Получение водорода

Физические свойства

Эмиссионный спектр излучения атомов водорода на фоне сплошного спектра в видимой области

Эмиссионный спектр атомов водорода. Четыре видимые глазом спектральные линии серии Бальмера

Водород — самый лёгкий газ: он легче воздуха в 14,5 раз. Поэтому, например, мыльные пузыри, наполненные водородом, на воздухе стремятся вверх. Чем меньше масса молекул, тем выше их скорость при одной и той же температуре. Как самые лёгкие, молекулы водорода движутся быстрее молекул любого другого газа и тем самым быстрее могут передавать теплоту от одного тела к другому. Отсюда следует, что водород обладает самой высокой теплопроводностью среди газообразных веществ. Его теплопроводность примерно в 7 раз выше теплопроводности воздуха.

Молекула водорода двухатомна — H₂. При нормальных условиях это газ без цвета, запаха и вкуса. Плотность 0,08987 г/л (н. у.), температура кипения −252,76 °C, удельная теплота сгорания 120,9⋅106 Дж/кг, малорастворим в воде — 18,8 мл/л.

Водород хорошо растворим во многих металлах (Ni, Pt, Pd и др.), особенно в палладии (850 объёмов H₂ на 1 объём Pd). С растворимостью водорода в металлах связана его способность диффундировать через них; диффузия через углеродистый сплав (например, сталь) иногда сопровождается разрушением сплава вследствие взаимодействия водорода с углеродом (так называемая декарбонизация). Практически не растворим в серебре.

Фазовая диаграмма водорода

Жидкий водород существует в очень узком интервале температур от −252,76 до −259,2 °C. Это бесцветная жидкость, очень лёгкая (плотность при −253 °C 0,0708 г/см³) и текучая (вязкость при −253 °C 13,8 сП). Критические параметры водорода очень низкие: температура −240,2 °C и давление 12,8 атм. Этим объясняются трудности при ожижении водорода. В жидком состоянии равновесный водород состоит из 99,79 % пара-H₂, 0,21 % орто-H₂.

Твёрдый водород, температура плавления −259,2 °C, плотность 0,0807 г/см³ (при −262 °C) — снегоподобная масса, кристаллы гексагональной сингонии, пространственная группа P6/mmc, параметры ячейки a = 0,378 нм и c = 0,6167 нм.

В 1935 году Уингер и Хунтингтон высказали предположение о том, что при давлении свыше 250 тысяч атм водород может перейти в металлическое состояние. Получение этого вещества в устойчивом состоянии открывало очень заманчивые перспективы его применения — ведь это был бы сверхлёгкий металл, компонент лёгкого и энергоёмкого ракетного топлива. В 2014 году было установлено, что при давлении порядка 1,5—2,0 млн атм водород начинает поглощать инфракрасное излучение, а это означает, что электронные оболочки молекул водорода поляризуются. Возможно, при ещё более высоких давлениях водород превратится в металл. В 2017 году появилось сообщение о возможном экспериментальном наблюдении перехода водорода в металлическое состояние под высоким давлением.

Молекулярный водород существует в двух спиновых формах (модификациях): ортоводород и параводород. Модификации немного различаются по физическим свойствам, оптическим спектрам, также по характеристикам рассеивания нейтронов. В молекуле ортоводорода o-H₂ (т. пл. −259,10 °C, т. кип. −252,56 °C) спины ядер параллельны, а у параводорода p-H₂ (т. пл. −259,32 °C, т. кип. −252,89 °C) — противоположно друг другу (антипараллельны). Равновесная смесь o-H₂ и p-H₂ при заданной температуре называется равновесный водород e-H₂.

Равновесная мольная концентрация параводорода в смеси в зависимости от температуры

Разделить модификации водорода можно адсорбцией на активном угле при температуре жидкого азота. При очень низких температурах равновесие между ортоводородом и параводородом почти нацело сдвинуто в сторону параводорода, так как энергия пара-молекулы немного ниже энергии орто-молекулы. При 80 К соотношение модификаций приблизительно 1:1. Десорбированный с угля параводород при нагревании превращается в ортоводород с образованием равновесной смеси. При комнатной температуре равновесна смесь ортоводорода и параводорода в отношении около 75:25. Без катализатора взаимное превращение происходит относительно медленно, что даёт возможность изучить свойства обеих модификаций. В условиях разреженной межзвёздной среды характерное время перехода в равновесную смесь очень велико, вплоть до космологических.

Акции компаний, работающих с водородом

Если водороду суждено занять основное место в энергетической системе будущего, тогда инвесторам стоит обратить внимание на перечисленные ниже компании. Каждая из них либо работает с водородом, либо изготавливает компоненты и оборудование для водородных систем

Ballard Power Systems Inc

Ballard Power Systems Inc (NASDAQ: BLDP) была основана в 1979 году геофизиком Джеффри Баллардом (Geoffrey Ballard). Компания занимается производством топливных элементов и продуктов для них.

В Ballard Power разработали жидкий химический состав, который можно будет заливать в топливный бак автомобиля, а затем в специальном реакторе из данного раствора будет выделяться водород, необходимый для получения электричества. Для хранения данного химического состава подойдут резервуары, используемые на АЗС. Вопрос только в объёмах производства.

График акций Ballard Power Systems Inc (NASDAQ: BLDP)

К сожалению, Ballard Power Systems является убыточной и руководство не даёт прогнозов по выходу на чистую прибыль.

FuelCell Energy, Inc.

Следующей компанией, на которую стоит обратить внимание, является FuelCell Energy (NASDAQ: FCEL). Компания FuelCell Energy занимается производством экологически чистого водорода и топливных элементов

С чистым водородом дела обстоят сложнее, чем с жидкостью от Ballard Power. Водород взрывоопасен и летуч. Его необходимо хранить в сжатом или жидком виде, что требует дополнительного оборудования для его сжижения и хранения. Но, с другой стороны, для хранения водорода на действующих АЗС после их модернизации могут подойти ёмкости, которые сейчас используются для хранения метана и пропана.

FuelCell Energy также является убыточной, и здесь все надежды только на активное развитие отрасли в будущем. Акции компании с корректировались на 40% от максимальных цен, достигнутых в феврале 2021 года. Для долгосрочных инвесторов это может оказаться хорошей возможностью для покупки акций.

График акций FuelCell Energy (NASDAQ: FCEL)

Plug Power Inc.

Ещё одним ярким представителем данного сектора является компания Plug Power (NASDAQ: PLUG), акции которой за 6 месяцев взлетели в цене более чем на 1300%. Компания занимается разработкой систем водородных топливных элементов, которые заменяют обычные аккумуляторы на оборудовании и транспортных средствах, работающих от электричества.

Падение стоимости акций от максимальных значений на 48% привело к негативной реакции участников рынка, и сейчас против компании возбуждаются коллективные иски инвесторов, которые утверждают, что руководство Plug Power ввело их в заблуждение

Если обратить внимание на новостную ленту Yahoo Finance, то там можно увидеть только предупреждение юридических фирм о сроках подачи исков к компании Plug Power

Новостная лента Yahoo Finance

Plug Power, как и компании представленные выше, тоже является убыточной. Данные с сайта macrotrends.net от 2006 года показывают, что лишь в 2014 году компания смогла выйти на чистую прибыль в размере 4 млн USD, всё остальное время компания демонстрировала только убытки.

График акций Plug Power (NASDAQ: PLUG)

Nikola Corporation

Затрагивая тему водорода, невозможно обойти стороной скандально известную компанию Nikola Corporation (NASDAQ: NKLA), которая пытается сделать электрогрузовик, работающий на водороде.

В 2016 году публике был представлен концепт грузовика на водородных топливных элементах, которые вырабатывают электричество, необходимое для его движения. На одной заправке водородом электрогрузовик Nikola One может преодолеть 1 200 миль (1 900 км), что пока недосягаемо для электрогрузовика от Tesla.

График акций Nikola Corporation (NASDAQ: NKLA)

Другие компании

Есть и другие компании, которые взаимодействуют с водородом, и развитие отрасли может позитивно отразиться на их доходах. К таким компаниям относятся:

1. Air Products & Chemicals (NYSE: APD)
2. Bloom Energy (NYSE: BE)
3. Linde PLC (NYSE: LIN)
4. DuPont de Nemours Inc (NYSE: DD)

Водородная энергетика в Германии

Курс на водородную энергетику окончательно зафиксировала Национальная стратегия развития водородной энергетики ФРГ, опубликованная 10 июня 2020 года. Долгосрочная цель страны — создать нейтральную для климата экономику с сокращением выбросов СО₂ на 95% от уровня 1990 года. И водороду, на который будет переведен не только транспорт, но и металлургия с нефтехимической промышленностью, в этом процессе отводится центральная роль.

На развитие водородной энергетики Германия выделит более €10 млрд до 2023 года: €7 млрд на «запуск рынка» (то есть на создание рамочных условий и стимулирование внутреннего спроса), €2 млрд на международное сотрудничество и еще €1 млрд — на нужды промышленности, которая должна внедрить водородные технологии, чтобы в перспективе стать их экспортером номер один в мире.

Зеленая экономика

Меньше денег, больше эффекта: 10 мировых трендов в «зеленой» энергетике

При этом правительство ФРГ признает экологичным только «зеленый водород», производимый при помощи электроэнергии, полученной из возобновляемых источников — солнца и ветра. Для наращивания его объемов Германии потребуются дополнительные ветрогенерирующие мощности на Северном и Балтийском побережьях. Со временем, «зеленый водород» должен заменить «серый», «голубой» и «бирюзовый», то есть получаемые с выделением CO₂ в атмосферу из ископаемых источников как природный газ или метан.

Правда, стратегия признает, что Германия не сможет обеспечить свои потребности в водороде самостоятельно, и ей придется импортировать либо электроэнергию для производства «зеленого водорода», либо исходные продукты. И €2 млрд, выделенные на развитие международного сотрудничества, пойдут в первую очередь на пилотные проекты солнечной энергетики для производства «зеленого водорода» в Северной Африке и Марокко, где солнце светит круглый год.

Получение

Основная статья: Производство водорода

См. также: Биотехнологическое получение водорода

В промышленности

На 2019 год в мире потребляется 75 млн тонн водорода, в основном в нефтепереработке и производстве аммиака. Из них более 3/4 производится из природного газа, для чего расходуется более 205 млрд м3 газа. Почти все остальное получают из угля. Около 0,1 % (~100 тыс. тонн) вырабатывается электролизом. При производстве водорода в атмосферу поступает ~830 млн тонн CO₂. Себестоимость водорода из природного газа оценивается в 1,5-3 доллара за 1 кг.

Конверсия метана с водяным паром при 1000 °C:

 CH₄ + H₂O  ⇄  CO + 3H₂ 

Пропускание паров воды над раскалённым коксом при температуре около 1000 °C:

 H₂O + C  ⇄  CO↑ + H₂↑ 

Электролиз водных растворов солей:

 2NaCl + 2H₂O →  2NaOH + Cl₂↑ + H₂↑ 

Электролиз водных растворов гидроксидов активных металлов (преимущественно, гидроксида калия)

 2H₂O →4e− 2H₂↑ + O₂↑

Кроме того, существует промышленная технология электролиза химически чистой воды, без применения каких-либо добавок. Фактически, устройство представляет собой обратимый топливный элемент с твёрдой полимерной мембраной.

Каталитическое окисление кислородом:

 2CH₄ + O₂ ⇄  2CO + 4H₂ 

Крекинг и риформинг углеводородов в процессе переработки нефти.

В лаборатории

Действие разбавленных кислот на металлы. Для проведения такой реакции чаще всего используют цинк и разбавленную серную кислоту:

 Zn + H₂SO₄ → ZnSO₄ + H₂↑

Взаимодействие кальция с водой:

 Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂↑

Гидролиз гидридов:

 NaH + H₂O → NaOH + H₂↑ 

Действие щелочей на цинк или алюминий:

 2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂↑

 Zn + 2KOH + 2H₂O → K₂[Zn(OH)₄] + H₂↑

С помощью электролиза. При электролизе водных растворов щелочей или кислот на катоде происходит выделение водорода, например:

 2H₃O+ + 2e− → 2H₂O + H₂↑

Очистка

В промышленности реализованы несколько способов очистки водорода из углерод-содержащего сырья (т. н. водородсодержащий газ — ВСГ).

• Низкотемпературная конденсация: ВСГ охлаждают до температур конденсации метана и этана, после чего водород отделяют ректификацией. Процесс ведут при температуре −158 °C и давлении 4 МПа. Чистота очищенного водорода составляет 93—94 % при его концентрации в исходном ВСГ до 40 %.
• Адсорбционное выделение на цеолитах: Настоящий метод на сегодняшний день наиболее распространён в мире. Метод достаточно гибок и может использоваться как для выделения водорода из ВСГ, так и для доочистки уже очищенного водорода. В первом случае процесс ведут при давлениях 3,0—3,5 МПа. Степень извлечения водорода составляет 80-85 % с чистотой 99 %. Во втором случае часто используют процесс «PSA» фирмы «Union Carbide». Он впервые был реализован в промышленности в 1978 году. На настоящий момент функционирует более 250 установок от 0,6 до 3,0 млн м3 H₂/сут. Образуется водород высокой чистоты 99,99 %.
• Абсорбционное выделение жидкими растворителями: Этот метод применяется редко, хотя водород получается высокой чистоты 99,9 %.
• Концентрирование водорода на мембранах: На лучших образцах метод позволяет получать водород чистотой 95-96 %, однако производительность таких установок невысока.
• Селективное поглощение водорода металлами: Метод основан на способности сплавов лантана с никелем, железа с титаном, циркония с никелем и других поглощать до 30 объёмов водорода.

Стоимость

Стоимость водорода при крупнооптовых поставках колеблется в диапазоне 2—7 USD/кг. В небольших количествах перевозится в стальных баллонах зелёного или тёмно-зелёного цвета.

Получение водорода

В промышленности технический водород получают:

• электролизом воды;
• методом глубокого охлаждения газовых смесей, содержащих водород;
• железо-паровым способом;
• из водяного газа путем окисления содержащейся в нем окиси углерода водяным паром в присутствии катализатора;
• в специальных водородных генераторах воздействием серной кислоты на железную стружку и цинк.

Получение водорода из кислот

На первых порах источником для получения водорода служили кислоты. Так и в наше время в лабораториях часто получают его средневековым способом — действием цинка на серную кислоту. Реакция протекает по уравнению:

Zn + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂

Вместо цинка можно взять железо в виде стружек или алюминий. Водород получается, загрязненный побочными продуктами разложения серной кислоты, и, если это требуется, его приходится очищать.

Добыча водорода из промышленных газов

Огромные количества водорода, необходимые современной промышленности, получают сейчас электролизом раствора щелочи и извлекают из промышленных газов — коксовальных печей, газов, получаемых при переработке нефти и др.

При переработке каменного угля на кокс дополнительно получается деготь и коксовый газ. В состав газа входит до 50-60% водорода (H₂), 20-25% метана (СН₄), окись углерода (СО), азот (N) и др.

В статье о свойствах гелия и способах его производства описан процесс получения гелия методом фракционной конденсации. Так же поступают и с коксовым газом. Но чтобы отделить водород от других составных частей, требуется очень глубокое охлаждение из-за низкой критической температуры водорода.

Производство водорода из воды

Наиболее широко распространенным способом производства водорода является — электролиз дистиллированной воды. В результате чего получают водород, кислород и некоторые примеси.

Единственным исходным сырьем для добычи водорода электролитическим методом служит вода. Чистая, дистиллированная вода обладает огромным сопротивлением и почти совершенно не проводит электрический ток. Вот почему для того чтобы сделать воду электропроводной, в ней нужно растворить какую-нибудь соль, кислоту или основание, которые дают ионы.

Через водный раствор щелочи (например: каустическая сода) пропускают постоянный электрический ток. При этом вода разлагается, и на отрицательном электроде (катоде) выделяется водород, а на положительном электроде (аноде) — кислород, также являющийся важным промышленным продуктом.

Большой расход электроэнергии является главным недостатком данного способа, поэтому применение водорода полученного при помощи электролиза целесообразно при одновременном использовании вместе с кислородом. В связи с этим в последнее время портативные водородные сварочные аппараты для газовой сварки и пайки пользуются все большей популярностью.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ получения водорода и кислорода из пара воды

, включающий пропускание этого пара через электрическое поле, отличающийся тем, что используют перегретый пар воды с температурой500 — 550 o C , пропускаемый через электрическое поле постоянного тока высокого напряжения для диссоциации пара и разделения его на атомы водорода и кислорода.

Давно хотел сделать подобную штуку. Но дальше опытов с батарейкой и парой электродов не доходило. Хотелось сделать полноценный аппарат для производства водорода, в количествах для того чтобы надуть шарик. Прежде чем делать полноценный аппарат для электролиза воды в домашних условиях, решил все проверить на модели.

Общая схема электролизера выглядит так.

Эта модель не подходит для полноценной ежедневной эксплуатации. Но проверить идею удалось.

Итак для электродов я решил применить графит. Прекрасный источник графита для электродов это токосъемник троллейбуса. Их полно валяется на конечных остановках. Нужно помнить, что один из электродов будет разрушаться.

Пилим и дорабатываем напильником. Интенсивность электролиза зависит от силы тока и площади электродов.

К электродам прикрепляются провода. Провода должны быть тщательно изолированы.

Для корпуса модели электролизера вполне подойдут пластиковые бутылки. В крышке делаются дырки для трубок и проводов.

Все тщательно промазывается герметиком.

Для соединения двух ёмкостей подойдут отрезанные горлышки бутылок.

Их необходимо соединить вместе и оплавить шов.

Гайки делаются из бутылочных крышек.

В двух бутылках в нижней части делаются отверстия. Все соединяется и тщательно заливается герметиком.

В качестве источника напряжения будем использовать бытовую сеть 220в. Хочу предупредить, что это довольно опасная игрушка. Так что, если нет достаточных навыков или есть сомнения, то лучше не повторять. В бытовой сети у нас ток переменный, для электролиза его необходимо выпрямить. Для этого прекрасно подойдет диодный мост. Тот что на фотографии оказался не достаточно мощным и быстро перегорел. Наилучшим вариантом стал китайский диодный мост MB156 в алюминиевом корпусе.

Диодный мост сильно нагревается. Понадобится активное охлаждение. Кулер для компьютерного процессора подойдет как нельзя лучше. Для корпуса можно использовать подходящую по размеру распаячную коробку. Продается в электротоварах.

Под диодный мост необходимо подложить несколько слоев картона.

В крышке распаячной коробки делаются необходимые отверстия.

Так выглядит установка в сборе. Электролизер запитывается от сети, вентилятор от универсального источника питания. В качестве электролита применяется раствор пищевой соды. Тут нужно помнить, что чем выше концентрация раствора, тем выше скорость реакции. Но при этом выше и нагрев. Причем свой вклад в нагрев будет вносить реакция разложения натрия у катода. Эта реакция экзотермическая. В результате неё будет образовываться водород и гидроксид натрия.

Тот аппарат, что на фото выше, очень сильно нагревался. Его приходилось периодически отключать и ждать пока остынет. Проблему с нагревом удалось частично решить путем охлаждения электролита. Для этого я использовал помпу для настольного фонтана. Длинная трубка проходит из одной бутылки в другую через помпу и ведро с холодной водой.

Актуальность этого вопроса на сегодняшний день достаточно высока по причине того, что сфера использования водорода чрезвычайно обширна, а в чистом виде он практически нигде в природе не встречается. Именно поэтому было разработано несколько методик, позволяющих осуществлять добычу этого газа из других соединений посредством химических и физических реакций. Об этом и рассказывается в приведенной статье.

Немного истории

Впервые двигатель внутреннего сгорания придумал Франсуа Исаак де Риваз в 1806 г. Этот изобретатель извлёк чистый водород при помощи такой технологии, как электролиз воды. Он изобрёл поршневой двигатель, который назвали в его честь — машина де Риваза. Через пару лет изобретатель сконструировал передвижное устройство с настоящим водородным двигателем. Таким образом, первый водородный автомобиль появился гораздо раньше, чем думают многие.

А самые первые водородные топливные элементы создал в 1863 году английский учёный Вильям Гроув. При помощи опыта он выявил, что при разложении воды на кислород и водород высвобождается энергия. В дальнейшем он создал водородные ячейки, которые стали называть Fuel Cell. Их можно было объединить для получения необходимого количества энергии для автомобиля.

Во время блокады Ленинграда был высокий дефицит бензина, а вот водорода было немало. Техник Б. Шелищ предложил вместо стандартного топлива применять смесь воздуха и водорода для двигателей. Таким образом, в городе работало на водороде более 500 автомобилей ГАЗ-АА.

Первый водородный автомобиль на топливных ячейках создала компания General Motors в 1966, и назывался он GM Electrovan. Гораздо позже, в 1980-х годах, одновременно во многих развитых странах (Япония, США, Канада, Германия и СССР) запустили эксперимент по созданию автомобилей, которые использовали в качестве топлива водород, а также его смеси с бензином и природным газом.

После этих экспериментов в 2000-х годах крупные автоконцерны стали разрабатывать коммерческие автомобили на водородном двигателе. Самым продвинутым и популярным автомобилем стал Toyota Mirai, в котором находится многоячеистый топливный генератор.

На данный момент создание автомобиля на водородном топливе – это дорогое удовольствие, поэтому многие производители ищут способы для снижения этих расходов.

А что значит водородное топливо на самом деле?

Шаг 1: Сооружаем анод

Для создания анода нам понадобятся старый карандаш, нож, клеммы, провода и пистолет с горячим клеем.

Возьмите карандаш и счистите дерево, пока не доберётесь до графитового сердечника. Поместите сердечник в клеммы и закрутите его, но не слишком туго, иначе он сломается.

Оголите концы кабеля и закрепите их с другой стороны закручивающихся клемм.

Изолируйте клеммы горячим клеем. Убедитесь, что соединение водонепроницаемо. Единственное, что не нужно закрывать горячим клеем — графитовые стержни.

Как вы видите на фото, я взял два кусочка графита и поместил их в две клеммы. Я соединил обе клеммы с одним кабелем. Это увеличит рабочую поверхность графита и повысит производительность генератора.

Получение чистого водорода

Электролиз воды

Водород можно получить различными способами. Вот лишь некоторые из них, являющиеся наиболее доступными и распространёнными:

• Электролиз воды. Наиболее эффективный способ — высокотемпературный.
• Химическая реакция воды и аллюминиево-галиевого сплава.
• Получение водорода при высокотемпературной обработке угля и древесины.
• Переработка мусора, бытовых отходов.
• Выделение водорода через переработку биомассы (навоза, сена, водорослей и иных отходов сельского хозяйства).

Большинство способов основаны на применении высоких температур и, к сожалению, в условиях обычного домашнего хозяйства неприменимы. Однако есть несколько путей для получения водорода в домашних условиях.

Электролизный водород

Самый доступный и наиболее широко распространённый способ добычи водорода в домашних условиях — при помощи реакции электролиза воды. Специальное оборудование, называемое электролизером, довольно доступно на рынке. При этом среди производителей встречаются как именитых гиганты (например, Honda), так и мелкие производители из Китая или стран СНГ. И если в случае с первыми в качестве предоставляемой вниманию продукции можно не сомневаться, то вот вторые часто подводят

При этом не стоит особо обращать внимание на их яркую и многообещающую рекламу. Недобросовестному производителю ничего не стоит заявить о том, что его продукт самый качественный, хороший и долговечный на рынке

Однако не всё, что он скажет, окажется правдой. Особенно должна настораживать цена, так как генератор не может быть слишком дешёвым. Дешевизна может указывать на не очень качественные материалы, использованные при работе, или экономию на сборке. Установки дорогие не просто так, а за счёт обеспечения безопасности в том числе. Так как водород является взрывоопасным, его утечка может принести много бед. Некачественные шланги, негерметичный накопительный бак — и всё, взрыв обеспечен. Качество исполнения иногда может «хромать», так что лучше однажды не поскупиться и потратиться на хорошее оборудование.

Хороший электролизер способен похвастаться качеством, компактностью и простотой эксплуатации. Его можно установить в любом уголке помещения и в качестве топлива для получения заветного водорода использовать обычную воду из-под крана. Обычно электролизер состоит из риформера, топливных элементов, очистной системы, компрессора и ёмкости для хранения газа. Электроэнергия поступает из сети питания. Самые современные модели и вовсе оснащены солнечными батареями. Такое оборудование точно быстро окупится за счет минимальных затрат на его использование, даже учитывая не самую маленькую стоимость самого агрегата.

Водород из сельскохозяйственных отходов

Нередко в интернете можно встретить упоминания о биогазовых установках. Смысл их работы сводится к тому, что в генератор загружается навоз, он там перерабатывается и на выходе получается метан. Конечно, может использоваться не только навоз, а любой компостируемый материал. Однако чистый навоз является наиболее продуктивным и доступным. Полученный биогаз затем по трубам поступает на нужды хозяйства и используется как привычный природный газ. Однако у этого способа добычи водорода есть пара минусов:

• Водород как таковой в данном процессе является лишь побочным продуктом. Для того,чтобы его отделить, требуется дополнительная обработка полученного газа. Как правило, никто этим не занимается и водород благополучно погибает в объятиях пламени вместе с метаном.
• Необходимо непрерывное поступление сырья. То есть в генератор без остановки должен поступать навоз, и в больших количествах. Очевидно, что обычное частное хозяйство не сможет обеспечить постоянный поток сырья. А покупать его на стороне — не выгодно. Вывод: такой метод получения водорода подходит только относительно крупным хозяйствам, готовым предоставлять такие объёмы. Однако им такая установка выгоды не принесёт, разве что позволит с пользой для хозяйства избавляться от отходов.

Кроме того, на долю водорода на выходе приходится всего лишь 2-12% водорода. То есть основная масса продукта — метан. Чтобы обеспечивать хозяйство именно водородом, потребуется неимоверное количество сырья и огромные производственные мощности. Так что даже крупным хозяйствам невыгодно фокусироваться именно на выделении водорода. Им придётся либо сжигать его вместе с метаном, что и делается на практике, либо пытаться использовать его также в хозяйстве. Однако для выделения и хранения водорода снова потребуется дополнительное оборудование, а значит, дополнительные расходы. Таким образом, биогазовая установка на сегодняшний день является самым невыгодным методом добычи чистого водорода.

Восстановление меди водородом из ее оксида

Водород – прекрасный восстановитель. Водород способен восстанавливать некоторые металлы из их оксидов. Проведем реакцию восстановления меди из оксида меди(II).

В пробирке – черный порошок оксида меди(II). Получаем водород взаимодействием цинка и соляной кислоты.

Направим водород в пробирку. Реакция восстановления меди идет при нагревании:

CuO + H₂ = Cu + H₂O

Водород связывает кислород, образуя воду,  выделяется свободная медь красного цвета.

Реакция водорода с оксидом меди(II) относится к типу замещения.

Рис. 3. Восстановление меди водородом из оксида меди(II)

Список рекомендованной литературы

1. Сборник задач и упражнений по химии: 8-й кл.: к учеб. П.А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / П.А. Оржековский, Н.А. Титов, Ф.Ф. Гегеле. – М.: АСТ: Астрель, 2006. (с.85-88)

2. Ушакова О.В. Рабочая тетрадь по химии: 8-й кл.: к учебнику П.А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / О.В. Ушакова, П.И. Беспалов, П.А. Оржековский; под. ред. проф. П.А. Оржековского — М.: АСТ: Астрель: Профиздат, 2006. (с. 78-80)

3. Химия. 8 класс. Учеб. для общеобр. учреждений / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, М.М. Шалашова. – М.:Астрель, 2013. (с.146-148)

4. Химия: 8-й класс: учеб. для общеобр. учреждений / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, Л.С. Понтак. М.: АСТ: Астрель, 2005. (с.139-141)

5. Химия: неорган. химия: учеб. для 8кл. общеобр. учрежд. /Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М.: Просвещение, ОАО «Московские учебники», 2009. (§27)

6. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред.В.А. Володин, вед. науч. ред. И. Леенсон. – М.: Аванта+, 2003.

Дополнительные веб-ресурсы

1. Взрыв гремучего газа (Источник).

2. Восстановление меди из оксида меди (II) (Источник).

3. Горение водорода (Источник).

4. Мыльные пузыри с водородом (Источник)

5. Получение, свойства и применение водорода (Источник).

Домашнее задание

1. с. 80 № 7 из Рабочей тетради по химии: 8-й кл.: к учебнику П.А. Оржековского и др. «Химия. 8 класс» / О.В. Ушакова, П.И. Беспалов, П.А. Оржековский; под. ред. проф. П.А. Оржековского — М.: АСТ: Астрель: Профиздат, 2006.

2. с.145-146 №№ 7, 8  из учебника П.А. Оржековского, Л.М. Мещеряковой, М.М. Шалашовой «Химия: 8кл.», 2013 г.

Водородная перчаткаАвстралийские учёные создали краску, которая выделяет чистый водород из атмосферной влаги. Этот материал может позволить получать водородное топливо везде, где есть солнечный свет и влажный воздух.

Проект водородной АЗС BMW

Водородное топливо — отличная альтернатива углеводородному: при сжигании чистого водорода образуется только энергия и вода, и никаких вредных продуктов. Но быстро перейти на водородное топливо мешают сложности с его получением. В отличие от углеводородов, щедро разбросанных под землёй по всей планете, водород нельзя извлекать из недр: в чистом виде его нет нигде на планете. Получают его либо из углеводородов, либо из воды.

Получение водорода из углеводородов — это в основном конверсия метана, то есть очищенного природного газа. Получается, что для производства В«чистогоВ» топлива нужно запустить не самый экологичный технологический процесс, в качестве побочного продукта дающий крайне вредный угарный газ.

Выделение водорода из воды — более экологичный процесс, но для него нужна электроэнергия, большую часть которой во всём мире по‑прежнему получают, сжигая уголь, нефть и природный газ и выбрасывая в атмосферу множество загрязнителей.

Исследователи из Королевского мельбурнского исследовательского университета (Австралия) нашли способ получать водород из воды без затрат электроэнергии. Реакция отщепления водорода от кислорода в молекуле воды запускается под действием солнечного света в присутствии фотокатализатора.

В качестве фотокатализатора австралийские учёные использовали сульфид молибдена — аморфную субстанцию с общей формулой MoSx, отлично впитывающую водяной пар из воздуха, а на солнце запускающую процесс разложения воды с образованием свободного водорода. Добавив к сульфиду молибдена порошок наночастиц диоксида титана, учёные получили род чернил, которые легко наносятся на любые поверхности — например, на стекло и пластик, и образуют прочную плёнку. Покрыв такой плёнкой любую открытую солнечным лучам поверхность, можно получать водород из насыщенного влагой воздуха в любом месте, утверждают авторы исследования.

Взято отсюда