A hidrogén és az energiatermelés


Előfordulása:

Univerzum > 90 %, Föld 78 ppm, földkéreg ~0,22 %, óceán 11 %, atmoszféra 0,5 ppm (H2).

 

 

 

 

Részlet az előadásból

(A képre kattintva a dia megnyitható és az egérgombokkal vagy a kurzormozgató nyilakkal a képek, ábrák folyamatosan behívhatók, illetve, ha szükséges, ezekkel az ábrán belül vissza is lehet lépni.

 

 

A 18. táblázat adataiból kitűnik, hogy a hidrogén az emberi test (általában elmondható, hogy az élő szervezetek) leggyakoribb eleme. Mivel magyarázható ez? Ha elfogadjuk azt a feltevést, hogy az élet alapja nem más mint kémiai, biokémiai reakciók sorozata, akkor egyszerűen megadhatjuk a választ. Speciális kémiai tulajdonságai az okai annak, hogy a hidrogén az élet egyik alapeleme. Ezek a speciális tulajdonságok a következők:

a. Kellően nagy stabilitás.

b. Nemcsak semleges atom- vagy molekulaként, hanem ionként is kölcsönhatásba léphet.

c. A kémiai kötések bármely fajtájában részt vehet, így kialakíthat ionos, kovalens, speciális körülmények között fémes kötést, szerepelhet a Van der Waals kötés kialakításban is: egyedi speciális tulajdonsága a hidrogénkötés kialakítása.

A hidrogént tulajdonságai arra is alkalmassá teszik, hogy a Világegyetem bármely pontján alapeleme legyen a földi típusú életnek. (Természetesen ehhez az is szükséges, hogy a kémiai körülmények hasonlatosak legyenek a földiekhez.)

Melyek ezek az általános tulajdonságok?

1. A héliumot leszámítva (amely egyébként nagyon ritkán és speciális körülmények között lép kémiai reakcióba), a hidrogén a Világegyetem leggyakoribb eleme. Megközelítőleg 100-szor gyakoribb, mint az összes többi elem együttvéve.

2. A hidrogén az alapeleme az elemek szintézisének.

3. Az élet szempontjából fölhasználható energia (a csillagokban felszabaduló energia) előállításának is a hidrogén az alapja.

4. A hidrogén részt vehet a legtöbb kémiai reakcióban.

5. Az összes vegyületet - szénvegyületekkel együtt - figyelembe véve, a hidrogéntartalmú vegyületek száma a legnagyobb.

A hidrogénnel kapcsolatos környezeti problémák az energiatermeléshez kapcsolhatók. Addig azonban, amíg az elemi állapotú hidrogén nem válik gazdaságosan felhasználható üzemanyaggá (nukleáris reaktor, belsőégésű motor, tüzelőanyag-cella), addig nem kezelhetjük, mint alternatív energiahordozót, és a felhasználásából adódó esetleges problémákat sem tudjuk pontosan definiálni, amint az már az atomerőművek esetében jól ismert. (Az atomenergia felhasználásáról és radioaktivitás környezeti vonatkozásairól a Kémia I. előadás tananyagban találhatók részletes ismeretek.)

A 20. táblázat adataiból látható, hogy ha 1-nek vesszük a mai ismereteinek szerinti legnagyobb energiaforrást, akkor ez az érték leginkább a fúziós erőművekben közelíthető meg. A fosszilis energiahordozókból előállított energia, az utóbbinak mindössze 1 milliomod része. Ezt mutatja az alábbi példa:

        Fúzió: 4 g hidrogén Þ 2,5 · 1012 J

        Égés : 4 g petróleum Þ 1,2 · 105 J

 

Relatív érték

Energia per nukleon

Erős kölcsönhatások

Elektromágneses kölcsönhatások

Gyenge kölcsönhatások

Gravitációs kölcsönhatások

1

1 GeV

annihiláció

 

 

fekete lyukak összeütközése

10-2

10 MeV

 

magfúzió

maghasadás

a-bomlás

 

anyagáramlás a fekete lyukba

10-4

100 KeV

 

 

ß-bomlás

 

10-6

1 KeV

 

 

 

 

10-8

10 eV

 

kémiai-biológiai- és napenergia

 

 

10-10

0,1 eV

 

termikus energia

 

szabadesés a Földön

10-12

0,001 eV

 

 

 

 

További információ:

http://www.nyf.hu/karok/ttfk/kornyezet/kemia-I/Kornykemalapmenu/anyagszerk1.htm

 

Fúziós erőmű

Az elemek nukleáris fúzióval történő keletkezésének a hidrogén az „alapeleme", ezért a hidrogén lehet az ún. fúziós erőmű „tüzelőanyaga".

 

 

 

 

 

 

Részlet az előadásból

(A képre kattintva a dia megnyitható és az egérgombokkal vagy a kurzormozgató nyilakkal a képek, ábrák folyamatosan behívhatók, illetve, ha szükséges, ezekkel az ábrán belül vissza is lehet lépni.

  

A megvalósítás problémái

 

TFTR Vacuum Vessel

Forrás: http://www.pppl.gov/projects/pages/tftr.htm

A Tokamak fúziós reaktor belseje

Előnyei

 

Hidrogénnel hajtott belsőégésű motorok

A mai üzemanyagok okozta környezeti problémák megszűnnének.

A megvalósítás problémái

 

Tüzelőanyag-cella

A tüzelőanyag-cellák, más néven üzemanyag-cellák hidrogénből és oxigénből elektrokémiai úton elektromos áramot állítanak elő. A hidrogén többféle forrásból nyerhető, mint pl. vízből, szénhidrogénből, alkoholból, szintézisgázból, biogázból stb. Az oxigén levegővel, vagy tisztán kerülhet a cellába. A pozitív és negatív elektródokat elektrolit választja el egymástól. Az elektrolit feladata az ionok szállítása az elektródok között. A hidrogént az anódra vezetik, és belőle egy katalizátor segítségével molekulaként két elektront választanak le. Ezek a cellához kapcsolt külső áramkörön (valamilyen fogyasztón) haladnak át. Eközben a cellában a protonok (hidrogén ionok) az elektroliton keresztül a katódra jutnak, ahol a külső áramkörből érkező elektronok az oxigénnel oxigén ionokat képeznek és a protonokkal vízzé egyesülnek. A reakciók exotermek, ezért a vízgőz mellett hő is képződik.

 

 

 

 

 

Részlet az előadásból

(A képre kattintva a dia megnyitható és az egérgombokkal vagy a kurzormozgató nyilakkal a képek, ábrák folyamatosan behívhatók, illetve, ha szükséges, ezekkel az ábrán belül vissza is lehet lépni.

 

 

 

 

 

 

Részlet az előadásból

(A képre kattintva a dia megnyitható és az egérgombokkal vagy a kurzormozgató nyilakkal a képek, ábrák folyamatosan behívhatók, illetve, ha szükséges, ezekkel az ábrán belül vissza is lehet lépni.

 

 

Ajánlott Web oldalak: