Однако в этом направлении ведутся постоянные исследования. Например, процесс разложения воды, используемый при производстве водорода, может быть ускорен за счет уникальных каталитических свойств углеродных нанотрубок. Кроме того, следует учитывать способ получения электроэнергии, необходимой для электролиза воды. Если электроэнергия выраба- тывается на электростанциях, использующих в качестве топлива природный газ или уголь, то экологичность применения водорода в качестве моторного топлива во многом теряет свои преимуще- ства. Логичнее в качестве источника энергии для получения водо- рода использовать возобновляемый источник. Таким источником может быть энергия ветра, солнца и т.п. Мощности по производству водорода в мире оцениваются в 40 млн т в год. Практически весь вырабатываемый в настоящее время водород используется в различных процессах нефтеперера- ботки и нефтехимии. Водород (лат. hydrogenium), Н — химический элемент, первый по порядковому номеру в периодической системе Менделеева; атомная масса его составляет 1,00797. При обычных условиях во- дород — газ; не имеет цвета, запаха и вкуса. Водород — легчайшее из всех известных веществ (в 14,4 раза легче воздуха), плотность его составляет 0,0899 г/л при 0 С и 1 атм. Водород кипит (сжи- жается) и плавится (затвердевает) соответственно при –252,6 С и –259,1 С (только гелий имеет более низкие температуры плав- ления и кипения). Удельная теплоемкость водорода при 0 С и 1 атм равна 14,208 кДж/(кг · К). Водород малорастворим в воде (0,0182 мл/г при 20 С и 1 атм), но хорошо — во многих металлах (Ni, Pt, Pd и др.), особенно в палладии (850 объемов Н на 1 объем Pd). Жидкий водород очень легок, его плотность при –253 С рав- на 0,0708 г/см3. Один из путей постепенного внедрения водорода на автотран- спорте — применение двухтопливного двигателя внутреннего сго- рания (водород — бензин, водород — метан). Перспективность применения водорода для автомобильных двигателей определяется прежде всего экологической чистотой, неограниченностью и возобновляемостью сырьевых запасов, от- носительно низкими затратами на транспортировку и, наконец, уникальными моторными свойствами, что открывает возможно- сти его широкого применения как в современных автомобильных двигателях без их коренной перестройки, так и в принципиально новых транспортных энергоустановках с прямым преобразовани- ем энергии типа электрохимических генераторов тока. Использование водорода в качестве топлива для автомобиль- ных двигателей связано с довольно обширным кругом вопросов: разработка наиболее эффективных способов преобразования химической энергии водорода в энергию движения автомобиля; разработка безопасных и эффективных способов хранения водорода на борту автомобиля; решение ряда самостоятельных вопросов, прямо не связан- ных с автомобилями, но без учета которых идея перехода на водо- род неосуществима. Это проблемы получения водорода в необхо- димых количествах, его транспортировки и хранения, создания инфраструктуры, обеспечивающей эксплуатацию автомобильного транспорта на водороде. Использование водорода в качестве моторного топлива для ав- томобилей может осуществляться путем применения: самого водорода; водорода совместно с традиционными нефтяными топливами; водорода как топлива в топливных элементах. |