Прямой термолиз воды

[oolleegg]

Есть идея подавать пар в нагреваемую кварцевую трубку, куда положить кусочек асбестовой ватки с платиновой чернью, а сразу за зоной реакции охлаждать водой. На выходе трубки должен быть водород, кислород и конденсат воды. Какие есть мнения по поводу температуры (может ли на платине реакция пойти ниже 2500 гр.) и других вариантов катализатора?

Изменено 9 Февраля, 2011 в 17:50 пользователем oolleegg

[aversun]

Есть идея подавать пар в нагреваемую кварцевую трубку, куда положить кусочек асбестовой ватки с платиновой чернью, а сразу за зоной реакции охлаждать водой. На выходе трубки должен быть водород, кислород и конденсат воды. Какие есть мнения по поводу температуры (может ли на платине реакция пойти ниже 2500 гр.) и других вариантов катализатора?

Вы думаете, что затраты энергии на разложение воды будут таким образом меньше чем при электролизе? В любом случае меньше чем 286 кДж/моль они все-равно не будут.

[oolleegg]

Человечество пока не может эффективно использовать энергию Солнца, самый большой КПД сконцентрированной лучистой энергии сегодня достигается при использовании ее для сжигания и разрушения, сплавления и т.д. материалов. Проекты больших гелиоконцентраторов успешно работают в мире и постоянно строятся новые. Прямой термолиз воды проводят в огромных "солнечных башнях", куда излучение концентрируется с больших полей тысячами параболических зеркал, соответственно и температура там уверенно не ниже 3-3,5 тыс. гр., были сообщения о достижении и большей температуры. Естественно, строят их там, где много солнца. А у нас с помощью небольшого (0,5-1 м. диаметром) "любительского" гелиоконцентратора можно уверенно получить 600-700 градусов. С хорошим зеркалом, слежением и правильной термоизоляцией приемника в фокусе - 2000-2300. Т.е. даже для таких вариантов уже можно попробовать разлагать воду прямым термолизом.

Вот не так давно было сообщение, что китайцы получили результаты по фотокаталитическому разложению воды и выделению водорода с использованием "комплексов металлов", не говорят каких. Общее ощущение у меня есть, что на платине снижение температуры разложения воды в этом случае как раз и будет обусловлено частично фотокаталитическими процессами. Поэтому спрашиваю - может кто имеет опыт?

[aversun]

Человечество пока не может эффективно использовать энергию Солнца, самый большой КПД сконцентрированной лучистой энергии сегодня достигается при использовании ее для сжигания и разрушения, сплавления и т.д. материалов. Проекты больших гелиоконцентраторов успешно работают в мире и постоянно строятся новые. Прямой термолиз воды проводят в огромных "солнечных башнях", куда излучение концентрируется с больших полей тысячами параболических зеркал, соответственно и температура там уверенно не ниже 3-3,5 тыс. гр., были сообщения о достижении и большей температуры. Естественно, строят их там, где много солнца. А у нас с помощью небольшого (0,5-1 м. диаметром) "любительского" гелиоконцентратора можно уверенно получить 600-700 градусов. С хорошим зеркалом, слежением и правильной термоизоляцией приемника в фокусе - 2000-2300. Т.е. даже для таких вариантов уже можно попробовать разлагать воду прямым термолизом.

Вот не так давно было сообщение, что китайцы получили результаты по фотокаталитическому разложению воды и выделению водорода с использованием "комплексов металлов", не говорят каких. Общее ощущение у меня есть, что на платине снижение температуры разложения воды в этом случае как раз и будет обусловлено частично фотокаталитическими процессами. Поэтому спрашиваю - может кто имеет опыт?

 

Все, что этим можно добится, повышения КПД процесса разложения воды на кислород и водород. Процес разложения воды эндотермический и требует 284 кДж/моль энергии. Катализатор может лишь ускорить процесс разложения воды, но снизить затраты энергии он не может. Кроме того, надо учесть, что полученный водород еще надо как-то хранить, а его сжатие или сжижение требует очень больших энергетических затрат.

[oolleegg]

Ну если уж быть совсем точным, энергию которую нужно затратить, чтобы разорвать связи в многоатомных молекулах является величиной условной и отвечает энергии такого процесса, при котором данная химическая связь исчезает, а все остальные остаются без изменения. В молекулах воды присутствуют несколько одинаковых связей, (содержащей две связи кислород−водород) их энергию можно рассчитать, используя закон Гесса. Величины энергии распада воды на простые вещества, а также энергии диссоциации водорода и кислорода на атомы известны:

2Н2О = 2Н2 + О2; 484 кДж/моль

Н2 = 2Н; 432 кДж/моль

О2 = 2О; 494 кДж/моль

Учитывая, что в двух молекулах воды содержится 4 связи, энергия связи кислород-водород равна:

Е(О−Н) = (2 . 432 + 494 + 484) / 4 = 460,5 кДж/моль

Но это, конечно, далеко не вся физхимия процесса. Как реакция начинается? В течении ее что происходит с гидроксилом а потом с радикалами атомарного кислорода? Как перетекает энергия из одного процесса в другой? Что служит спусковым крючком реакции и какова роль тепловой энергии соударения молекул и лучистой энергии Солнца, особенно в плане фотокатализа и т.д. и т.п.? А куда девать сообщения о контролируемом катализе распада молекул воды путем введения туннелирующих электронов на нанопленках оксида магния?

Меня сейчас интересует более практическая, жизненная вещь - не нужно пытаться придумать как снизить затраты энергии на процесс, подскажите варианты катализатора.

[jon1]

может не совсем в тему. читал как-то, что созданы фотоэлементы, которые при освещении создают разность потенциалов, достаточную для электролиза воды. Собственно исходники те же: вода и солнце, только греть до сумашедшей температуры не надо.

[aversun]

куда девать сообщения о контролируемом катализе распада молекул воды путем введения туннелирующих электронов на нанопленках оксида магния?

 

Девать можно куда угодно, но сколько энергии выделяется при реакции 2H2 + O2 = 2H2O, столько же должно быть и затрачено на обратную реакцию, и ни на йоту меньше, иначе, нарушается закон сохранения энергии.

[oolleegg]

Нет, уж позвольте, позвольте! Так вот легко отмахнуться от тунельного эффекта и уравнения Шредингера мне, например, никогда не удавалось. Вместе с тем никто же не говорит, что нарушается Закон сохранения энергии, даже наоборот: реальные затраты на разложение молекулы воды всегда будут больше, чем выделится при ее образовании - по одной простой причине. При современном уровне технологий мы не можем "адресно" сообщить энергию молекуле, мы даем ее в систему. Поэтому на практике половина предназначенной для реакции энергии уйдет на нагрев окружающего систему пространства, отражение излучения и т.д. Катализатор, конечно, (как и нанотехнологии) работает более адресно.

Но если возможно, давайте как-то ближе к теме. Повторю: термолиз уже задан в условиях задачи. Экономично это или нет, сколько на него тратится энергии и чем его можно заменить - тема какого-нибудь другого обсуждения.

[oolleegg]

может не совсем в тему. читал как-то, что созданы фотоэлементы, которые при освещении создают разность потенциалов, достаточную для электролиза воды. Собственно исходники те же: вода и солнце, только греть до сумашедшей температуры не надо.

 

Я тоже встречал множество информации по этому поводу, от банального электролиза потенциалом от солнечных батарей до гораздо более сложных вещей. У меня вопрос касается именно термолиза воды, в конкретном случае использования гелиоконцентратора, т.е. высокой температуры и чрезвычайно насыщенной лучистой энергии Солнца.

[aversun]

Нет, уж позвольте, позвольте! Так вот легко отмахнуться от тунельного эффекта и уравнения Шредингера мне, например, никогда не удавалось.

Ну, это уже обсуждалось. http://forum.xumuk.ru/index.php?showtopic=70519&view=findpost&p=376542

Были и другие, весьма схожие темы

http://forum.xumuk.ru/index.php?showtopic=31433&st=0&p=174709&hl=+%D0%B2%D0%B5%D1%87%D0%BD%D1%8B%D0%B9%20+%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C&fromsearch=1entry174709