เซลล์พายุฝนฟ้าคะนอง พายุฝนฟ้าคะนองเชิงเส้นหลายเซลล์ (เส้นพายุ)
ชื่อนักประดิษฐ์:
เออร์มาคอฟ วิคเตอร์ กริกอรีวิช
ชื่อเจ้าของสิทธิบัตร:
เออร์มาคอฟ วิคเตอร์ กริกอรีวิช
ที่อยู่ที่ติดต่อได้:
614037, Perm, Mozyrskaya st., 5, apt. Ermakov Viktor Grigorievich
วันที่เริ่มจดสิทธิบัตร:
1998.04.27
สิ่งประดิษฐ์นี้มีไว้สำหรับภาคพลังงานและสามารถนำมาใช้เพื่อให้ได้แหล่งพลังงานราคาถูกและประหยัด ไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่มีอุณหภูมิเท่ากับ 500-550 o C - ไอน้ำร้อนยวดยิ่งจะถูกส่งผ่านสนามไฟฟ้าคงที่ (ไฟฟ้าแรงสูง 6000 โวลต์ ) เพื่อผลิตไฮโดรเจนและออกซิเจน
วิธีการนี้ง่ายในการออกแบบฮาร์ดแวร์ ประหยัด ป้องกันไฟและการระเบิด และมีประสิทธิผลสูง
คำอธิบายของการประดิษฐ์
เมื่อรวมกับออกซิเจนผ่านออกซิเดชัน ไฮโดรเจนจะมีปริมาณแคลอรี่เป็นอันดับแรกต่อเชื้อเพลิง 1 กิโลกรัม ในบรรดาสารติดไฟทั้งหมดที่ใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้าและความร้อน
แต่ค่าความร้อนสูงของไฮโดรเจนยังไม่ได้ถูกนำมาใช้เพื่อผลิตไฟฟ้าและความร้อนและไม่สามารถแข่งขันกับเชื้อเพลิงไฮโดรคาร์บอนได้อุปสรรคต่อการใช้ไฮโดรเจนในภาคพลังงานคือวิธีการผลิตที่มีราคาแพงซึ่งไม่สมเหตุสมผลในเชิงเศรษฐกิจ ในการผลิตไฮโดรเจนนั้น ส่วนใหญ่จะใช้พืชอิเล็กโทรไลซิสซึ่งมีผลผลิตต่ำและพลังงานที่ใช้ในการผลิตไฮโดรเจนจะเท่ากับพลังงานที่ได้จากการเผาไหม้ไฮโดรเจนนี้ มีวิธีการผลิตไฮโดรเจนและออกซิเจนที่รู้จักกันดีจากไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่มีอุณหภูมิ 1800-2500 o Cอธิบายไว้ในใบสมัครของสหราชอาณาจักร
N 1489054 (cl. C 01 B 1/03, 1977)- วิธีการนี้มีความซับซ้อน ใช้พลังงานมาก และยากต่อการนำไปปฏิบัติ วิธีที่ใกล้เคียงที่สุดที่เสนอคือวิธีการผลิตไฮโดรเจนและออกซิเจนจากไอน้ำ.
บนตัวเร่งปฏิกิริยาโดยส่งไอน้ำนี้ผ่านสนามไฟฟ้า ตามที่อธิบายไว้ในใบสมัครของสหราชอาณาจักร
N 1585527 (cl. C 01 B 3/04, 1981)
ข้อเสียของวิธีนี้ได้แก่:
ความเป็นไปไม่ได้ที่จะได้รับไฮโดรเจนในปริมาณมาก
ความเข้มของพลังงาน ความซับซ้อนของอุปกรณ์และการใช้วัสดุราคาแพงการสะสมและขนาดจะเกิดขึ้นบนผนังของอุปกรณ์และบนตัวเร่งปฏิกิริยาซึ่งจะนำไปสู่ความล้มเหลวอย่างรวดเร็ว
ในการรวบรวมไฮโดรเจนและออกซิเจนที่เกิดขึ้น จะใช้ภาชนะรวบรวมพิเศษ ซึ่งทำให้วิธีการดังกล่าวลุกไหม้และระเบิดได้
งานที่มุ่งการประดิษฐ์คือขจัดข้อเสียข้างต้นรวมถึงการได้รับแหล่งพลังงานและความร้อนราคาถูก
สำเร็จได้โดยว่าในวิธีการผลิตไฮโดรเจนและออกซิเจนจากไอน้ำน้ำซึ่งรวมถึงการส่งไอน้ำนี้ผ่านสนามไฟฟ้าตามการประดิษฐ์ไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่มีอุณหภูมิเท่ากับ ไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่มีอุณหภูมิเท่ากับแล้วส่งผ่านสนามไฟฟ้ากระแสตรงไฟฟ้าแรงสูง ทำให้ไอระเหยแยกตัวออกเป็นอะตอม ไฮโดรเจนและออกซิเจน.
วิธีการเสนอจะขึ้นอยู่กับสิ่งต่อไปนี้
การเชื่อมต่อทางอิเล็กทรอนิกส์ระหว่างอะตอม ไฮโดรเจนและออกซิเจนลดลงตามสัดส่วนอุณหภูมิน้ำที่เพิ่มขึ้น สิ่งนี้ได้รับการยืนยันจากการปฏิบัติเมื่อเผาถ่านหินแห้ง ก่อนที่จะเผาถ่านหินแห้งให้รดน้ำก่อน ถ่านหินเปียกให้ ความร้อนมากขึ้น,เผาผลาญได้ดีขึ้น. สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากที่อุณหภูมิสูงของการเผาไหม้ถ่านหิน น้ำจะแตกตัวออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจน ไฮโดรเจนเผาไหม้และให้แคลอรี่เพิ่มเติมแก่ถ่านหิน และออกซิเจนจะเพิ่มปริมาณออกซิเจนในอากาศในเตา ซึ่งส่งเสริมการเผาไหม้ถ่านหินที่ดีขึ้นและสมบูรณ์
อุณหภูมิการจุดติดไฟของไฮโดรเจนจาก 580 ถึง 590 องศาเซลเซียสการสลายตัวของน้ำจะต้องต่ำกว่าเกณฑ์การจุดระเบิดของไฮโดรเจน
พันธะทางอิเล็กทรอนิกส์ระหว่างอะตอมไฮโดรเจนและออกซิเจนที่อุณหภูมิ 550 องศาเซลเซียสยังคงเพียงพอสำหรับการก่อตัวของโมเลกุลของน้ำ แต่วงโคจรของอิเล็กตรอนนั้นบิดเบี้ยวไปแล้ว การเชื่อมต่อกับอะตอมของไฮโดรเจนและออกซิเจนก็อ่อนลง เพื่อให้อิเล็กตรอนออกจากวงโคจรและพันธะอะตอมระหว่างพวกมันสลายตัว อิเล็กตรอนจำเป็นต้องเพิ่มพลังงานมากขึ้น แต่ไม่ใช่ความร้อน แต่เป็นพลังงานของสนามไฟฟ้าแรงสูง จากนั้นพลังงานศักย์ของสนามไฟฟ้าจะถูกแปลงเป็นพลังงานจลน์ของอิเล็กตรอน ความเร็วของอิเล็กตรอนในสนามไฟฟ้ากระแสตรงจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วน รากที่สองแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับอิเล็กโทรด
การสลายตัวของไอน้ำร้อนยวดยิ่งในสนามไฟฟ้าสามารถเกิดขึ้นได้ที่ความเร็วไอน้ำต่ำ และความเร็วไอน้ำที่อุณหภูมิหนึ่ง 550 องศาเซลเซียสสามารถรับได้เฉพาะในที่โล่งเท่านั้น
หากต้องการรับไฮโดรเจนและออกซิเจนในปริมาณมาก คุณต้องใช้กฎการอนุรักษ์สสาร จากกฎนี้มีดังนี้: ไม่ว่าน้ำจะถูกสลายเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนในปริมาณเท่าใดก็ตาม เราก็จะได้น้ำจากปฏิกิริยาออกซิเดชันของก๊าซเหล่านี้ในปริมาณเท่ากัน
ความเป็นไปได้ของการดำเนินการประดิษฐ์ได้รับการยืนยันโดยตัวอย่างที่ดำเนินการ ในสามตัวเลือกการติดตั้ง.
ตัวเลือกการติดตั้งทั้งสามแบบทำจากผลิตภัณฑ์ที่เหมือนกันและเป็นมาตรฐาน ทรงกระบอกจากท่อเหล็ก
ตัวเลือกแรก
อุปกรณ์การทำงานและการติดตั้งของตัวเลือกแรก ( โครงการที่ 1).
ในทั้งสามตัวเลือกการทำงานของการติดตั้งเริ่มต้นด้วยการเตรียมไอน้ำร้อนยวดยิ่งในพื้นที่เปิดที่มีอุณหภูมิไอน้ำ 550 o C พื้นที่เปิดโล่งช่วยให้มั่นใจความเร็วตามวงจรการสลายตัวของไอน้ำสูงถึง 2 เมตร/วินาที.
การเตรียมไอน้ำร้อนยวดยิ่งเกิดขึ้นในท่อเหล็กที่ทำจากเหล็กทนความร้อน /สตาร์ทเตอร์/ ซึ่งเส้นผ่านศูนย์กลางและความยาวขึ้นอยู่กับกำลังของการติดตั้ง กำลังไฟฟ้าในการติดตั้งจะกำหนดปริมาณน้ำที่สลายตัว ลิตร/วินาที
ประกอบด้วยน้ำหนึ่งลิตร ไฮโดรเจน 124 ลิตรและ ออกซิเจน 622 ลิตรในแง่ของแคลอรี่ก็คือ 329 กิโลแคลอรี.
ก่อนเริ่มการติดตั้งสตาร์ทเตอร์จะอุ่นเครื่องจาก 800 ถึง 1,000 o C/การทำความร้อนทำได้ด้วยวิธีใดวิธีหนึ่ง/
ปลายด้านหนึ่งของสตาร์ทเตอร์ถูกเสียบด้วยหน้าแปลน ซึ่งน้ำที่สูบเข้าไปจะเข้าไปเพื่อสลายตัวตามกำลังที่คำนวณได้ น้ำในสตาร์ทเตอร์ร้อนถึง 550 องศาเซลเซียสออกจากปลายอีกด้านหนึ่งของสตาร์ทเตอร์อย่างอิสระและเข้าสู่ห้องสลายตัวซึ่งสตาร์ทเตอร์เชื่อมต่อด้วยหน้าแปลน
ในห้องสลายตัว ไอน้ำร้อนยวดยิ่งจะถูกสลายเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนโดยสนามไฟฟ้าที่สร้างขึ้นโดยอิเล็กโทรดบวกและลบซึ่งจ่ายกระแสตรงพร้อมแรงดันไฟฟ้า 6000 โวลต์- อิเล็กโทรดบวกคือตัวห้องเอง /pipe/ และอิเล็กโทรดลบคือท่อเหล็กผนังบางที่ติดตั้งอยู่ตรงกลางลำตัว ตลอดพื้นผิวทั้งหมดซึ่งมีรูที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 มม.
ท่ออิเล็กโทรดเป็นตาข่ายที่ไม่ควรสร้างความต้านทานต่อไฮโดรเจนที่เข้าสู่อิเล็กโทรด อิเล็กโทรดติดอยู่กับตัวท่อโดยใช้บูชและจ่ายไฟฟ้าแรงสูงผ่านการยึดแบบเดียวกัน ปลายท่อขั้วลบจะสิ้นสุดด้วยท่อฉนวนไฟฟ้าและทนความร้อนเพื่อให้ไฮโดรเจนรั่วไหลผ่านหน้าแปลนห้อง ออกซิเจนออกจากตัวห้องสลายตัวผ่านท่อเหล็ก อิเล็กโทรดบวก/ตัวกล้อง/ ต้องต่อสายดิน และขั้วบวกของแหล่งจ่ายไฟ DC ต้องต่อสายดิน
ออก ไฮโดรเจนเกี่ยวกับ ออกซิเจน 1:5.
ตัวเลือกที่สอง
การใช้งานและการติดตั้งอุปกรณ์ตามตัวเลือกที่สอง ( โครงการที่ 2).
การติดตั้งตัวเลือกที่สองได้รับการออกแบบมาเพื่อผลิตไฮโดรเจนและออกซิเจนจำนวนมากเนื่องจากการสลายตัวของน้ำปริมาณมากและการเกิดออกซิเดชันของก๊าซในหม้อไอน้ำแบบขนานเพื่อผลิตไอน้ำแรงดันสูงทำงานสำหรับโรงไฟฟ้าที่ใช้ไฮโดรเจน / ในภายหลัง WPP/.
การดำเนินการติดตั้งเช่นเดียวกับในตัวเลือกแรกเริ่มต้นด้วยการเตรียมไอน้ำร้อนยวดยิ่งในตัวสตาร์ท แต่สตาร์ทเตอร์นี้แตกต่างจากสตาร์ทเตอร์ในเวอร์ชัน 1 ความแตกต่างก็คือที่ส่วนท้ายของสตาร์ทเตอร์จะมีก๊อกแบบเชื่อมซึ่งติดตั้งสวิตช์ไอน้ำซึ่งมีสองตำแหน่ง - "สตาร์ท" และ "รัน"
ไอน้ำที่สร้างขึ้นในสตาร์ทเตอร์จะเข้าสู่ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนซึ่งออกแบบมาเพื่อปรับอุณหภูมิของน้ำที่นำกลับมาใช้ใหม่หลังการเกิดออกซิเดชันในหม้อไอน้ำ / K1/ ถึง 550 องศาเซลเซียส- เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน / ที่/ - ท่อ เช่นเดียวกับผลิตภัณฑ์ทั้งหมดที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางเท่ากัน มีการติดตั้งท่อเหล็กทนความร้อนระหว่างหน้าแปลนท่อซึ่งไอน้ำร้อนยวดยิ่งไหลผ่าน ท่อจะไหลไปรอบๆ ด้วยน้ำจากระบบทำความเย็นแบบปิด
จากตัวแลกเปลี่ยนความร้อน ไอน้ำร้อนยวดยิ่งจะเข้าสู่ห้องสลายตัวเหมือนกับในตัวเลือกการติดตั้งครั้งแรกทุกประการ
ไฮโดรเจนและออกซิเจนจากห้องสลายตัวจะเข้าสู่เตาเผาของหม้อไอน้ำ 1 ซึ่งไฮโดรเจนถูกจุดไฟด้วยไฟแช็ค - คบเพลิงจะเกิดขึ้น คบเพลิงที่ไหลไปรอบๆ หม้อต้ม 1 จะสร้างไอน้ำแรงดันสูงที่ทำงานอยู่ในนั้น หางของคบเพลิงจากหม้อไอน้ำ 1 เข้าสู่หม้อไอน้ำ 2 และด้วยความร้อนในหม้อไอน้ำ 2 เตรียมไอน้ำสำหรับหม้อไอน้ำ 1 การเกิดออกซิเดชันอย่างต่อเนื่องของก๊าซเริ่มต้นตลอดวงจรทั้งหมดของหม้อไอน้ำตามสูตรที่รู้จักกันดี:
2H 2 + O 2 = 2H 2 O + ความร้อน
อันเป็นผลมาจากการเกิดออกซิเดชันของก๊าซ น้ำจะลดลงและความร้อนจะถูกปล่อยออกมา ความร้อนในการติดตั้งนี้จะถูกรวบรวมโดยหม้อไอน้ำ 1 และหม้อไอน้ำ 2 เพื่อเปลี่ยนความร้อนนี้ให้เป็นไอน้ำทำงานแรงดันสูง และน้ำที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ที่อุณหภูมิสูงจะเข้าสู่ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนถัดไป และจากนั้นจะเข้าสู่ห้องสลายตัวถัดไป ลำดับการเปลี่ยนผ่านของน้ำจากสถานะหนึ่งไปอีกสถานะหนึ่งยังคงดำเนินต่อไปหลายต่อหลายครั้งตามที่ต้องการเพื่อรับพลังงานจากความร้อนที่สะสมนี้ในรูปของไอน้ำทำงานเพื่อให้พลังการออกแบบ WPP.
หลังจากที่ไอน้ำร้อนยวดยิ่งส่วนแรกทะลุผลิตภัณฑ์ทั้งหมด ให้พลังงานที่คำนวณได้แก่วงจร และปล่อยพลังงานสุดท้ายไว้ในวงจรหม้อไอน้ำ 2 ไอน้ำร้อนยวดยิ่งจะถูกส่งผ่านท่อไปยังสวิตช์ไอน้ำที่ติดตั้งบนสตาร์ทเตอร์ สวิตช์ไอน้ำจะถูกย้ายจากตำแหน่ง "เริ่มต้น" ไปยังตำแหน่ง "วิ่ง" หลังจากนั้นจะไปที่ตำแหน่งสตาร์ทเตอร์ สตาร์ทเตอร์ปิด/น้ำอุ่นเครื่อง/ จากสตาร์ทเตอร์ ไอน้ำร้อนยวดยิ่งจะเข้าสู่ตัวแลกเปลี่ยนความร้อนตัวแรก และจากนั้นเข้าไปในห้องสลายตัว เริ่มต้น รอบใหม่ไอน้ำร้อนยวดยิ่งตลอดวงจร นับจากนี้เป็นต้นไปวงจรการสลายตัวและพลาสมาจะปิดตัวเอง
การติดตั้งจะใช้น้ำเพื่อผลิตไอน้ำแรงดันสูงเท่านั้น ซึ่งได้มาจากวงจรไอน้ำไอเสียที่กลับมาหลังจากกังหัน
ขาดโรงไฟฟ้าสำหรับ WPP- นี่คือความเทอะทะของพวกเขา ตัวอย่างเช่นสำหรับ WPPบน 250 เมกะวัตต์ต้องย่อยสลายไปพร้อมๆ กัน 455 ลิตรน้ำในหนึ่งวินาทีและจะต้องการ 227 ห้องสลายตัว, เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน 227 ตัว, หม้อต้มน้ำ 227 ตัว / K1/, 227 หม้อไอน้ำ / K2- แต่ความยุ่งยากดังกล่าวจะได้รับการพิสูจน์เป็นร้อยเท่าจากข้อเท็จจริงที่ว่าน้ำมันเชื้อเพลิงนั้นมีไว้สำหรับ WPPจะมีแต่น้ำไม่ต้องพูดถึงความสะอาดของสิ่งแวดล้อม WPP, ราคาถูก พลังงานไฟฟ้าและอุ่นขึ้น
ตัวเลือกที่สาม
โรงไฟฟ้ารุ่นที่ 3 ( โครงการที่ 3).
นี่คือโรงไฟฟ้าเดียวกันกับโรงไฟฟ้าแห่งที่สองทุกประการ
ความแตกต่างระหว่างพวกเขาคือการติดตั้งนี้ทำงานอย่างต่อเนื่องจากสตาร์ทเตอร์ วงจรสำหรับสลายไอน้ำและการเผาไหม้ไฮโดรเจนในออกซิเจนไม่ได้ปิดในตัวเอง ผลิตภัณฑ์สุดท้ายในการติดตั้งจะเป็นเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนพร้อมห้องสลายตัว การจัดเรียงผลิตภัณฑ์นี้จะทำให้สามารถผลิตได้ นอกเหนือจากพลังงานไฟฟ้าและความร้อน ไฮโดรเจนและออกซิเจน หรือไฮโดรเจนและโอโซน โรงไฟฟ้าเปิดอยู่ 250 เมกะวัตต์เมื่อทำงานจากสตาร์ทเตอร์จะใช้พลังงานในการอุ่นสตาร์ทเตอร์น้ำ 7.2 ลบ.ม./ชมและน้ำเพื่อสร้างไอน้ำทำงาน 1,620 ลบ.ม./ชม./น้ำใช้จากวงจรส่งคืนไอน้ำไอเสีย/ ในโรงไฟฟ้าเพื่อ WPPอุณหภูมิของน้ำ 550 องศาเซลเซียส- แรงดันไอน้ำ 250 ณ- พลังงานที่ใช้ในการสร้างสนามไฟฟ้าต่อห้องสลายตัวจะอยู่ที่ประมาณ 3,600 กิโลวัตต์/ชม.
โรงไฟฟ้าเปิดอยู่ 250 เมกะวัตต์เมื่อวางสินค้าสี่ชั้นจะใช้พื้นที่ 114 x 20 มและความสูง 10 ม- ไม่คำนึงถึงพื้นที่ในการเปิดกังหัน เครื่องกำเนิดไฟฟ้า และหม้อแปลงไฟฟ้า 250 kVA - 380 x 6000 V.
การประดิษฐ์มีข้อดีดังต่อไปนี้
ความร้อนที่ได้จากการออกซิเดชันของก๊าซสามารถนำมาใช้โดยตรงที่ไซต์งาน โดยที่ไฮโดรเจนและออกซิเจนได้มาจากการนำไอน้ำเสียและน้ำที่ใช้ในกระบวนการผลิตกลับมาใช้ใหม่
การใช้น้ำต่ำเมื่อผลิตไฟฟ้าและความร้อน
ความเรียบง่ายของวิธีการ
ประหยัดพลังงานได้มากเพราะว่า ใช้เวลาเพียงในการอุ่นเครื่องสตาร์ทเตอร์ให้เป็นระบบการระบายความร้อนที่กำหนดไว้เท่านั้น
ผลผลิตกระบวนการสูงเพราะว่า การแยกตัวของโมเลกุลของน้ำกินเวลาหนึ่งในสิบของวินาที
ความปลอดภัยจากการระเบิดและอัคคีภัยเนื่องจากวิธีการดังกล่าว เมื่อนำไปใช้งานก็ไม่จำเป็นต้องมีภาชนะสำหรับรวบรวมไฮโดรเจนและออกซิเจน
ในระหว่างการดำเนินการติดตั้ง น้ำจะถูกทำให้บริสุทธิ์หลายครั้งและเปลี่ยนเป็นน้ำกลั่น ซึ่งจะช่วยขจัดตะกอนและตะกรัน ซึ่งจะช่วยยืดอายุการใช้งานของการติดตั้ง
การติดตั้งทำจากเหล็กธรรมดา ยกเว้นหม้อต้มที่ทำจากเหล็กทนความร้อนพร้อมบุและกันผนัง นั่นคือไม่จำเป็นต้องใช้วัสดุราคาแพงพิเศษ
การประดิษฐ์อาจพบการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมโดยการทดแทนไฮโดรคาร์บอนและ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์วี โรงไฟฟ้าไปสู่น้ำราคาถูก แพร่หลาย และเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม ในขณะเดียวกันก็รักษาพลังของการติดตั้งเหล่านี้
สูตรของการประดิษฐ์
วิธีการผลิตไฮโดรเจนและออกซิเจนจากไอน้ำรวมทั้งส่งไอน้ำนี้ผ่านสนามไฟฟ้า โดยมีลักษณะเฉพาะคือใช้ไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่อุณหภูมิ 500 - 550 องศาเซลเซียสผ่านสนามไฟฟ้ากระแสตรงแรงดันสูงเพื่อแยกไอระเหยออกเป็นอะตอมไฮโดรเจนและออกซิเจน
ในระดับที่ จำกัด จะใช้วิธีการทำปฏิกิริยาระหว่างไอน้ำกับฟอสฟอรัสและการสลายตัวทางความร้อนของไฮโดรคาร์บอน:
CH 4 (1,000 °C) = C + 2 H 2 (ปล่อยเป็นแก๊ส)
ในบางกรณี ไฮโดรเจนได้มาจากการแยกตัวเร่งปฏิกิริยาของเมทานอลด้วยไอน้ำ
CH 3 OH + H 2 O (250 ° C) = CO 2 + 3 H 2,
หรือเป็นผลจากการสลายตัวด้วยความร้อนของตัวเร่งปฏิกิริยาของแอมโมเนีย
2 NH 3 (950 °C) --> N 2 + 3 H 2
อย่างไรก็ตาม สารประกอบตั้งต้นเหล่านี้ผลิตขึ้นจากไฮโดรเจนในปริมาณมาก ในขณะเดียวกัน การรับไฮโดรเจนจากพวกมันนั้นง่ายมากเป็นพิเศษ และสามารถนำมาใช้ในอุตสาหกรรมที่ใช้ไฮโดรเจนในปริมาณที่ค่อนข้างน้อย (น้อยกว่า 500 ลบ.ม. ต่อวัน)
วิธีที่สำคัญที่สุดในการผลิตไฮโดรเจน
1. การละลายสังกะสีในกรดไฮโดรคลอริกเจือจาง
สังกะสี + 2 HCl = สังกะสี 2 + H 2
วิธีนี้มักใช้ในห้องปฏิบัติการ
สามารถใช้กรดซัลฟิวริกเจือจางแทนกรดไฮโดรคลอริกได้ อย่างไรก็ตามหากความเข้มข้นของอย่างหลังสูงเกินไป ก๊าซที่ปล่อยออกมาก็จะปนเปื้อน SO 2 และ H 2 S ได้ง่าย เมื่อใช้สังกะสีที่ไม่บริสุทธิ์ทั้งหมด ก็จะเกิดสารประกอบอื่นที่ก่อให้เกิดมลพิษไฮโดรเจนด้วย เช่น AsH 3 และ PH 3 . การปรากฏตัวของพวกมันทำให้เกิดกลิ่นอันไม่พึงประสงค์ของไฮโดรเจนที่ผลิตโดยวิธีนี้
ในการทำให้บริสุทธิ์ ไฮโดรเจนจะถูกส่งผ่านสารละลายที่เป็นกรดของโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตหรือไดโครเมต จากนั้นจึงผ่านสารละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ รวมถึงผ่านกรดซัลฟิวริกเข้มข้น หรือผ่านชั้นของซิลิกาเจลเพื่อกำจัดความชื้น หยดของเหลวที่เล็กที่สุดที่จับโดยไฮโดรเจนในระหว่างการผลิตและถูกปิดไว้ในฟองก๊าซ ควรกำจัดออกโดยใช้ตัวกรองที่ทำจากใยแก้วธรรมดาหรือใยแก้วที่ถูกบีบอัดอย่างแน่นหนา
หากคุณต้องใช้สังกะสีบริสุทธิ์ ต้องเติมกรดไฮโดรพลาตินิกหรือคอปเปอร์ซัลเฟตสองหยดลงในกรด มิฉะนั้นสังกะสีจะไม่ทำปฏิกิริยา
2. ละลายอลูมิเนียมหรือซิลิกอนในด่างกัดกร่อน
2 อัล + 2 NaOH + 6 H 2 O = 2 Na + 3 H 2
ศรี + 2 KOH + H 2 O = นา 2 SiO 3 + 2 H 2
ปฏิกิริยาเหล่านี้เคยถูกนำมาใช้เพื่อผลิตไฮโดรเจนมาก่อนหน้านี้ สภาพสนาม(สำหรับเติมลูกโป่ง) ในการผลิตไฮโดรเจน 1 m 3 (ที่ 0 ° C และ 760 mm Hg) ต้องใช้อลูมิเนียมเพียง 0.81 กก. หรือซิลิคอน 0.63 กก. เทียบกับสังกะสี 2.9 กก. หรือเหล็ก 2.5 กก.
แทนที่จะใช้ซิลิคอน ก็ใช้เฟอร์โรซิลิกอนด้วย (วิธีซิลิคอน) ส่วนผสมของเฟอร์โรซิลิกอนและโซดาไฟที่นำมาใช้ไม่นานก่อนสงครามโลกครั้งที่ 1 ในกองทัพฝรั่งเศสภายใต้ชื่อไฮโดรเจนไนต์ มีคุณสมบัติของการคุกรุ่นหลังจากการจุดระเบิดด้วยการปล่อยไฮโดรเจนอย่างแรงตามปฏิกิริยาต่อไปนี้:
Si + Ca(OH) 2 + 2 NaOH = นา 2 SiO 3 + CaO + 2 H 2
3. ผลของโซเดียมต่อน้ำ
2 นา + 2 H 2 O = 2 NaOH + H 2
เนื่องจากในกรณีนี้โซเดียมบริสุทธิ์จะทำปฏิกิริยารุนแรงเกินไป จึงมักถูกนำเข้าสู่ปฏิกิริยาในรูปของโซเดียมอะมัลกัม วิธีนี้ใช้เป็นหลักในการผลิตไฮโดรเจนเมื่อใช้เพื่อลด "ใน statu nascendi" โลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ธอื่นๆ ทำปฏิกิริยาคล้ายกันกับโซเดียมและน้ำ
4. ผลของแคลเซียมไฮไดรด์ต่อน้ำ
CaH 2 + 2 H 2 O = Ca(OH) 2 + 2 H 2
วิธีนี้เป็นวิธีที่สะดวกในการผลิตไฮโดรเจนในสนาม ตามทฤษฎีแล้ว เพื่อให้ได้ไฮโดรเจน 1 ลบ.ม. ต้องใช้ CaH 2 0.94 กิโลกรัม และนอกเหนือจากน้ำแล้ว ไม่จำเป็นต้องใช้รีเอเจนต์อื่นๆ5. การส่งผ่านไอน้ำไปบนเหล็กร้อนแดง
4 H 2 O + 3 เฟ = เฟ 3 O 4 + 4 H 2
ด้วยการใช้ปฏิกิริยานี้ในปี พ.ศ. 2326 ลาวัวซิเยร์ได้พิสูจน์องค์ประกอบของน้ำในเชิงวิเคราะห์เป็นครั้งแรก เหล็กออกไซด์ที่เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยานี้สามารถลดลงเป็นเหล็กโลหะได้อย่างง่ายดายโดยการส่งก๊าซกำเนิดไปเหนือมัน เพื่อให้ไอน้ำผ่านเหล็กเดียวกันสามารถทำได้ในจำนวนครั้งตามต้องการ วิธีการนี้ เป็นเวลานานมีความสำคัญทางอุตสาหกรรมอย่างมาก ปัจจุบันนี้ยังคงใช้อยู่ในขนาดเล็ก
6. พ่นไอน้ำเหนือโค้ก
ที่อุณหภูมิสูงกว่า 1,000 °C ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นตามสมการเป็นหลัก
เอช 2 โอ + ซี = CO + เอช 2
ขั้นแรกจะได้ก๊าซน้ำ เช่น ส่วนผสมของไฮโดรเจนและคาร์บอนมอนอกไซด์ที่มีส่วนผสมของส่วนผสม ปริมาณเล็กน้อยคาร์บอนไดออกไซด์และไนโตรเจน คาร์บอนไดออกไซด์จะถูกกำจัดออกได้ง่ายโดยการล้างด้วยน้ำภายใต้ความกดดัน คาร์บอนมอนอกไซด์และไนโตรเจนจะถูกกำจัดออกโดยใช้กระบวนการ Frank-Caro-Linde กล่าวคือ โดยการทำให้สิ่งเจือปนเหล่านี้กลายเป็นของเหลว ซึ่งทำได้โดยการทำให้เย็นลงด้วยอากาศของเหลวจนถึง -200 °C ร่องรอยของ CO จะถูกลบออกโดยการส่งก๊าซไปบนโซดาไลม์ที่ให้ความร้อน
CO + NaOH = HCOONa - รูปแบบโซเดียม
วิธีนี้ผลิตไฮโดรเจนที่บริสุทธิ์มาก ซึ่งใช้ในการเติมไฮโดรเจนไขมัน เป็นต้น
อย่างไรก็ตาม บ่อยครั้งที่ก๊าซน้ำผสมกับไอน้ำที่อุณหภูมิ 400 °C ถูกส่งผ่านตัวเร่งปฏิกิริยาที่เหมาะสม เช่น เหนือเหล็กหรือโคบอลต์ออกไซด์ (วิธีการสัมผัสสำหรับการผลิตก๊าซน้ำ) ในกรณีนี้ CO จะทำปฏิกิริยากับน้ำตามสมการ
CO + H 2 Opar = CO 2 + H 2 (“การแปลง CO”)
CO 2 ที่ได้จะถูกดูดซับด้วยน้ำ (ภายใต้ความกดดัน) ส่วนที่เหลือของคาร์บอนมอนอกไซด์ (~1 vol.%) ถูกชะล้างออกด้วยสารละลายแอมโมเนียของคอปเปอร์ โมโนคลอไรด์ ก๊าซน้ำที่ใช้ในวิธีนี้ได้มาจากการส่งไอน้ำไปเหนือโค้กร้อน เมื่อเร็ว ๆ นี้ปฏิสัมพันธ์ของไอน้ำกับถ่านหินที่ถูกบดเป็นผง (การเปลี่ยนฝุ่นถ่านหินเป็นก๊าซ) ถูกนำมาใช้มากขึ้น ก๊าซน้ำที่ได้รับในลักษณะนี้มักจะมี จำนวนมากไฮโดรเจน ไฮโดรเจน (ที่มีไนโตรเจน) ที่ปล่อยออกมาจากก๊าซน้ำส่วนใหญ่ใช้สำหรับการสังเคราะห์แอมโมเนียและการเติมไฮโดรเจนของถ่านหิน
7. แก๊สเตาอบโค้กเหลวแบบเศษส่วน
เช่นเดียวกับการผลิตก๊าซน้ำ ไฮโดรเจนสามารถได้รับจากการทำให้เป็นของเหลวแบบเศษส่วนของก๊าซเตาอบโค้ก ซึ่งมีองค์ประกอบหลักคือไฮโดรเจน
ขั้นแรก ก๊าซเตาอบโค้กซึ่งกำจัดกำมะถันออกไปก่อนหน้านี้ จะถูกทำให้บริสุทธิ์จาก CO 2 โดยการล้างด้วยน้ำภายใต้แรงดัน ตามด้วยการบำบัดด้วยสารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์ จากนั้นจึงค่อย ๆ กำจัดสิ่งเจือปนที่หลงเหลืออยู่โดยการควบแน่นทีละขั้นจนเหลือเพียงไฮโดรเจนเท่านั้น ทำความสะอาดสิ่งสกปรกอื่นๆ โดยการล้างด้วยไนโตรเจนเหลวที่ให้ความเย็นสูง วิธีนี้ใช้เพื่อให้ได้ไฮโดรเจนมาสังเคราะห์แอมโมเนียเป็นหลัก
8. ปฏิกิริยาระหว่างมีเทนกับไอน้ำ (การสลายตัวของมีเทน)
มีเทนทำปฏิกิริยากับไอน้ำโดยมีตัวเร่งปฏิกิริยาที่เหมาะสมเมื่อถูกความร้อน (1100 °C) ตามสมการ
CH 4 + H 2 Opar + 204 kJ (ที่ความดันคงที่)
ความร้อนที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาจะต้องจ่ายจากภายนอกหรือโดยการใช้ " การเผาไหม้ภายใน" กล่าวคือ โดยการผสมอากาศหรือออกซิเจนเพื่อให้ส่วนหนึ่งของมีเทนเผาไหม้เป็นคาร์บอนไดออกไซด์
CH 4 + 2 O 2 = CO 2 + 2 H 2 Opar + 802 kJ (ที่ความดันคงที่)
ในกรณีนี้ จะเลือกอัตราส่วนของส่วนประกอบเพื่อให้ปฏิกิริยาโดยรวมเป็นแบบคายความร้อน
12 CH 4 + 5 H 2 โอปาร์ + 5 O 2 = 29 H2 + 9 CO + 3 CO 2 + 85.3 kJ
ไฮโดรเจนยังผลิตจากคาร์บอนมอนอกไซด์ผ่าน "การแปลง CO" คาร์บอนไดออกไซด์จะถูกกำจัดออกโดยการล้างด้วยน้ำภายใต้ความกดดัน ไฮโดรเจนที่ได้จากการย่อยสลายมีเทนส่วนใหญ่จะใช้ในการสังเคราะห์แอมโมเนียและไฮโดรจิเนชันของถ่านหิน
9. ปฏิกิริยาของไอน้ำกับฟอสฟอรัส (สีม่วง)
2 P + 8 H 2 O = 2 H 3 PO 4 + 5 H 2
โดยทั่วไปกระบวนการจะดำเนินการในลักษณะนี้: ไอฟอสฟอรัสที่ได้จากการลดแคลเซียมฟอสเฟตในเตาไฟฟ้าจะถูกส่งผ่านพร้อมกับไอน้ำเหนือตัวเร่งปฏิกิริยาที่ 400-600 ° C (เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความสมดุลของสิ่งนี้ ปฏิกิริยาจะเลื่อนไปทางซ้าย) ปฏิกิริยาของ H 3 PO 4 ที่เกิดขึ้นครั้งแรกกับฟอสฟอรัสเพื่อสร้าง H 3 PO 3 และ PH 3 ถูกป้องกันโดยการทำให้ผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาเย็นลงอย่างรวดเร็ว (การดับ) วิธีการนี้ใช้เป็นหลักหากใช้ไฮโดรเจนในการสังเคราะห์แอมโมเนีย ซึ่งจากนั้นจะถูกแปรรูปเป็นปุ๋ยที่สำคัญและปราศจากสิ่งเจือปน นั่นคือ แอมโมฟอส (ส่วนผสมของแอมโมเนียมฟอสเฟตของไฮโดรและไดไฮโดรเจน)
10. การสลายตัวของน้ำด้วยไฟฟ้า
2 H 2 O = 2 H 2 + O 2
น้ำบริสุทธิ์ไม่นำกระแสไฟฟ้า ดังนั้นจึงเติมอิเล็กโทรไลต์ (โดยปกติคือ KOH) ลงไป ในระหว่างอิเล็กโทรไลซิส ไฮโดรเจนจะถูกปล่อยออกมาที่แคโทด ปริมาณออกซิเจนที่เท่ากันจะถูกปล่อยออกมาที่ขั้วบวก ซึ่งเป็นผลพลอยได้จากวิธีนี้
ไฮโดรเจนที่ผลิตโดยอิเล็กโทรลิซิสมีความบริสุทธิ์มาก ยกเว้นส่วนผสมของออกซิเจนจำนวนเล็กน้อย ซึ่งสามารถกำจัดออกได้ง่ายโดยการส่งก๊าซไปบนตัวเร่งปฏิกิริยาที่เหมาะสม เช่น บนแร่ใยหินแพลลาไดซ์ที่ได้รับความร้อนเล็กน้อย ดังนั้นจึงใช้ทั้งสำหรับการเติมไฮโดรเจนของไขมันและสำหรับกระบวนการไฮโดรจิเนชันแบบเร่งปฏิกิริยาอื่นๆ ไฮโดรเจนที่ผลิตโดยวิธีนี้มีราคาค่อนข้างแพง
การใช้ไฮโดรเจน
ปัจจุบันมีการผลิตไฮโดรเจนใน ปริมาณมหาศาล- มาก ส่วนใหญ่มันถูกใช้ในการสังเคราะห์แอมโมเนีย การเติมไฮโดรเจนของไขมัน และการเติมไฮโดรเจนของถ่านหิน น้ำมัน และไฮโดรคาร์บอน นอกจากนี้ไฮโดรเจนยังใช้สำหรับการสังเคราะห์กรดไฮโดรคลอริก เมทิลแอลกอฮอล์กรดไฮโดรไซยานิกในการเชื่อมและการตีโลหะตลอดจนในการผลิตหลอดไส้และ หินมีค่า- ไฮโดรเจนขายในกระบอกสูบภายใต้ความดันมากกว่า 150 เอทีเอ็ม ทาสีเขียวเข้มและมีจารึกสีแดงว่า "ไฮโดรเจน"
ไฮโดรเจนถูกใช้เพื่อแปลงไขมันเหลวให้เป็นไขมันแข็ง (ไฮโดรจิเนชัน) ในการผลิต เชื้อเพลิงเหลวการเติมไฮโดรเจนของถ่านหินและน้ำมันเชื้อเพลิง ในโลหะวิทยา ไฮโดรเจนถูกใช้เป็นตัวรีดิวซ์สำหรับออกไซด์หรือคลอไรด์เพื่อผลิตโลหะและอโลหะ (เจอร์เมเนียม ซิลิคอน แกลเลียม เซอร์โคเนียม แฮฟเนียม โมลิบดีนัม ทังสเตน ฯลฯ)
การใช้ไฮโดรเจนในทางปฏิบัติมีความหลากหลาย: มักใช้เพื่อเติมลูกโป่ง อุตสาหกรรมเคมีทำหน้าที่เป็นวัตถุดิบในการผลิตผลิตภัณฑ์ที่สำคัญมากหลายชนิด (แอมโมเนีย ฯลฯ) ในอาหาร - เพื่อการผลิต น้ำมันพืชไขมันแข็ง ฯลฯ อุณหภูมิสูง(สูงถึง 2,600 °C) ซึ่งได้จากการเผาไหม้ไฮโดรเจนในออกซิเจน ใช้ในการหลอมโลหะทนไฟ ควอทซ์ ฯลฯ ไฮโดรเจนเหลวเป็นหนึ่งในเชื้อเพลิงเครื่องบินที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด ประจำปี การบริโภคของโลกไฮโดรเจนเกิน 1 ล้านตัน
ไฮโดรเจนเริ่มถูกมองว่าเป็นเชื้อเพลิงที่มีอนาคตในช่วงกลางศตวรรษที่ผ่านมา และก่อนหน้านั้นเคยใช้ในเรือเหาะและเครื่องเชื่อม และตอนนี้มักจะใช้เป็นแบตเตอรี่พลังงานที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดตัวหนึ่ง การนำไฮโดรเจนมาใช้เป็นเชื้อเพลิงถูกขัดขวางมานานแล้วจากความสามารถในการระเบิด และที่สำคัญที่สุดคือต้นทุนการผลิต แต่สถานการณ์อาจเปลี่ยนแปลงไปอย่างมากในไม่ช้า
เป็นครั้งแรกที่มีไฮโดรเจนเข้ามา รูปแบบบริสุทธิ์แยกออกมาเมื่อ 240 ปีที่แล้วโดยนักเคมีชาวอังกฤษ เฮนรี คาเวนดิช คุณสมบัติของก๊าซที่เขาได้รับนั้นน่าทึ่งมากจนนักวิทยาศาสตร์นำไปใช้สำหรับ "phlogiston", "แคลอรี่" ในตำนานซึ่งเป็นสารที่ตามหลักการของวิทยาศาสตร์ในเวลานั้นกำหนดอุณหภูมิของร่างกาย มันเผาไหม้ได้อย่างสมบูรณ์ (และไฟก็ถือว่าเกือบจะบริสุทธิ์ phlogiston) เบาผิดปกติเบากว่าอากาศ 15 เท่าถูกโลหะดูดซับได้ดีและอื่น ๆ อย่างไรก็ตาม นักเคมีผู้ยิ่งใหญ่อีกคนหนึ่งคือชาวฝรั่งเศส Antoine-Laurent Lavoisier ได้พิสูจน์ให้เห็นว่าในปี 1787 สารที่คาเวนดิชได้รับนั้นเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่ธรรมดามากแม้ว่าจะเป็นองค์ประกอบทางเคมีที่น่าสนใจมากก็ตาม ไฮโดรเจนมีชื่อเพราะเมื่อถูกเผาไหม้จะไม่เกิดควัน เขม่าและเขม่า แต่เป็นน้ำ อย่างไรก็ตาม คุณลักษณะนี้ดึงดูดนักนิเวศวิทยาและ "ผักใบเขียว" ในปัจจุบันได้มากที่สุด
ขึ้นไป ปลาย XIXศตวรรษ การได้รับไฮโดรเจนเป็นงานที่ค่อนข้างลำบาก ขุดได้ในปริมาณเพียงเล็กน้อยโดยการละลายโลหะธรรมดาในกรด เช่นเดียวกับโลหะอัลคาไลน์และอัลคาไลน์เอิร์ธในน้ำ หลังจากที่เริ่มมีการผลิตไฟฟ้าแล้วเท่านั้น ระดับอุตสาหกรรมมันเป็นไปได้ที่จะสกัดมันออกมาเป็นตันได้อย่างง่ายดายโดยใช้อิเล็กโทรไลซิส กระบวนการอิเล็กโทรไลติกมีลักษณะดังนี้: อิเล็กโทรดสองตัวถูกหย่อนลงในอ่างน้ำ อันหนึ่งมีศักยภาพเชิงบวก และอีกอันมีศักยภาพเชิงลบ ด้านบวก ออกซิเจนจะถูกปล่อยออกมาซึ่งเป็นผลมาจากการผ่านของกระแส และด้านลบ ไฮโดรเจนจะถูกปล่อยออกมา
เมื่อมีการผลิตก๊าซเบานี้ในปริมาณที่เพียงพอ ผู้คนจึงนำไปปรับใช้สำหรับการบินทางอากาศก่อน ในฐานะนี้ องค์ประกอบแรกของตารางธาตุถูกนำมาใช้จนถึงปี 1937 เมื่อเรือเหาะเติมไฮโดรเจนที่ใหญ่ที่สุดในโลกอย่างฮินเดนเบิร์ก ซึ่งเป็นสนามฟุตบอลขนาดเท่าสนามฟุตบอลสองสนามถูกไฟไหม้กลางอากาศ ภัยพิบัติดังกล่าวคร่าชีวิตผู้คนไป 36 คน และการใช้ไฮโดรเจนนี้ก็ถูกระงับ ตั้งแต่นั้นมา ลูกโป่งก็ใช้เชื้อเพลิงฮีเลียมเพียงอย่างเดียว ฮีเลียมเป็นก๊าซ อนิจจามีความหนาแน่นมากกว่า แต่ไม่ติดไฟ
บีนแบ็ก
ในปี 1944 กองทัพสหรัฐฯ พยายามใช้มันเป็นเชื้อเพลิงจรวด การระเบิดที่สูงของก๊าซเป็นอุปสรรคต่อเรื่องนี้: จำเป็นเท่านั้นที่จะต้องเบี่ยงเบนเล็กน้อยจากการทำงานปกติของเครื่องยนต์หรือปล่อยให้มีการรั่วไหลเพียงเล็กน้อยและไฮโดรเจนที่สงบสุขก็กลายเป็น "ก๊าซระเบิด" ที่เป็นลางร้ายในทันที ส่งผลให้ขีปนาวุธไปไม่ถึงเป้าหมาย โดยเกิดการระเบิดตั้งแต่เริ่มต้น ด้วยเหตุผลเดียวกัน ชาวอเมริกันล้มเหลวในการสร้างเครื่องบินไฮโดรเจนในช่วงทศวรรษที่ 50 ของศตวรรษที่ผ่านมา และล้มเหลวในการสร้างเครื่องบินพิฆาตไฮโดรเจนในช่วงทศวรรษที่ 70 ในช่วงวิกฤตน้ำมัน
ในแง่นี้สิ่งต่างๆ ประสบความสำเร็จมากขึ้นในสหภาพโซเวียต ซึ่งเป็นคู่แข่งหลักของสหรัฐอเมริกาในด้านพลังงานไฮโดรเจน นักวิทยาศาสตร์โซเวียตตัดสินใจสกัดพลังงานจากไฮโดรเจนในรูปของไฟฟ้าโดยการออกซิไดซ์เข้าไปโดยตรง สภาพแวดล้อมทางน้ำและไม่ใช่โดยการจุดไฟให้ผสมกับออกซิเจน ในการทำเช่นนี้ พวกเขาใช้เซลล์เชื้อเพลิงซึ่งมีไฮโดรเจนผสมกับออกซิเจนบนเมมเบรนแลกเปลี่ยนไอออนแบบพิเศษ ซึ่งส่งผลให้เกิดน้ำและไฟฟ้า เทคโนโลยีนี้สะดวกมากจนตอนนี้ไม่มีการสำรวจอวกาศอย่างจริงจังแม้แต่ครั้งเดียวโดยไม่ต้องมีส่วนร่วมของเซลล์เชื้อเพลิง
เครื่องยนต์อเนกประสงค์
หลังจากนั้นไม่นาน นักวิทยาศาสตร์ก็ค้นพบวิธีใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิงโดยไม่เกิดการระเบิดในที่สุด เริ่มเติมสารยับยั้งพิเศษ (สารเคมี "เบรก") ลงในแก๊ส ตัวอย่างเช่น โพรพิลีน เพียงหนึ่งเปอร์เซ็นต์ของก๊าซราคาถูกนี้เปลี่ยนไฮโดรเจนจากอาวุธที่น่าเกรงขามให้กลายเป็นก๊าซที่ปลอดภัย เป็นผลให้ในปี 1979 BMW ได้เปิดตัวรถยนต์คันแรกที่ประสบความสำเร็จในการใช้ไฮโดรเจนโดยไม่ต้องระเบิดและปล่อยไอน้ำออกจากท่อไอเสีย ในยุคของการต่อสู้กับการปล่อยมลพิษที่เป็นอันตรายเพิ่มมากขึ้น รถยนต์ถูกมองว่าเป็นความท้าทายต่อตลาดรถยนต์แบบอนุรักษ์นิยม หลังจาก BMW ผู้ผลิตรายอื่นกำลังมุ่งสู่ด้านสิ่งแวดล้อม ในช่วงปลายศตวรรษ บริษัทรถยนต์ที่เคารพตนเองทุกแห่งมีรถแนวคิดที่ใช้เชื้อเพลิงไฮโดรเจนอย่างน้อยหนึ่งคันในคลัง
ผู้ผลิตรถยนต์สัญชาติบาวาเรียซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของโครงการ CleanEnergy ได้ดัดแปลง “Sevens” และ MINI Coopers หลายรุ่นเพื่อขับเคลื่อน H2 เมื่อติดตั้งเครื่องยนต์ 4 ลิตร ไฮโดรเจน "เจ็ด" พัฒนากำลัง 184 แรงม้า และวิ่งได้ 300 กม. ในการเติมครั้งเดียว (ไฮโดรเจนเหลว 170 ลิตร "จนถึงความจุ") Mazda ติดรถสปอร์ต RX-8 อันโด่งดังด้วยไฮโดรเจน ในเวอร์ชันที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมนี้เรียกว่า Mazda RX-8 HRE (เครื่องยนต์โรตารีไฮโดรเจน) รถทั้งหมดนี้วิ่งได้ทั้งไฮโดรเจนและน้ำมันเบนซิน
แม้ว่า BMW และ Mazda ยังคงใช้เชื้อเพลิงสองประเภทสลับกัน แต่บางประเภทก็เรียนรู้ที่จะรวมเชื้อเพลิงทั้งสองเข้าด้วยกัน มีรถพ่วงลากจูงจำนวนมากที่ขับอยู่บนถนนในสหรัฐฯ โดยมีส่วนผสมดีเซล-ไฮโดรเจนเผาไหม้อยู่ในใจของน้ำมันดีเซล ส่งผลให้กำลังของเครื่องยนต์และความบริสุทธิ์ของไอเสียเพิ่มขึ้น และการสิ้นเปลืองน้ำมันเชื้อเพลิงลดลง 10% รถที่ติดตั้งระบบ HFI (การฉีดเชื้อเพลิงไฮโดรเจน) ไม่จำเป็นต้องเติมแก๊สนี้ด้วยซ้ำ เพียงเทน้ำสองสามลิตรลงในถังขนาดเล็ก ตัวระบบจะดำเนินการอิเล็กโทรไลซิส รวบรวมไฮโดรเจน และส่งไปยังห้องเผาไหม้ ผลที่ได้คือเมื่อผสมกับไฮโดรเจน น้ำมันดีเซลจะเผาไหม้ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น
แต่ผู้ผลิตส่วนใหญ่ได้ใช้เส้นทางการสร้างรถยนต์ไฟฟ้าเซลล์เชื้อเพลิง เพราะนอกจากจะ “เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม” แล้ว ยังมีข้อดีอื่นๆ อีกมากมาย ตัวอย่างเช่นประสิทธิภาพของเครื่องยนต์ที่สูงขึ้นมาก (มากถึงหลายเท่า) หรือไม่มีเสียงรบกวน
และชาวญี่ปุ่นก็สนใจเชื้อเพลิงใหม่มากที่สุด และนี่ก็เป็นที่เข้าใจได้ ประเทศนี้แทบไม่มีน้ำมันและก๊าซธรรมชาติสำรองเลย มีวัตถุดิบสำหรับไฮโดรเจนจำนวนไม่จำกัด (ในรูปของน้ำทะเล) และความเฉลียวฉลาดที่น่าอิจฉาของประชากร ดังนั้น อุปกรณ์เกือบทุกประเภทจึงมีไฮโดรเจนที่คล้ายคลึงกัน ตั้งแต่หัวรถจักรที่ทำงานบนเซลล์เชื้อเพลิง ไปจนถึงหุ่นยนต์ฮิวแมนนอยด์ SpeecysFC นอกจากนี้ ชาวญี่ปุ่นกำลังพัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงสำหรับแล็ปท็อปและโทรศัพท์มือถืออย่างเต็มที่ NEC ได้สร้างต้นแบบเซลล์เชื้อเพลิง PEFC แบบเคลื่อนที่ได้เป็นครั้งแรกเมื่อปี 2544 “แบตเตอรี่” ผลิตพลังงาน “บนภูเขา” มากกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนมาตรฐานถึง 10 เท่า จริงอยู่ที่มันถูกชาร์จด้วยเมทานอล: ในห้องพิเศษภายใต้อิทธิพลของตัวเร่งปฏิกิริยาและอุณหภูมิ (85 องศาเซลเซียส) ไฮโดรเจนจะถูกสกัดออกมาซึ่ง "อนุญาต" ไปยังเมมเบรนที่ผลิตพลังงาน ระบบปฏิบัติการนี้เกิดจากการที่การเก็บไฮโดรเจนไม่ใช่เรื่องง่าย
กระป๋องพลังงาน
จนกว่าผู้คนจะได้เรียนรู้ที่จะผลิตไฮโดรเจนราคาถูกโดยตรงโดยไม่ต้องใช้ไฟฟ้า ก๊าซนี้สามารถใช้เป็นตัวสะสมพลังงานได้เท่านั้น ซึ่งเป็นกระปุกออมสินชนิดหนึ่งที่มีขนาดเมกะจูล ท้ายที่สุดแล้ว ไฮโดรเจนเพียง 20 กรัมก็สามารถทำงานในปริมาณเดียวกับแบตเตอรี่รถยนต์ที่ชาร์จเต็มแล้ว อย่างไรก็ตามแม้ในด้านนี้ก็มีคู่แข่งมากมาย ตลอดประวัติศาสตร์ มนุษย์ได้พัฒนาวิธีใหม่ในการรวบรวมและกักเก็บพลังงาน เราพบประเภทการจัดเก็บที่ง่ายที่สุดทุกครั้งที่เราไขลานนาฬิกากลไก ข้อได้เปรียบหลักของสปริงโลหะคือการออกแบบที่เรียบง่าย แต่ในแง่ของความหนาแน่นสะสมนั้น จัดอยู่ในอันดับที่ท้ายสุดของระดับพลังงานของแบตเตอรี่ สปริงที่ดีที่สุดไม่สามารถ “ประหยัด” ได้มากกว่า 0.5 กิโลจูลต่อน้ำหนักตัวหนึ่งกิโลกรัม ยางยืดธรรมดาสามารถ “เก็บ” ได้มากกว่า 8 เท่า ส่วนที่กว้างขวางยิ่งกว่านั้นคือส่วนที่ช่างไฟฟ้ามักเรียกว่า "ความจุ" ชื่อที่ถูกต้อง- ตัวเก็บประจุ ที่นี่คุณสามารถรับ 12 kJ ต่อกิโลกรัมได้แล้ว ตัวเก็บประจุต่อไปนี้ในกลุ่มอุปกรณ์จัดเก็บข้อมูล ได้แก่ ก๊าซและก๊าซพลังน้ำ การออกแบบค่อนข้างซับซ้อนอุปกรณ์เหล่านี้ไม่ค่อยได้ใช้ (ยกเว้นตัวปิดประตูไฮดรอลิก) แต่ผู้คนใช้ "แบตเตอรี่ไพโร" แบบไฟฟ้ากับอิเล็กโทรไลต์ที่ไม่ใช่น้ำ (ความเข้มข้นของพลังงานสูงถึง 70 กิโลจูล/กก.) ตลอดเวลา ที่อุณหภูมิสูง ความจุและพลังงานที่ส่งออกของแหล่งกำเนิดดังกล่าวสามารถเพิ่มขึ้นได้ตามลำดับความสำคัญ “แบตเตอรี่ไฟฟ้าร้อน” ทางอุตสาหกรรม “จัดเก็บ” ได้ตั้งแต่ 400 ถึง 700 กิโลจูลต่อกิโลกรัม อย่างไรก็ตามอุณหภูมิในการทำงานสูงถึง 800 องศา และการปล่อยคลอรีนที่เป็นพิษทำให้ไม่เหมาะกับ การใช้งานทางแพ่ง- แต่อายุการเก็บรักษาที่ยาวนานในสภาวะเย็นและการกลับสู่โหมดการทำงานอย่างรวดเร็วนั้นได้รับความนิยมอย่างมากจากกองทัพที่ใช้แบตเตอรี่ดังกล่าวเป็นส่วนหนึ่งของขีปนาวุธและอุปกรณ์ตอบสนองอย่างรวดเร็วอื่น ๆ ในการปฏิบัติหน้าที่การต่อสู้ “ราชาแห่งการขับเคลื่อน” ที่แท้จริงควรได้รับการยอมรับว่าเป็นมู่เล่ธรรมดา ยูล่าที่เรารู้จักมาตั้งแต่เด็ก ที่นี่เรากำลังพูดถึงตัวเลขหลักพันและหมื่นกิโลจูล อุปกรณ์กักเก็บคาร์บอนไฟเบอร์ที่ดีทางอุตสาหกรรมสามารถ “กักเก็บ” ได้ถึง 15,000 กิโลจูล และนี่ไม่ใช่ขีดจำกัด ในความเป็นจริงความเข้มของพลังงานของมู่เล่นั้นถูกกำหนดโดยความแข็งแกร่งของโครงสร้างเท่านั้น ไม่นานก่อนที่จะเริ่มมหาราช สงครามรักชาติที่โรงงานป้องกันแห่งหนึ่งของเรา มู่เล่ที่ติดตั้งอยู่ในห้องใต้ดินถูกฉีกออกเป็นชิ้นๆ ชิ้นส่วนของมู่เล่ที่มีน้ำหนักประมาณ 300 กิโลกรัมซึ่งทะลุเพดานคอนกรีตทั้งหมดแล้วบินขึ้นไปบนท้องฟ้าและตกลงมาเป็นครั้งที่สองทะลุหลังคา - พลังงานมหาศาลดังกล่าวสะสมอยู่ในนั้น
บริการรับฝากสัมภาระ
นี่คือลักษณะของวงโคจร 3 มิติในอะตอมไฮโดรเจน ตาม กลศาสตร์ควอนตัมอิเล็กตรอนไม่มีวิถีการเคลื่อนที่ที่ชัดเจน และวงโคจรเป็นบริเวณของอวกาศที่มีแนวโน้มว่าจะคงอยู่มากที่สุด
ปัจจุบัน เชื้อเพลิงไฮโดรเจนถูกจัดเก็บไว้สามวิธี: ในรูปแบบอัด, ในรูปของเหลว และในโลหะไฮไดรด์ แน่นอนว่าสิ่งที่ง่ายที่สุดคือการสูบไฮโดรเจนเข้าไปในถังด้วยคอมเพรสเซอร์ที่ทรงพลัง ในถังของ Mazda รุ่นเดียวกัน เชื้อเพลิงไฮโดรเจนบรรจุอยู่ภายใต้ความกดดัน 350 บรรยากาศ แต่วิธีนี้ซึ่งมีราคาถูกที่สุดก็เป็นวิธีที่ไม่ปลอดภัยที่สุดเช่นกัน ด้วยสิ่งนี้ ความดันโลหิตสูงจุดอ่อนในระบบอาจคุกคามการรั่วไหลของก๊าซ และที่ใดมีรั่ว ที่นั่นมีไฟไหม้ หรือแม้แต่ระเบิด
วิธีที่เชื่อถือได้และใช้งานได้จริงมากขึ้นคือการรักษาไฮโดรเจนให้อยู่ในรูปของเหลว แต่สำหรับสิ่งนี้จะต้องทำให้เย็นลงถึง -253 องศาเซลเซียส ใน BMW เชื้อเพลิงจะถูกจัดเก็บในรูปแบบนี้ทุกประการ ดังนั้นเกือบครึ่งหนึ่งของระบบเชื้อเพลิงจึงถูกครอบครองโดยฉนวนกันความร้อนอันทรงพลัง และเช่นเดียวกันก็คุ้มค่าที่จะทิ้งรถไว้ในลานจอดรถเป็นเวลาหนึ่งสัปดาห์แล้วจะได้พบกับเจ้าของที่กลับมาพร้อมกับถังเปล่า ไม่มีฉนวนจำนวนเท่าใดที่สามารถป้องกันระบบจากความร้อนได้อย่างสมบูรณ์ เป็นผลให้ไฮโดรเจนเริ่มระเหย ความดันในถังเพิ่มขึ้น และก๊าซก็ถูกปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศผ่านทาง วาล์วนิรภัย- โดย ข้อกำหนดทางเทคนิคชาร์จเต็มจะระเหยภายในเวลาเพียงสามวัน...
วิธีที่มีแนวโน้มมากที่สุดคือการจัดเก็บในองค์ประกอบของโลหะไฮไดรด์ ปรากฎว่าไฮโดรเจนละลายได้ดีในโลหะ เช่นเดียวกับฟองน้ำที่ถูกดูดซับน้ำ นอกจากนี้ยังถูกดูดซับในปริมาณมากซึ่งเกินปริมาณของ "ฟองน้ำ" อย่างมาก โลหะดังกล่าว "อิ่มตัว" ด้วยไฮโดรเจนเรียกว่าโลหะไฮไดรด์ เมื่อเย็นลง พวกมันจะดูดซับไฮโดรเจน และเมื่อถูกความร้อน พวกมันจะปล่อยมันออกมาอย่างแข็งขัน เมื่อปีที่แล้ว ผู้เชี่ยวชาญจากห้องปฏิบัติการแห่งชาติอเมริกันแปซิฟิกตะวันตกเฉียงเหนือได้สร้างวัสดุที่ใช้แอมโมเนียโบเรน ซึ่งสามารถดูดซับและปล่อยไฮโดรเจนได้ที่อุณหภูมิ 80 องศา ในอัตราที่สูงกว่าที่มีอยู่เดิมถึงหนึ่งร้อยเท่า และ Taner Yildirim จาก American National Institute of Standards and Technology ร่วมกับ Salim Sairaki จาก Turkish Bilkent University ได้พัฒนาวัสดุที่สามารถดูดซับก๊าซไฮโดรเจนได้มากถึง 9,000 ลิตรต่อธาตุ 10 กิโลกรัม! นี่คือนาโนคอมเพล็กซ์แบบผลึกพิเศษที่ประกอบด้วยท่อนาโนคาร์บอนด้วยกล้องจุลทรรศน์ที่ฝังด้วยไททาเนียมด้านนอก ซึ่งแต่ละท่อบางกว่าเส้นผมมนุษย์ถึง 5,000 เท่า มนุษย์สามารถสร้าง "อุปกรณ์จัดเก็บ" คาร์บอนไททาเนียมดังกล่าวได้แล้ว แต่มันมีราคาแพงเกินไป ลาก่อน. อย่างไรก็ตาม เราทราบว่าเมื่อไม่นานมานี้ คอมพิวเตอร์ส่วนบุคคลมีราคาพอๆ กับรถยนต์ดีๆ
ดูเหมือนว่ามนุษยชาติพร้อมที่จะกระโดดเข้าสู่ยุคไฮโดรเจน เชื้อเพลิงชนิดใหม่นี้เหมาะกับนักวิทยาศาสตร์ นักอนุรักษ์สิ่งแวดล้อม ผู้ประกอบการ นักการเมือง และ คนธรรมดา- และมีเพียงปัญหาเดียวที่ทำให้คุณไม่สามารถเปลี่ยนมาใช้ได้ ยังไม่ชัดเจนว่าจะหาไฮโดรเจนนี้ได้ที่ไหน
วิธีที่จะเป็นคูเวตใหม่
การผลิตไฮโดรเจนด้วยกระแสไฟฟ้านั้นไม่น่าจะเป็นไปได้ ท้ายที่สุดแล้ว ในการที่จะแยกน้ำออกเป็นส่วนประกอบต่างๆ คุณต้องมีไฟฟ้า และน้ำก็ถูกผลิตขึ้นมา... ใช่แล้ว โดยพื้นฐานแล้วโดยการเผาไหม้น้ำมันชนิดเดียวกัน เงินสำรอง ก๊าซธรรมชาติซึ่งไฮโดรเจนสามารถแยกออกจากกันได้ด้วยการสลายตัวด้วยความร้อนนั้นไม่มีที่สิ้นสุดเช่นกัน
นักสิ่งแวดล้อมเสนอให้ใช้เพียงลมและพลังงานแสงอาทิตย์ที่สะอาดเพื่อผลิตไฮโดรเจน แต่โครงการทั้งหมดเหล่านี้ไม่สมจริงมากนัก ผู้เชี่ยวชาญชาวอังกฤษพิจารณาว่าในการที่จะถ่ายโอนยานพาหนะทั้งหมดของเกาะไปยัง H2 ที่ "สะอาด" นั้นจำเป็นต้องสร้างแถบชายฝั่งทะเลทั้งหมดของประเทศด้วยกังหันลมหลายแถว กับ พลังงานแสงอาทิตย์นอกจากนี้ยังไม่ค่อยได้ผลนัก: เซลล์แสงอาทิตย์มีราคาแพงมากและการผลิตของพวกมันทำให้เกิดของเสียที่เป็นอันตรายมากจนเป็นการดีกว่าที่จะเผาน้ำมัน พูดอย่างเคร่งครัด เซลล์แสงอาทิตย์แบบเซมิคอนดักเตอร์ที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในปัจจุบันมีราคาแพง สาเหตุหลักมาจากการถลุง การทำให้บริสุทธิ์ และการประมวลผลซิลิคอนที่ใช้ในการผลิตนั้น ต้องใช้พลังงานมากกว่าที่จะสามารถสร้างได้ตลอดอายุการใช้งานทั้งหมด สิ่งที่เหลืออยู่คือ "อะตอมสงบสุข" แต่เพื่อที่จะผลิตปริมาณไฮโดรเจนที่ผู้ขับขี่รถยนต์ชาวอังกฤษต้องการจากน้ำ จำเป็นต้องสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ใหม่มากกว่า 100 แห่งบนเกาะ - ไม่ใช่วิธีแก้ปัญหาที่น่าสนใจที่สุดหากคุณประเมินขนาด ของการลงทุนที่จำเป็นและปัญหาการกำจัดหรือกำจัดของเสีย
นักวิทยาศาสตร์และนักประดิษฐ์กำลังพยายามแก้ไขปัญหาโดยเพาะพันธุ์แบคทีเรียสายพันธุ์พิเศษที่ผลิตไฮโดรเจน และคลุมหลังคาโรงรถด้วยเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดพิเศษที่จะแยกน้ำออกเป็นไฮโดรเจนและออกซิเจนโดยไม่ต้องใช้ขั้นตอนไฟฟ้าขั้นกลาง นักเคมีจากมหาวิทยาลัยลีดส์แห่งอังกฤษถึงกับเสนอให้สกัดไฮโดรเจนจากน้ำมันดอกทานตะวัน แต่เห็นได้ชัดว่าทั้งหมดนี้เป็นเพียงวิธีแก้ปัญหาชั่วคราวเท่านั้น
แล้วเราถึงทางตันแล้วเหรอ? ไม่เชิง. โดยทั่วไปแล้ว ไฮโดรเจนเป็นองค์ประกอบที่พบมากที่สุดในจักรวาล ประกอบด้วย 70% ของมัน แต่บนโลกนี้ น่าแปลกที่องค์ประกอบนี้ในรูปแบบอิสระขาดแคลนเพียง 3-4% เท่านั้น หรืออาจจะยังมีมากกว่านี้? นี่คือจุดที่เรามาถึงส่วนที่น่าสนใจที่สุด
ย้อนกลับไปในทศวรรษที่ 70 ของศตวรรษที่ผ่านมา นักธรณีวิทยาชื่อดัง Vladimir Larin ได้พัฒนาทฤษฎีที่ได้รับการสนับสนุนจากนักวิทยาศาสตร์หลายคนและยังไม่มีใครโต้แย้งซึ่งอ้างว่าเรามีไฮโดรเจนมากกว่ามาก ไม่เพียงแต่ เรามีมหาสมุทรทั้งหมดซึ่งคุณแค่ต้องไปให้ถึง และมันก็ไม่ใช่เรื่องยากที่จะทำ การเจาะบ่อน้ำหลาย ๆ ห้าหกกิโลเมตรในสถานที่ที่เหมาะสมก็เพียงพอแล้ว ในการพัฒนาแนวคิดนี้ ลารินได้รับปริญญาเอก
สาระสำคัญของทฤษฎีคือแกนกลางของโลกของเราไม่ได้ประกอบด้วยเหล็กอย่างที่คิดไว้ก่อนหน้านี้ แต่เป็นของโลหะไฮไดรด์ จากแมกนีเซียมและซิลิคอนที่อิ่มตัวด้วยไฮโดรเจนอย่างมาก และจากเหล็กเท่านั้น จริงๆ แล้วไม่มีหลักฐานว่าแกนโลกเป็นเหล็ก นักวิทยาศาสตร์เมื่อต้นศตวรรษที่ผ่านมาพบว่าประกอบด้วยโลหะหนาแน่นและเชื่อว่าโลหะนี้คือเหล็ก แต่มีหลักฐานมากมายสำหรับทฤษฎีเมทัลไฮไดรด์ ภูเขาไฟและรอยเลื่อนของโลกปล่อยไฮโดรเจนออกสู่ชั้นบรรยากาศตรงตามที่กำหนดในทฤษฎีโลหะไฮไดรด์ และตรงกันข้ามกับสิ่งที่ทฤษฎีเหล็กตั้งสมมติฐาน ตามทฤษฎีของเขา ลารินทำนายการปรากฏตัวของโลหะพื้นเมืองในหินบะซอลต์ได้อย่างถูกต้อง มันอธิบายได้อย่างง่ายดายถึงการกระโดดอย่างลึกลับในความหนาแน่นของเนื้อโลกที่ระดับความลึก 400, 670 และ 1,050 กม.
แต่สิ่งที่สำคัญที่สุดในทฤษฎีนี้คือสิ่งนี้ บนพื้นดินมีสถานที่หลายแห่งที่กำหนดไว้อย่างชัดเจน ซึ่งเปลือกโลกมีความหนาเพียง 5-10 กม. (ปกติ 100-150) เหล่านี้คือสิ่งที่เรียกว่าพื้นที่รอยแยก ตามทฤษฎีของลาริน การเจาะบ่อหลายๆ หลุมในสถานที่เหล่านี้จะทำให้เราไปถึงชั้นเมทัลไฮไดรด์ได้ จากนั้น โดยการสูบน้ำเข้าไปในบ่อใดบ่อหนึ่ง ก็จะเป็นไปได้ที่จะได้รับไฮโดรเจนบริสุทธิ์จากบ่ออื่นในปริมาณที่ไม่จำกัด ยิ่งไปกว่านั้น ก๊าซที่ต้องการจะไม่เพียงถูกปล่อยออกมาจากโลหะไฮไดรด์เท่านั้น แต่ยังจะได้มาจากการรวมตัวของแมกนีเซียมอัลคาไลน์เอิร์ธกับน้ำอีกด้วย การคำนวณโดยนักวิทยาศาสตร์ของสาขาไซบีเรียของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งสหภาพโซเวียตในปี 1989 แสดงให้เห็นว่าหากทฤษฎีโลหะไฮไดรด์ถูกต้อง พื้นที่ 20 ตารางกิโลเมตรจะผลิตไฮโดรเจนได้เพียงพอต่อปีซึ่งสามารถทดแทนน้ำมันได้ 400 ล้านตัน และนี่ก็เป็นมากกว่าที่รัสเซียผลิตทั้งหมดในปัจจุบัน
ในปี 1989 เดียวกัน มีการจัดการประชุมที่สถาบันธรณีวิทยาภายใต้การอุปถัมภ์ของ Academy of Sciences ซึ่งพวกเขาได้ยินรายงานของ Larin และตัดสินใจว่า: "เพื่อแนะนำการขุดเจาะลึกพิเศษ (สูงสุด 10-12 กม.) ในพื้นที่ การรื้อถอนสมัยใหม่... เพื่อเสนอให้ Tunkinskaya Depression เป็นวัตถุที่การเจาะทำได้เพียงเท่านั้น คุ้มค่ามากด้านพลังงานและนิเวศน์ เพราะจะทำให้เราสามารถประเมินและทดสอบความเป็นไปได้ตามหลักวิทยาศาสตร์ในการค้นพบแหล่งพลังงานใหม่ที่เป็นพื้นฐานและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมที่สามารถแข่งขันกับแหล่งพลังงานแบบดั้งเดิมได้...” ภาวะเศรษฐกิจตกต่ำตุนกาเป็นสถานที่ไม่ไกลจากทะเลสาบไบคาล ซึ่งจะมีความหนา เปลือกโลกเพียง 4-5 กม. มีสถานที่เช่นนี้ไม่กี่แห่งบนโลก นอกจากภาวะเศรษฐกิจตกต่ำนี้แล้ว ยังมีพื้นที่ที่เหมาะสำหรับการขุดเจาะในไอซ์แลนด์ อิสราเอล (เป็นที่อิจฉาของชีคน้ำมันอาหรับ) แคนาดาตะวันตก และสหรัฐอเมริกา ในรัฐเนวาดา
น่าเสียดายที่ในช่วงปลายทศวรรษที่ 80 และต้นทศวรรษที่ 90 สิ่งต่างๆ ไม่ได้เกิดขึ้นกับการขุดเจาะ "ไฮโดรเจน" ประเทศไม่มีเวลาสำหรับบ่อทดลอง ทุกวันนี้ เมื่อน้ำมันคือ "ทุกสิ่งของเรา" ไม่มีใครกระตือรือร้นเป็นพิเศษที่จะสกัดไฮโดรเจน โดยเสนอให้เป็นผู้ประดิษฐ์น้ำมันทดแทนฟรีเพื่อเป็นรางวัลสำหรับการค้นพบนี้ โดยให้เลือกว่าจะยิงหรือแยกส่วน คนเดียวเท่านั้น ผู้มีอำนาจของรัสเซียผู้ซึ่งลงทุนเงินจำนวนมากในการพัฒนาพลังงานไฮโดรเจนไม่ใช่ราชาแห่งน้ำมันนิกเกิลอย่างวลาดิมีร์โปทานิน ในเดือนเมษายนของปีนี้ เขาได้ซื้อหุ้น 35% ของบริษัทที่ขาดทุนด้วยมูลค่า 241 ล้านดอลลาร์ บริษัทอเมริกัน Plug Power ซึ่งผลิตเซลล์เชื้อเพลิง นักวิเคราะห์กล่าวว่านี่เป็นการลงทุนภาคเอกชนครั้งใหญ่ที่สุดในประวัติศาสตร์พลังงานไฮโดรเจน และในปี 2546 มิคาอิล Prokhorov หุ้นส่วนของผู้มีอำนาจในการประชุมร่วมกันของรัฐสภาของ Russian Academy of Sciences และคณะกรรมการ Norilsk Nickel ระบุว่า "หากประเทศไม่พยายามก้าวไปสู่ "ยุคไฮโดรเจน" อย่างกล้าหาญในวันนี้ จากนั้นอีกสิบห้าปีก็จะพบว่าตัวเองตกอยู่ในภาวะซึมเศร้าอย่างรุนแรงเพราะน้ำมันจะไม่จำเป็นต่อโลก”
เป็นไปได้ว่าเขาพูดถูก เป็นธรรมชาติของมนุษย์ที่จะแยกจากสิ่งที่สะดวกน้อยกว่าอย่างรวดเร็วและหันไปหาสิ่งที่สะดวกกว่า จำไว้ว่าเขาใช้เวลาหลายปีในการเปลี่ยนแผ่นเสียงด้วยซีดี ใช้เวลานานเท่าใดในการพันธนาการโลกด้วยอินเทอร์เน็ต? ใช้เวลานานแค่ไหนในการพิชิตอารยธรรมของเรา? โทรศัพท์มือถือ- ไม่ว่าคนขี้ระแวงจะพูดอะไร แต่ถ้ามนุษยชาติได้รับไฮโดรเจนราคาถูกเข้ามา ปริมาณที่เพียงพอจากนั้นการเปลี่ยนผ่านจะเกิดขึ้นภายในไม่เกินหนึ่งทศวรรษ นี่เป็นเพียง "อายุการใช้งาน" โดยเฉลี่ยของรถยนต์ทั่วไป
สิ่งสำคัญสำหรับเราคือการมีเวลาเจาะบ่อ Tunkinskaya เมื่อถึงเวลานั้น
ความเกี่ยวข้องของปัญหานี้ในปัจจุบันค่อนข้างสูงเนื่องจากขอบเขตของการใช้ไฮโดรเจนนั้นกว้างมากและในรูปแบบที่บริสุทธิ์นั้นแทบไม่พบในธรรมชาติเลย นั่นคือเหตุผลที่ได้มีการพัฒนาเทคนิคหลายอย่างเพื่อให้สามารถสกัดก๊าซนี้จากสารประกอบอื่น ๆ ผ่านปฏิกิริยาทางเคมีและกายภาพได้ นี่คือสิ่งที่จะกล่าวถึงในบทความข้างต้น
วิธีการผลิตไฮโดรเจนในสภาวะทางอุตสาหกรรม
การสกัดโดยการแปลงมีเทน- น้ำในสถานะเป็นไอซึ่งถูกทำให้ร้อนถึง 1,000 องศาเซลเซียส จะถูกผสมกับมีเทนภายใต้ความกดดันและมีตัวเร่งปฏิกิริยา วิธีนี้น่าสนใจและได้รับการพิสูจน์แล้ว ควรสังเกตว่ามีการปรับปรุงอย่างต่อเนื่อง: กำลังค้นหาตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่ ราคาถูกกว่า และมีประสิทธิภาพมากขึ้น
ลองพิจารณาวิธีการผลิตไฮโดรเจนที่เก่าแก่ที่สุด - การแปรสภาพเป็นแก๊สถ่านหิน- หากไม่สามารถเข้าถึงอากาศและมีอุณหภูมิ 1,300 องศาเซลเซียส ถ่านหินและไอน้ำจะถูกทำให้ร้อน ดังนั้นไฮโดรเจนจึงถูกแทนที่จากน้ำและได้รับคาร์บอนไดออกไซด์ (ไฮโดรเจนจะอยู่ด้านบนคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งได้รับจากปฏิกิริยาจะอยู่ที่ด้านล่าง) นี่จะเป็นการแยกส่วนผสมของแก๊สทุกอย่างง่ายมาก
ผลิตไฮโดรเจนโดยการ กระแสไฟฟ้าของน้ำถือว่ามากที่สุด ตัวเลือกง่ายๆ- ในการนำไปใช้คุณจะต้องเทสารละลายโซดาลงในภาชนะและวางอุปกรณ์ไฟฟ้าสองชิ้นไว้ที่นั่น อันหนึ่งจะมีประจุบวก (แอโนด) และอันที่สองจะมีประจุลบ (แคโทด) เมื่อใช้กระแสไฟฟ้า ไฮโดรเจนจะไปที่แคโทด และออกซิเจนจะไปที่ขั้วบวก
อิเล็กโทรลิซิสของน้ำการผลิตไฮโดรเจนตามวิธี ออกซิเดชันบางส่วน- ใช้โลหะผสมของอลูมิเนียมและแกลเลียมสำหรับสิ่งนี้ มันถูกวางไว้ในน้ำซึ่งส่งผลให้เกิดไฮโดรเจนและอลูมิเนียมออกไซด์ในระหว่างการทำปฏิกิริยา แกลเลียมจำเป็นสำหรับปฏิกิริยาที่จะเกิดขึ้นอย่างสมบูรณ์ (องค์ประกอบนี้จะไม่ยอมให้อะลูมิเนียมออกซิไดซ์ก่อนเวลาอันควร)
เมื่อเร็ว ๆ นี้มันมีความเกี่ยวข้อง วิธีการใช้เทคโนโลยีชีวภาพ: หากขาดออกซิเจนและกำมะถัน Chlamydomonas จะเริ่มปล่อยไฮโดรเจนออกมาอย่างเข้มข้น ผลกระทบที่น่าสนใจมากซึ่งขณะนี้อยู่ระหว่างการศึกษาอย่างแข็งขัน
คลามีโดโมนาส
อย่าลืมวิธีการผลิตไฮโดรเจนแบบเก่าที่ได้รับการพิสูจน์แล้วซึ่งใช้วิธีที่แตกต่างกัน องค์ประกอบอัลคาไลน์และน้ำ โดยหลักการแล้ว เทคนิคนี้จะเป็นไปได้ในสภาพห้องปฏิบัติการ หากมี มาตรการที่จำเป็นความปลอดภัย. ดังนั้นในระหว่างการทำปฏิกิริยา (เกิดขึ้นจากความร้อนและตัวเร่งปฏิกิริยา) โลหะออกไซด์และไฮโดรเจนจึงเกิดขึ้น สิ่งที่เหลืออยู่คือการประกอบมัน
รับไฮโดรเจนโดย ปฏิกิริยาระหว่างน้ำกับคาร์บอนมอนอกไซด์เป็นไปได้เฉพาะในสภาวะทางอุตสาหกรรมเท่านั้น ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และไฮโดรเจนเกิดขึ้น หลักการของการแยกพวกมันได้อธิบายไว้ข้างต้น
คาร์บอนมอนอกไซด์
เป็นไปได้หรือไม่ที่จะผลิตไฮโดรเจนในห้องปฏิบัติการหรือที่บ้าน?
สิ่งนี้สามารถทำได้ แต่อย่าทำจะดีกว่า เหตุผลก็คือการระเบิดของไฮโดรเจน นอกจากนี้ ปฏิกิริยาทั้งหมดที่ปล่อยออกมาจะเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน กล่าวคือ มาพร้อมกับการปล่อยความร้อนที่รุนแรง หากคุณตัดสินใจที่จะสังเคราะห์ไฮโดรเจนที่บ้านและจะไม่เบี่ยงเบนไปจากความตั้งใจของคุณ คุณจะต้องดำเนินการข้างนอก ถ้ามี ภาวะฉุกเฉินจึงมีผู้เสียชีวิตน้อยลง ใน สถานการณ์กรณีที่ดีที่สุดคุณจะได้รับแผลไหม้จากความร้อนที่จะเกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาเคมีเท่านั้น
เพื่อผลิตไฮโดรเจนที่บ้าน ต้องใช้รีเอเจนต์หลายชนิด ได้แก่ คอปเปอร์ซัลเฟต เกลือในครัว อลูมิเนียม และน้ำ กระบวนการนี้มีหลายขั้นตอน
- มีความจำเป็นต้องผสมสารละลายกรดกำมะถันกับสารละลายโซเดียมคลอไรด์ทำให้เกิดสารละลายสีเขียว
- ใส่อะลูมิเนียมลงในสารละลายที่เตรียมไว้
- ฟองอากาศที่สะสมอยู่รอบๆ อลูมิเนียมนั้นไม่มีอะไรมากไปกว่าไฮโดรเจน เมื่ออลูมิเนียมฟอยล์ถูกเคลือบด้วยสีแดง แสดงว่าทองแดงถูกแทนที่ด้วยอะลูมิเนียมจากสารละลายแล้ว
ขอย้ำอีกครั้ง หากคุณตัดสินใจที่จะทำงานเพื่อผลิตไฮโดรเจนที่บ้าน คุณต้องแน่ใจว่าคนอื่นจะไม่ได้รับความเดือดร้อนจากกิจกรรมของคุณ แสดงให้เห็นว่าการทดลองไฮโดรเจนที่น่าสนใจและปลอดภัยสามารถทำได้ที่บ้าน
นักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยกลาสโกว์ (UoG) ได้พัฒนา วิธีการใหม่การแยกน้ำออกเป็นออกซิเจนและไฮโดรเจน ซึ่งเป็นเชื้อเพลิงสำหรับแหล่งพลังงานสะอาด เช่น เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจน แต่สิ่งที่น่าสนใจที่สุดคือสิ่งนี้ กระบวนการใหม่ไม่เพียงแต่ปลอดภัยกว่าเท่านั้น แต่ยังให้ผลผลิตไฮโดรเจนมากกว่าวิธีอื่น ๆ ถึง 30 เท่าในปัจจุบัน และตัวชี้วัดที่น่าสนใจของกระบวนการใหม่ดังกล่าวช่วยให้เราสามารถพิจารณาว่าเป็นวิธีแก้ปัญหาการจัดเก็บและขนส่งพลังงานที่ได้รับจากแหล่งพลังงานหมุนเวียนซึ่งสามารถจัดเก็บในรูปของไฮโดรเจนได้ในระยะเวลาไม่ จำกัด
ในธรรมชาติ น้ำจะถูกแบ่งออกเป็นส่วนๆ ตามอิทธิพลของ แสงแดดอันเป็นผลมาจากกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง ไฮโดรเจนที่ปล่อยออกมาในกระบวนการนี้จะทำปฏิกิริยากับ คาร์บอนไดออกไซด์จากชั้นบรรยากาศ ก่อตัวเป็นโซ่ของสารประกอบอินทรีย์ซึ่งเป็นที่มาของเนื้อเยื่อของพืชที่กำลังเติบโต ออกซิเจนที่เกิดขึ้นเป็นผลพลอยได้และถูกปล่อยเข้าไป สิ่งแวดล้อมซึ่งทำให้สิ่งมีชีวิตทั้งหมดบนโลกของเราหายใจได้ กระบวนการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าที่ใช้ในการผลิตไฮโดรเจนเทียมนั้นใช้พลังงานมากและเป็นอันตรายมากกว่ากระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสงตามธรรมชาติ เมื่อดำเนินการกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสแบบดั้งเดิม (อิเล็กโทรไลต์เมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน, PEME) ความน่าจะเป็นสูงการผสมไฮโดรเจนและออกซิเจนทำให้เกิดก๊าซระเบิด และต้องใช้พลังงานเพิ่มเติมอย่างมากเพื่อแยกก๊าซและทำให้ไฮโดรเจนบริสุทธิ์จากออกซิเจนที่หลงเหลืออยู่
พัฒนากระบวนการ กลุ่มวิจัยศาสตราจารย์ลี โครนิน ไม่มีข้อเสียส่วนใหญ่ที่อธิบายไว้ข้างต้นของกระบวนการอิเล็กโทรลิซิสแบบดั้งเดิม กระบวนการนี้ไม่ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีราคาแพงโดยอิงจากสิ่งมีค่าหรือ โลหะหายากบทบาทนี้เล่นโดย "ฟองน้ำ" ของเหลวที่เรียกว่าผู้ไกล่เกลี่ยรีดอกซ์ ฟองน้ำนี้จะดูดซับไฮโดรเจนอิสระที่ปล่อยออกมาอย่างสมบูรณ์และสร้างสารประกอบอนินทรีย์ที่มีไฮโดรเจนที่ปลอดภัยอย่างสมบูรณ์ ในระหว่างกระบวนการนี้ เฉพาะออกซิเจนอิสระบริสุทธิ์เท่านั้นที่ถูกปล่อยออกมา ซึ่งจะถูกปล่อยออกสู่ชั้นบรรยากาศโดยไม่มีปัญหาใดๆ
ในขั้นต้นมีวิธีแก้ปัญหาของผู้ไกล่เกลี่ยรีดอกซ์ซึ่งมีองค์ประกอบทางเคมีซึ่งถูกเก็บเป็นความลับด้วยเหตุผลที่ชัดเจน สีฟ้า- เมื่อกระแสไฟฟ้าถูกจ่ายไปที่อิเล็กโทรดของอุปกรณ์อิเล็กโตรไลเซอร์ ผู้ไกล่เกลี่ยจะเริ่มดูดซับไฮโดรเจนที่ปล่อยออกมาและสีของมันจะอิ่มตัวเมื่อเริ่มเปลี่ยนไป สีเหลือง- และเมื่อตัวกลางอิ่มตัวด้วยไฮโดรเจนอย่างสมบูรณ์ มันจะสูญเสียคุณสมบัติในการเร่งปฏิกิริยา ซึ่งนำไปสู่การหยุดกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสโดยอัตโนมัติ ไฮโดรเจนที่ถูกจับโดยตัวกลางจะถูกปล่อยออกมาอย่างง่ายดาย สิ่งที่ต้องทำก็แค่ใส่ตัวเร่งปฏิกิริยาพิเศษลงในสารละลายของตัวกลางที่อิ่มตัว ในเวลาเดียวกัน อัตราการปล่อยไฮโดรเจนบริสุทธิ์จะสูงกว่าอัตราการปล่อยไฮโดรเจนในกระบวนการอิเล็กโทรไลซิส PEME แบบดั้งเดิมถึง 30 เท่า
ควรสังเกตว่าไฮโดรเจนที่ได้รับจากกระบวนการที่อธิบายไว้ข้างต้นสามารถจัดเก็บและขนส่งได้ในรูปแบบที่ปลอดภัยอย่างยิ่งในรูปแบบของสารละลายเข้มข้นของสารตัวกลางอิ่มตัว นอกจากนี้ ยังค่อนข้างง่ายที่จะแยกไฮโดรเจนที่ถูกจับโดยตัวกลางและควบคุมปริมาณของไฮโดรเจนอย่างแม่นยำโดยการปล่อยตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีพื้นที่จำนวนหนึ่งลงในสารละลาย น่าเสียดายที่คุณลักษณะบางอย่าง เช่น ความคงทนของสารตัวกลาง การปล่อยไฮโดรเจนที่จับตัวกันเอง ฯลฯ ของกระบวนการข้างต้นยังไม่ได้รับการยอมรับอย่างสมบูรณ์ และจำเป็นต้องมีการวิจัยเพิ่มเติม
ศาสตราจารย์โครนินประเมินว่าอาจต้องใช้เวลาหลายปีในการวิจัยเพื่อนำเทคโนโลยีที่ทีมของเขาพัฒนาขึ้นมาสู่การใช้งานจริง และตอนนี้กลุ่มนี้กำลังมองหาองค์กรที่สนใจที่พร้อมลงทุนในการพัฒนาที่มีอนาคตเช่นนี้