Dodaj do listy

ZASTOSOWANIE WODORU

Wodór to najprostszy pierwiastek chemiczny. Jest pierwszy w układzie okresowym. Wodór został wydzielony w XVI wieku przez T. Paracelsusa. W reakcji kwasu octowego z żelazem powstało palne powietrze, czyli wodór. W 1766r. wodór odkrył H. Cavendish, angielski chemik, i został nazwany przez niego czystym flogistonem. W XVII i XVIII wieku flogistonem nazywano hipotetyczną substancję, będącą przyczyną palności. Teoria „flogistonu”, opracowana przez dwóch niemieckich chemików - J. J. Bechera oraz J. E. Stahla, głosiła, że substancje palne, zwłaszcza metale, składały się z "ziemi" oraz "flogistonu", a w trakcie procesu spalania wydzielał się flogiston i uwalniała się "ziemia", czyli tlenek. W 1781 Cavendish dowiódł, że w wyniku spalania wodoru powstaje woda. U schyłku XVIII w. A. Lavoisier dowiódł, że w reakcji spalania nie ubywa substancji, lecz przyłącza się tlen. Teoria flogistonu mimo że była błędna, wniosła duży wkład w rozwój chemii. 

Dopiero po 20 latach od eksperymentu Cavendisha, A.L. Lavosier stwierdził że w wodzie, powstającej w trakcie spalania wodoru jest wodór. Nazwał go "hydrogene" - z łaciny hydrogenium oznacza tworzący wodę.

Wodór to gaz bezbarwny, nie ma smaku, zapachu, jest lżejszy od powietrza. Wodór to najlżejszy pierwiastek w układzie okresowym,  i to we wszystkich stanach skupienia. Posiada temperaturę topnienia równą - 259° C i temperaturę wrzenia równą 252,8° C. 

Wodór należy do najbardziej rozpowszechnionych pierwiastków we Wszechświecie, na Ziemi jest go w bardzo małych ilościach, natomiast związki wodoru są najbardziej rozpowszechnione na Ziemi. Wodór jest wszędzie -  w górnych warstwach atmosfery, na Słońcu, w gwiazdach (wraz z upływającym czasem, wodór się zużywa, stąd w młodych gwiazdach jest więcej wodoru niż w starych), w przestrzeni kosmicznej, w cząsteczkach DNA a nawet w tkance mózgowej. Wodór w formie związanej to m.in. woda, ropa naftowa, związki organiczne budujące żywe organizmy roślinne i zwierzęce. Wodór w postaci niezwiązanej  może pojawić się w gazie ziemnym oraz gazach wulkanicznych. 

Wodór nie reaguje w niskich temperaturach, reakcja z tlenem jest wybuchowa w temperaturze 550° C albo po inicjacji iskrą elektryczną. W wyniku reakcji spalania powstaje woda H2O. Wodór wchodzi w reakcję m.in. z azotem, fluorowcami, siarką, jeśli są stworzone odpowiednie warunki. W wyniku reakcji wodoru z metalami grupy I i II układu okresowego powstają wodorki.

W laboratoriach otrzymuje się wodór w reakcjach rozcieńczonych kwasów z metalami, m.in. Zn i Fe, a na skalę przemysłową, wodór jest otrzymywany z gazu wodnego - jest to mieszanina CO i H2, która powstała w wyniku działania pary wodnej z rozżarzonym koksem.

Wodór służy jako surowiec Surowiec przedmiot naturalny (powstały w naturalnym procesie genetycznym), pochodzenia mineralnego, roślinnego lub zwierzęcego, wykorzystywany do dalszego przetwarzania (w przemyśle przetwórczym) w celu uzyskania... Czytaj dalej Słownik geograficzny do syntez przemysłowych, m.in. wykorzystuje się go do produkcji amoniaku metodą Habera (zużywa się około 2/3 wodoru) i chlorowodoru, w przemyśle spożywczym wodór utwardza proste oleje roślinne (margaryna, sosy do sałatek są bardziej zdrowe w porównaniu z ich odpowiednikami otrzymywanymi z tłuszczów zwierzęcych), używany jest również do produkcji benzyny, w niewielkich ilościach ciekły wodór stosuje się jako paliwo rakietowe. Wodór jest najlżejszym gazem, dlatego napełnia się nim balony. Wodór powoduje podniesienie temperatury w palnikach tlenowo-wodorowych nawet do 2500° C.

Wodór magazynuje się na różne sposoby: sprężony gazowy wodór jest przechowywany w zbiornikach ciśnieniowych, wodór skroplony trzymany jest w opancerzonych i termostatowanych zbiornikach, pod postacią związków międzymetalicznych ze stopem lantanu z kobaltem i samaru z niklem, w formie wodorków.

Wodór jest ważnym źródłem energii elektrycznej w ogniwach paliwowych, dostarczających energię dla statków kosmicznych (amerykańskie statki "Apollo"). W niedalekiej przyszłości, jeżeli uda się opanować kontrolowaną syntezę jądrową, wodór może zostać głównym źródłem energii. 

Obecnie, w porównaniu z innymi paliwami wodór to najczystszy nośnik energii. W związku z szerokim rozpowszechnieniem wodoru, wyczerpanie jego zapasów jest właściwie niemożliwe (wodór otrzymuje się z rozkładu wody, a w reakcji spalania znów powstaje woda). Stąd jest bardzo obiecującym paliwem alternatywnym przyszłości. Duża korzyścią jest przystosowanie przemysłu chemicznego i metalurgicznego do technologii wykorzystujących wodór jako nośnik energii w miejsce gazu ziemnego. Wodór może być napędem w różnego rodzaju środkach transportu : w samochodach, kolejach, okrętach i statkach kosmicznych.

Obecnie, proces produkcji paliwa z wodoru jest drogi a więc nieopłacalny. Metoda klasycznej elektrolizy (najstarsza metoda produkcji wodoru) pochłania bardzo dużo energii, znacznie więcej, niż można potem otrzymać z wodoru. W celu uzyskania 1 m3 wodoru trzeba zużyć 3 kWh prądu. Zwraca jednak uwagę fakt, że 100 mln m3 paliwa uzyskanego z wodoru jest równoważne 25 tyś. ton ropy naftowej.

Wśród innych metod produkcji wodoru wyróżnia się: reforming, fermentację biomasy, fotokonwersję czy też chemiczną wymianę. Wykorzystywanie wodoru jako paliwa jest korzystne, ponieważ w reakcji spalania wodoru powstaje woda, nie wywołująca negatywnych skutków w środowisku naturalnym. Wodór posiada niską energię inicjacji zapłonu, co powoduje wysoką wydajność jego spalania (o 60% większą niż inne paliwa), posiada  szeroki zakres zapalności, wynoszący między 4 a 70 % wodoru zawartego w mieszaninie z powietrzem. Wodór posiada zwiększoną wartość opałową i lotność wodoru w stosunku do gazu ziemnego, równocześnie przyczyniając się do zwiększenia przepustowości rurociągów. Jest to możliwe, ponieważ można zastosować większą prędkość wodoru aniżeli gazu ziemnego, co z kolei daje możliwość dostarczenia dużej ilości ciepła w krótkim czasie. Minusem jest duża lotność wodoru, przyczyniająca się do zwiększonych strat wodoru przebywającego w zbiornikach lub  rurociągach.

Wykorzystanie wodoru sprawia sporo trudności technicznych m.in. silnie oddziałuje z metalami oraz jest przyczyną problemów, związanych z magazynowaniem utworzonego produktu.

Najczęściej wodór wykorzystuje się w ogniwach paliwowych, gdzie spełnia rolę paliwa. Można go też z łatwością przechowywać we wszystkich postaciach (stałej, ciekłej lub gazowej), w przeciwieństwie do energii elektrycznej, magazynowanej dopiero po przekształceniu w inną formę energii. Dlatego też wodór może zostać wygodną metodą magazynowania energii. W celu uzyskania wodoru z rozkładu wody, zostanie zużyta nadwyżka energii, natomiast ogromne ilości otrzymanego gazu spełnią rolę w chłodzeniu kabli i urządzeń elektroenergetycznych, zrobionych z wysokotemperaturowych nadprzewodników. Spowoduje to zmniejszenie strat rozdzielenia dostarczanej energii elektrycznej.

Wykorzystywanie wodoru w charakterze paliwa nie wpływa na zachwianie równowagi panującej w przyrodzie, ponieważ zachodzi ono w obiegu zamkniętym. Na szczęście paliwo „wodorowe” nie zawiera węgla, a więc jego spalanie nie jest źródłem dwutlenku węgla.