Билет 9
Водород практически не встречается в природе в чистой форме и должен извлекаться из других соединений с помощью различных химических методов.
Неоспоримым преимуществом водорода перед другими видами топлива служит то, что:
1) сырьем для производства водорода является вода и, следовательно, его ресурсы практик чески неограниченны 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 125 510 кДж/кг, т. е. почти в четыре раза большей, чем углерод (32 800 кДж/кг);
5) водород можно транспортировать на любое расстояние, используя существующую систему газопроводов;
6) водород можно хранить в сжиженном виде либо аккумулировать в виде гидридов;
Методы производства водорода
Каталитическая конверсия метана природного газа с водяным паром служит ведущим методом производства водорода. Первичный продукт конверсии метана — это синтез-газ mСО + nН2, который кроме производства водорода используется для получения метанола, высших спиртов, синтетического бензина, синтетической олифы, моющих средств и др. Сущность метода конверсии заключается в окислении метана и его гомологов водяным паром, кислородом или диоксидом углерода по реакциям:
СН4 + Н2O <=> СО + ЗН2 — 206 кДж
CН4 + 0,5O2 <=> СО + 2Н2 + 35 кДж
СН4 + СO2 <=> 2СО + 2Н2 — 248
Суммарно конверсия метана с водяным паром происходит с поглощением теплоты:
СН4 + 2Н2O <=> СO2 + 4Н2 — 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.
Конверсия оксида углерода с водяным паром:
СО + Н2O <=> СO2 + Н2 + 41 кДж
Разделение коксового газа глубоким охлаждением служит методом получения водорода или азото-водородной 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.
Электролиз — наиболее освоенный метод производства водорода из воды; в настоящее время он используется в небольших масштабах при наличии дешевой электроэнергии.
При получении водорода электролизом воды применяют в качестве электролита водные растворы кислот, щелочей или солей, так как электрическая проводимость чистой воды мала.
Биофотолиз воды — разложение воды на водород и кислород с участием микробиологических систем. Производство водорода происходит в биореакторе, содержащем водоросли. Водоросли производят водород при определенных условиях.

Сайт управляется системой uCoz