Лекция: Водородная энергетика
Водородная энергетика это необходимость человечества
С 1900 по 2000 г. потребление энергии
в мире увеличилось почти в 15 раз.
В качестве первичных источников используются
нефтепродукты (34.9%),
уголь (23.5%),
природный газ (21.1%),
ядерное топливо (6.8%)
возобновляемые источники - ветер, солнце, гидро- и биотопливо (13.7%).
За 50 лет выбросы углекислого газа в атмосферу возросли в 4.5 раза.
Это тот самый углекислый газ который, вызывает парниковый эффект.
Возникает дилемма: без энергии нельзя сохранить нашу цивилизацию,
однако существующие методы производства энергии
и высокие темпы роста ее потребления приводят
к разрушению окружающей среды.
Вторая проблема состоит в том,
что существующие источники энергии ограничены.
Считается, что нефти и газа хватит не более чем на 100 лет,
угля - примерно на 400 лет, ядерного топлива - на 1000 лет с лишним.
Наша главная надежда - на водородную энергетику:
использование водорода как основного энергоносителя
и топливных элементов как генераторов электроэнергии.
Одновременно резко сократится потребление ископаемых топлив,
потому что водород можно получать из воды,
разлагая ее на водород и кислород.
Энергию для этого будут давать ядерная энергетика и возобновляемые источники.
Водородная энергетика – это будущее энергетики.
В основе водородной энергетики лежат окислительно-восстановительные процессы в топливных элементах,
которые сродни с гальваническими элементами.
Гальванический элемент Даниэля − Якоби
Гальванический элемент Даниэля – Якоби состоит из медной пластины, погруженной в раствор CuSO4,
и цинковой пластины, погруженной в раствор ZnSO4.
Для предотвращения прямого взаимодействия окислителя и восстановителя электроды отделяют друг от друга пористой перегородкой.
Рассмотрим процессы, протекающие при погружении металла
в раствор собственных ионов.
В узлах решетки металла расположены
положительно заряженные атомные остовы (ионы),
находящиеся в равновесии со свободными электронами.
При погружении металла в раствор,
начинается взаимодействие поверхностных ионов металла с полярными молекулами воды, ориентированными у поверхности электрода,
в результате происходит окисление металла
и его гидратированные ионы переходят в раствор,
оставляя в металле электроны.
М
еталл
становится заряженным отрицательно, а
раствор − положительно. Положительно
заряженные ионы из раствора притягиваются
к отрицательно заряженной поверхности
металла. На границе “металл − раствор”
возникает двойной электрический слой.
Между металлом и раствором возникает
разность потенциалов, которая называется
потенциалом электрода.
На поверхности медной пластины также образуется
двойной электрический слой,
поэтому возникает электродный потенциал меди.
Потенциал цинкового электрода имеет более отрицательное значение,
чем потенциал медного электрода,
поэтому при замыкании внешней цепи
электроны будут переходить от цинка к меди.
В то же время равновесие на медном электроде
сместится влево и произойдет дополнительный разряд ионов меди.
Таким образом, при замыкании внешней цепи протекают
процессы растворения цинка на цинковом электроде
и выделения меди на медном электроде.
Итак, при работе гальванического элемента Даниэля – Якоби
протекают следующие процессы: