Azərbaycanca AzərbaycancaБеларускі БеларускіDansk DanskDeutsch DeutschEspañola EspañolaFrançais FrançaisIndonesia IndonesiaItaliana Italiana日本語 日本語Қазақ ҚазақLietuvos LietuvosNederlands NederlandsPortuguês PortuguêsРусский Русскийසිංහල සිංහලแบบไทย แบบไทยTürkçe TürkçeУкраїнська Українська中國人 中國人United State United StateAfrikaans Afrikaans
Підтримка
www.wikidata.uk-ua.nina.az

Розщеплення води це хімічна реакція під час якої вода розщеплюється на кисень і водень Схема хімічного рівняння en форма

Розщеплення води

Розщеплення води

Розщеплення води — це хімічна реакція, під час якої вода розщеплюється на кисень і водень:

image
Схема хімічного рівняння [en], форма розщеплення води.
2 H2O → 2 H2 + O2

Ефективне та економічне розділення води було б технологічним проривом, який міг би стати основою водневої економіки на основі [en]. Варіант розщеплення води відбувається під час фотосинтезу, але водень не утворюється. Зворотне розщеплення води лежить в основі водневого паливного елемента.

Електроліз

image
Передня частина електролізера з електричною панеллю на передньому плані

[en] — це розкладання води (H2O) на кисень (O2) і водень (H2) під дією електричного струму, що пропускається через воду.

image
Використання атмосферної електрики для хімічної реакції, під час якої вода розділяється на кисень і водень. (Зображення: Vion, патент США 28793. Червень 1860 року.)
  • Vion, U.S. Patent 28 793, «Покращений метод використання атмосферної електрики», червень 1860 р.

У схемах виробництва Power-to-Gas надлишкова потужність або позапікова потужність, створена вітровими генераторами або сонячними батареями, використовується для балансування навантаження енергетичної мережі шляхом зберігання та подальшого введення водню в мережу природного газу.

image
Судно електролізу води [en]

Виробництво водню з води є енергоємним. Потенційні джерела електроенергії включають енергію ГЕС, вітрові турбіни або фотоелектричні елементи. Зазвичай споживана електроенергія є більш цінною, ніж вироблений водень, тому цей метод не отримав широкого застосування. На відміну від низькотемпературного електролізу, [en] (ВТЕ) води перетворює більшу частину початкової теплової енергії в хімічну енергію (водень), потенційно подвоюючи ефективність приблизно до 50 %.  Оскільки частина енергії в ВТЕ постачається у вигляді тепла, менша частина енергії повинна перетворюватися двічі (з тепла в електрику, а потім в хімічну форму), і тому процес є більш ефективним. 

В даний час енергоефективність електролітичного розщеплення води становить 60 % — 70 %.

Розщеплення води при фотосинтезі

Варіант розщеплення води відбувається під час фотосинтезу, але електрони направляються не до протонів, а до ланцюга транспортування електронів у фотосистемі II. Електрони використовуються для перетворення вуглекислого газу в цукор.

Коли фотосистема I стає фотозбудженою, ініціюються реакції переносу електронів, що призводить до відновлення ряду акцепторів електронів, зрештою NADP+ перетворюється на NADPH, а фотосистема I окислюється. Окислена фотосистема I захоплює електрони з фотосистеми II за допомогою ряду етапів із залученням таких агентів, як пластохінон, цитохроми та пластоціанін. Потім фотосистема II викликає окислення води, що призводить до виділення кисню, реакція каталізується кластерами CaMn4O5, вбудованими в складне білкове середовище; комплекс відомий як комплекс, що виділяє кисень (OEC).

image
[en] для виробництва водню.

При біологічному виробництві водню електрони, які виробляє фотосистема, направляються не до апарату хімічного синтезу, а до гідрогеназ, що призводить до утворення H2. Цей біоводень виробляється в [en].

Фотоелектрохімічне розщеплення води

Використання електроенергії, виробленої фотоелектричними системами, потенційно пропонує найчистіший спосіб виробництва водню, крім ядерної енергії, вітрової енергії, геотермальної енергії та гідроелектростанцій. Знову ж таки, вода розкладається на водень і кисень шляхом електролізу, але електрична енергія отримується за допомогою фотоелектрохімічного процесу. Цю систему також називають штучним фотосинтезом.

Фотокаталітичне розщеплення води

Перетворення сонячної енергії на водень за допомогою процесу розщеплення води є способом отримання чистої та відновлюваної енергії. Цей процес може бути більш ефективним, якщо йому сприяють фотокаталізатори, зважені безпосередньо у воді, а не фотоелектрична або електролітична система, так що реакція відбувається в один етап.

Радіоліз

Ядерне випромінювання регулярно розриває водні зв'язки. На золотому руднику Мпоненг, Південна Африка, дослідники знайшли в зоні природної високої радіації спільноту, де домінує новий [en][en], який живиться головним чином радіолітично виробленим H2.Відпрацьоване ядерне паливо також досліджується як потенційне джерело водню. 

Порошок наногальванічного алюмінієвого сплаву

Було показано, що порошок алюмінієвого сплаву, винайдений дослідницькою лабораторією армії США в 2017 році, здатний виробляти газоподібний водень при контакті з водою або будь-якою рідиною, що містить воду, завдяки своїй унікальній нанорозмірній гальванічній мікроструктурі. Повідомляється, що він генерує водень на 100 відсотків від теоретичного виходу без потреби в будь-яких каталізаторах, хімікатах або зовнішній енергії.

image
Наногальванічний порошок на основі алюмінію, розроблений дослідницькою лабораторією армії США

Термічне розщеплення води

У процесі термолізу молекули води розщеплюються на атомарні компоненти водень і кисень. Наприклад, при 2200 °C приблизно три відсотки всієї H2O дисоціюють на різні комбінації атомів водню та кисню, переважно H, H2, O, O2 та OH. Інші продукти реакції, такі як H2O2 або HO2, залишаються незначними. При дуже високій температурі 3000 °C більше половини молекул води розкладається, але за температури навколишнього середовища лише одна молекула зі 100 трильйонів дисоціює під дією тепла. Високі температури та обмеження матеріалів завадили застосуванню цього підходу.

Атомне тепло

Однією з побічних переваг ядерного реактора, який виробляє електроенергію та водень, є те, що він може переключати виробництво між ними двома. Наприклад, АЕС може виробляти електроенергію вдень і водень вночі, узгоджуючи профіль виробництва електроенергії з добовими коливаннями попиту. Якщо водень можна виробляти економічно, ця схема буде вигідно конкурувати з існуючими схемами накопичення енергії в мережі. Більше того, у Сполучених Штатах є достатній попит на водень, щоб такі станції могли впоратися з усім щоденним піком вироблення.

Гібридний термоелектричний мідно-хлорний цикл — це когенераційна система, яка використовує [en] ядерних реакторів, зокрема надкритичного водяного реактора CANDU.

Сонячне тепло

Високих температур, необхідних для розщеплення води, можна досягти за допомогою концентрації сонячної енергії. [ru] — пілотна установка потужністю 100 кіловат на [en] в Іспанії, яка використовує сонячне світло для отримання необхідних від 800 до 1200 °C для розщеплення води. Hydrosol II працює з 2008 року. Конструкція цієї пілотної установки потужністю 100 кіловат базується на модульній концепції. У результаті можливо, що цю технологію можна буде легко розширити до мегаватного діапазону, збільшивши кількість доступних реакторних установок і підключивши станцію до полів геліостатів (полів дзеркал для відстеження сонця) відповідного розміру.

Матеріальні обмеження через необхідні високі температури зменшуються завдяки конструкції мембранного реактора з одночасним вилученням водню та кисню, який використовує певний температурний градієнт і швидку дифузію водню. Завдяки концентрованому сонячному світлу як джерелу тепла та лише воді в реакційній камері утворювані гази є дуже чистими, а єдиним можливим забруднювачем є вода. «Solar Water Cracker» з концентратором близько 100 м² може виробляти майже один кілограм водню за годину сонячного світла.

Дослідження

Проводяться дослідження фотокаталізу, прискорення фотореакції в присутності каталізатора. Його розуміння стало можливим з моменту відкриття електролізу води за допомогою діоксиду титану. Штучний фотосинтез — це область досліджень, яка намагається відтворити природний процес фотосинтезу, перетворюючи сонячне світло, воду та вуглекислий газ на вуглеводи та кисень. Нещодавно вдалося розщепити воду на водень і кисень за допомогою штучної сполуки під назвою [en].

[en] (також ВТЕ або ) — це метод, який зараз досліджується для отримання водню з води з киснем як побічним продуктом. Інші дослідження включають термоліз на дефектних вуглецевих субстратах, що робить можливим виробництво водню при температурах трохи нижче 1000 °C.

[en] — це серія термохімічних процесів, які використовуються для виробництва водню. Цикл оксиду заліза складається з двох хімічних реакцій, чистим реагентом яких є вода, а чистими продуктами — водень і кисень. Всі інші хімікати переробляються. Залізо-оксидний цикл вимагає ефективного джерела тепла.

Сірко-йодний цикл (SI) — це серія термохімічних процесів, які використовуються для виробництва водню. Цикл SI складається з трьох хімічних реакцій, чистим реагентом яких є вода, а чистими продуктами — водень і кисень. Всі інші хімікати переробляються. Сірко-йодний цикл вимагає ефективного джерела тепла.

Більше 352 термохімічних циклів було описано для розщеплення води або термолізу. Ці цикли обіцяють виробництво кисню та водню з води та тепла без використання електрики. Оскільки вся вхідна енергія для таких процесів є теплом, вони можуть бути ефективнішими, ніж високотемпературний електроліз. Це пояснюється тим, що ефективність виробництва електроенергії за своєю суттю обмежена. Термохімічне виробництво водню з використанням хімічної енергії з вугілля або природного газу зазвичай не розглядається, оскільки прямий хімічний шлях більш ефективний.

Для всіх термохімічних процесів сумарною реакцією є реакція розкладання води:

image

Всі інші реагенти переробляються. Жоден із термохімічних процесів виробництва водню не був продемонстрований на виробничих рівнях, хоча деякі з них були продемонстровані в лабораторіях.

Також проводяться дослідження життєздатності наночастинок і каталізаторів для зниження температури, при якій вода розщеплюється.

Нещодавно було показано, що матеріали на основі [en] (MOF) є дуже перспективним кандидатом для розщеплення води за допомогою дешевих перехідних металів першого ряду.

Дослідження зосереджено на таких циклах:

Термохімічний цикл Ефективність (питома теплота згоряння) Температура (°C/F)
[en] (CeO2 /Ce2O3) ? % 2 000 °C (3 630 °F)
[en] (HyS) 43 % 900 °C (1 650 °F)
Сірко-йодний цикл (SI) 38 % 900 °C (1 650 °F)
46 % 1 000 °C (1 830 °F)
39 % 1 000 °C (1 830 °F)
35 % 1 100 °C (2 010 °F)
[en] (Zn/ZnO) 44 % 1 900 °C (3 450 °F)
42 % 1 600 °C (2 910 °F)
43 % 1 600 °C (2 910 °F)
[en] (image) 42 % 2 200 °C (3 990 °F)
49 % 1 560 °C (2 840 °F)
43 % 1 800 °C (3 270 °F)
43 % 1 800 °C (3 270 °F)
[en] (Cu-Cl) 41 % 550 °C (1 022 °F)

Див. також

  • [en]

Примітки

  1. Hauch A, Ebbesen SD, Jensen SH, Mogensen M (2008). Highly efficient high temperature electrolysis. Journal of Materials Chemistry. 18 (20): 2331. doi:10.1039/b718822f.
  2. Yan, Zhifei; Hitt, Jeremy L.; Turner, John A.; Mallouk, Thomas E. (9 червня 2020). Renewable electricity storage using electrolysis. Proceedings of the National Academy of Sciences. 117 (23): 12558—12563. doi:10.1073/pnas.1821686116. PMC 7293654. PMID 31843917.
  3. Yano J, Kern J, Sauer K, Latimer MJ, Pushkar Y, Biesiadka J, Loll B, Saenger W, Messinger J, Zouni A, Yachandra VK (November 2006). Where water is oxidized to dioxygen: structure of the photosynthetic Mn4Ca cluster. Science. 314 (5800): 821—5. Bibcode:2006Sci...314..821Y. doi:10.1126/science.1128186. PMC 3963817. PMID 17082458. {{}}: Недійсний |displayauthors=6 ()
  4. Barber J (March 2008). Crystal structure of the oxygen-evolving complex of photosystem II. Inorganic Chemistry. 47 (6): 1700—10. doi:10.1021/ic701835r. PMID 18330964.
  5. II.F.2 Maximizing Light Utilization Efficiency and Hydrogen Production in Microalgal Cultures. DOE Hydrogen Program - Annual Progress Report. U.S. Department of Energy. 2008. с. 187—190.
  6. Electrode lights the way to artificial photosynthesis. New Scientist. 31 липня 2008.
  7. Solar-Power Breakthrough. Researchers have found a cheap and easy way to store the energy made by solar power. MIT Technology Review. 31 липня 2008.
  8. del Valle F, Ishikawa A, Domen K, Villoria De La Mano JA, Sánchez-Sánchez MC, González ID, Herreras S, Mota N, Rivas ME (2009). Influence of Zn concentration in the activity of Cd1–xZnxS solid solutions for water splitting under visible light. Catalysis Today. 143 (1–2): 51—59. doi:10.1016/j.cattod.2008.09.024. {{}}: Недійсний |displayauthors=6 ()
  9. Navarro Yerga RM, Alvarez Galván MC, del Valle F, Villoria de la Mano JA, Fierro JL (2009). Water Splitting on Semiconductor Catalysts under Visible-Light Irradiation. ChemSusChem. 2 (6): 471—485. doi:10.1002/cssc.200900018. PMID 19536754.
  10. Photocatalytic water splitting under visible Light: concept and materials requirements. Advances in Chemical Engineering. Т. 36. 2009. с. 111—143. doi:10.1016/S0065-2377(09)00404-9. ISBN .
  11. Lin LH, Wang PL, Rumble D, Lippmann-Pipke J, Boice E, Pratt LM, Sherwood Lollar B, Brodie EL, Hazen TC, Andersen GL, DeSantis TZ, Moser DP, Kershaw D, Onstott TC (2006). Long-Term Sustainability of a High-Energy, Low-Diversity Crustal Biome. Science. 314 (5798): 479—82. Bibcode:2006Sci...314..479L. doi:10.1126/science.1127376. PMID 17053150. {{}}: Недійсний |displayauthors=6 ()
  12. Aluminum Based Nanogalvanic Alloys for Hydrogen Generation. U.S. Army Combat Capabilities Development Command Army Research Laboratory. Процитовано 6 січня 2020.
  13. Army discovery may offer new energy source. U.S. Army. 25 липня 2017. Процитовано 6 січня 2020.
  14. Funk JE (2001). Thermochemical hydrogen production: past and present. International Journal of Hydrogen Energy. 26 (3): 185—190. doi:10.1016/S0360-3199(00)00062-8.
  15. (PDF). Argonne National Laboratory. University of Chicago. 2005. Архів оригіналу (PDF) за 27 Sep 2007. Процитовано 3 березня 2010.
  16. Naterer GF, Suppiah S, Lewis M, Gabriel K, Dincer I, Rosen MA, Fowler M, Rizvi G, Easton EB, Ikeda BM, Kaye MH, Lu L, Pioro I, Spekkens P, Tremaine P, Mostaghimi J, Avsec J, Jiang J (2009). Recent Canadian Advances in Nuclear-Based Hydrogen Production and the Thermochemical Cu-Cl Cycle. International Journal of Hydrogen Energy. 34 (7): 2901—2917. doi:10.1016/j.ijhydene.2009.01.090. {{}}: Недійсний |displayauthors=6 ()
  17. . DLR - German Aerospace Center. 2008. Архів оригіналу (PDF) за 4 Jun 2011.
  18. . Архів оригіналу за 4 Mar 2012.
  19. Kudo A, Kato H, Tsuji I (2004). Strategies for the Development of Visible-light-driven Photocatalysts for Water Splitting. Chemistry Letters. 33 (12): 1534—1539. doi:10.1246/cl.2004.1534.
  20. Chu S, Li W, Hamann T, Shih I, Wang D, Mi Z (2017). Roadmap on solar water splitting: current status and future prospects. Nano Futures. 1 (2): 022001. Bibcode:2017NanoF...1b2001C. doi:10.1088/2399-1984/aa88a1.
  21. Monash University (17 серпня 2008). Monash team learns from nature to split water. EurekAlert.
  22. Kostov MK, Santiso EE, George AM, Gubbins KE, Nardelli MB (2005). Dissociation of Water on Defective Carbon Substrates. Physical Review Letters. 95 (13): 136105. Bibcode:2005PhRvL..95m6105K. doi:10.1103/PhysRevLett.95.136105. PMID 16197155.
  23. (PDF). DOE Hydrogen Program. 2006. Архів оригіналу (PDF) за 6 червня 2022. Процитовано 2 липня 2022.
  24. (PDF). DOE Hydrogen Program. 2005. Архів оригіналу (PDF) за 3 травня 2019. Процитовано 2 липня 2022.
  25. Nanoptek and Lightfuel. nanoptek.com. Процитовано 11 квітня 2021.
  26. . TreeHugger. 31 липня 2008. Архів оригіналу за 13 Aug 2008.
  27. Nepal D, Das S (2013). Sustained Water Oxidation by a Catalyst Cage-Isolated in a Metal-Organic Framework. Angewandte Chemie International Edition. 52 (28): 7224—7227. CiteSeerX 10.1.1.359.7383. doi:10.1002/anie.201301327. PMID 23729244.
  28. Hansen RE, Das S (2014). Biomimetic di-manganese catalyst cage-isolated in a MOF: robust catalyst for water oxidation with Ce(IV), a non-O-donating oxidant. Energy & Environmental Science. 7 (1): 317—322. doi:10.1039/C3EE43040E.

Посилання

  • JEAC

Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет

Rozsheplennya vodi ce himichna reakciya pid chas yakoyi voda rozsheplyuyetsya na kisen i voden Shema himichnogo rivnyannya en forma rozsheplennya vodi 2 H2O 2 H2 O2 Efektivne ta ekonomichne rozdilennya vodi bulo b tehnologichnim prorivom yakij mig bi stati osnovoyu vodnevoyi ekonomiki na osnovi en Variant rozsheplennya vodi vidbuvayetsya pid chas fotosintezu ale voden ne utvoryuyetsya Zvorotne rozsheplennya vodi lezhit v osnovi vodnevogo palivnogo elementa ElektrolizPerednya chastina elektrolizera z elektrichnoyu panellyu na perednomu plani en ce rozkladannya vodi H2O na kisen O2 i voden H2 pid diyeyu elektrichnogo strumu sho propuskayetsya cherez vodu Vikoristannya atmosfernoyi elektriki dlya himichnoyi reakciyi pid chas yakoyi voda rozdilyayetsya na kisen i voden Zobrazhennya Vion patent SShA 28793 Cherven 1860 roku Vion U S Patent 28 793 Pokrashenij metod vikoristannya atmosfernoyi elektriki cherven 1860 r U shemah virobnictva Power to Gas nadlishkova potuzhnist abo pozapikova potuzhnist stvorena vitrovimi generatorami abo sonyachnimi batareyami vikoristovuyetsya dlya balansuvannya navantazhennya energetichnoyi merezhi shlyahom zberigannya ta podalshogo vvedennya vodnyu v merezhu prirodnogo gazu Sudno elektrolizu vodi en Virobnictvo vodnyu z vodi ye energoyemnim Potencijni dzherela elektroenergiyi vklyuchayut energiyu GES vitrovi turbini abo fotoelektrichni elementi Zazvichaj spozhivana elektroenergiya ye bilsh cinnoyu nizh viroblenij voden tomu cej metod ne otrimav shirokogo zastosuvannya Na vidminu vid nizkotemperaturnogo elektrolizu en VTE vodi peretvoryuye bilshu chastinu pochatkovoyi teplovoyi energiyi v himichnu energiyu voden potencijno podvoyuyuchi efektivnist priblizno do 50 Oskilki chastina energiyi v VTE postachayetsya u viglyadi tepla mensha chastina energiyi povinna peretvoryuvatisya dvichi z tepla v elektriku a potim v himichnu formu i tomu proces ye bilsh efektivnim V danij chas energoefektivnist elektrolitichnogo rozsheplennya vodi stanovit 60 70 Rozsheplennya vodi pri fotosinteziVariant rozsheplennya vodi vidbuvayetsya pid chas fotosintezu ale elektroni napravlyayutsya ne do protoniv a do lancyuga transportuvannya elektroniv u fotosistemi II Elektroni vikoristovuyutsya dlya peretvorennya vuglekislogo gazu v cukor Koli fotosistema I staye fotozbudzhenoyu iniciyuyutsya reakciyi perenosu elektroniv sho prizvodit do vidnovlennya ryadu akceptoriv elektroniv zreshtoyu NADP peretvoryuyetsya na NADPH a fotosistema I okislyuyetsya Okislena fotosistema I zahoplyuye elektroni z fotosistemi II za dopomogoyu ryadu etapiv iz zaluchennyam takih agentiv yak plastohinon citohromi ta plastocianin Potim fotosistema II viklikaye okislennya vodi sho prizvodit do vidilennya kisnyu reakciya katalizuyetsya klasterami CaMn4O5 vbudovanimi v skladne bilkove seredovishe kompleks vidomij yak kompleks sho vidilyaye kisen OEC en dlya virobnictva vodnyu Pri biologichnomu virobnictvi vodnyu elektroni yaki viroblyaye fotosistema napravlyayutsya ne do aparatu himichnogo sintezu a do gidrogenaz sho prizvodit do utvorennya H2 Cej biovoden viroblyayetsya v en Fotoelektrohimichne rozsheplennya vodiVikoristannya elektroenergiyi viroblenoyi fotoelektrichnimi sistemami potencijno proponuye najchistishij sposib virobnictva vodnyu krim yadernoyi energiyi vitrovoyi energiyi geotermalnoyi energiyi ta gidroelektrostancij Znovu zh taki voda rozkladayetsya na voden i kisen shlyahom elektrolizu ale elektrichna energiya otrimuyetsya za dopomogoyu fotoelektrohimichnogo procesu Cyu sistemu takozh nazivayut shtuchnim fotosintezom Fotokatalitichne rozsheplennya vodiPeretvorennya sonyachnoyi energiyi na voden za dopomogoyu procesu rozsheplennya vodi ye sposobom otrimannya chistoyi ta vidnovlyuvanoyi energiyi Cej proces mozhe buti bilsh efektivnim yaksho jomu spriyayut fotokatalizatori zvazheni bezposeredno u vodi a ne fotoelektrichna abo elektrolitichna sistema tak sho reakciya vidbuvayetsya v odin etap RadiolizYaderne viprominyuvannya regulyarno rozrivaye vodni zv yazki Na zolotomu rudniku Mponeng Pivdenna Afrika doslidniki znajshli v zoni prirodnoyi visokoyi radiaciyi spilnotu de dominuye novij en en yakij zhivitsya golovnim chinom radiolitichno viroblenim H2 Vidpracovane yaderne palivo takozh doslidzhuyetsya yak potencijne dzherelo vodnyu Poroshok nanogalvanichnogo alyuminiyevogo splavuBulo pokazano sho poroshok alyuminiyevogo splavu vinajdenij doslidnickoyu laboratoriyeyu armiyi SShA v 2017 roci zdatnij viroblyati gazopodibnij voden pri kontakti z vodoyu abo bud yakoyu ridinoyu sho mistit vodu zavdyaki svoyij unikalnij nanorozmirnij galvanichnij mikrostrukturi Povidomlyayetsya sho vin generuye voden na 100 vidsotkiv vid teoretichnogo vihodu bez potrebi v bud yakih katalizatorah himikatah abo zovnishnij energiyi Nanogalvanichnij poroshok na osnovi alyuminiyu rozroblenij doslidnickoyu laboratoriyeyu armiyi SShATermichne rozsheplennya vodiU procesi termolizu molekuli vodi rozsheplyuyutsya na atomarni komponenti voden i kisen Napriklad pri 2200 C priblizno tri vidsotki vsiyeyi H2O disociyuyut na rizni kombinaciyi atomiv vodnyu ta kisnyu perevazhno H H2 O O2 ta OH Inshi produkti reakciyi taki yak H2O2 abo HO2 zalishayutsya neznachnimi Pri duzhe visokij temperaturi 3000 C bilshe polovini molekul vodi rozkladayetsya ale za temperaturi navkolishnogo seredovisha lishe odna molekula zi 100 triljoniv disociyuye pid diyeyu tepla Visoki temperaturi ta obmezhennya materialiv zavadili zastosuvannyu cogo pidhodu Atomne teplo Odniyeyu z pobichnih perevag yadernogo reaktora yakij viroblyaye elektroenergiyu ta voden ye te sho vin mozhe pereklyuchati virobnictvo mizh nimi dvoma Napriklad AES mozhe viroblyati elektroenergiyu vden i voden vnochi uzgodzhuyuchi profil virobnictva elektroenergiyi z dobovimi kolivannyami popitu Yaksho voden mozhna viroblyati ekonomichno cya shema bude vigidno konkuruvati z isnuyuchimi shemami nakopichennya energiyi v merezhi Bilshe togo u Spoluchenih Shtatah ye dostatnij popit na voden shob taki stanciyi mogli vporatisya z usim shodennim pikom viroblennya Gibridnij termoelektrichnij midno hlornij cikl ce kogeneracijna sistema yaka vikoristovuye en yadernih reaktoriv zokrema nadkritichnogo vodyanogo reaktora CANDU Sonyachne teplo Visokih temperatur neobhidnih dlya rozsheplennya vodi mozhna dosyagti za dopomogoyu koncentraciyi sonyachnoyi energiyi ru pilotna ustanovka potuzhnistyu 100 kilovat na en v Ispaniyi yaka vikoristovuye sonyachne svitlo dlya otrimannya neobhidnih vid 800 do 1200 C dlya rozsheplennya vodi Hydrosol II pracyuye z 2008 roku Konstrukciya ciyeyi pilotnoyi ustanovki potuzhnistyu 100 kilovat bazuyetsya na modulnij koncepciyi U rezultati mozhlivo sho cyu tehnologiyu mozhna bude legko rozshiriti do megavatnogo diapazonu zbilshivshi kilkist dostupnih reaktornih ustanovok i pidklyuchivshi stanciyu do poliv geliostativ poliv dzerkal dlya vidstezhennya soncya vidpovidnogo rozmiru Materialni obmezhennya cherez neobhidni visoki temperaturi zmenshuyutsya zavdyaki konstrukciyi membrannogo reaktora z odnochasnim viluchennyam vodnyu ta kisnyu yakij vikoristovuye pevnij temperaturnij gradiyent i shvidku difuziyu vodnyu Zavdyaki koncentrovanomu sonyachnomu svitlu yak dzherelu tepla ta lishe vodi v reakcijnij kameri utvoryuvani gazi ye duzhe chistimi a yedinim mozhlivim zabrudnyuvachem ye voda Solar Water Cracker z koncentratorom blizko 100 m mozhe viroblyati majzhe odin kilogram vodnyu za godinu sonyachnogo svitla DoslidzhennyaProvodyatsya doslidzhennya fotokatalizu priskorennya fotoreakciyi v prisutnosti katalizatora Jogo rozuminnya stalo mozhlivim z momentu vidkrittya elektrolizu vodi za dopomogoyu dioksidu titanu Shtuchnij fotosintez ce oblast doslidzhen yaka namagayetsya vidtvoriti prirodnij proces fotosintezu peretvoryuyuchi sonyachne svitlo vodu ta vuglekislij gaz na vuglevodi ta kisen Neshodavno vdalosya rozshepiti vodu na voden i kisen za dopomogoyu shtuchnoyi spoluki pid nazvoyu en en takozh VTE abo ce metod yakij zaraz doslidzhuyetsya dlya otrimannya vodnyu z vodi z kisnem yak pobichnim produktom Inshi doslidzhennya vklyuchayut termoliz na defektnih vuglecevih substratah sho robit mozhlivim virobnictvo vodnyu pri temperaturah trohi nizhche 1000 C en ce seriya termohimichnih procesiv yaki vikoristovuyutsya dlya virobnictva vodnyu Cikl oksidu zaliza skladayetsya z dvoh himichnih reakcij chistim reagentom yakih ye voda a chistimi produktami voden i kisen Vsi inshi himikati pereroblyayutsya Zalizo oksidnij cikl vimagaye efektivnogo dzherela tepla Sirko jodnij cikl SI ce seriya termohimichnih procesiv yaki vikoristovuyutsya dlya virobnictva vodnyu Cikl SI skladayetsya z troh himichnih reakcij chistim reagentom yakih ye voda a chistimi produktami voden i kisen Vsi inshi himikati pereroblyayutsya Sirko jodnij cikl vimagaye efektivnogo dzherela tepla Bilshe 352 termohimichnih cikliv bulo opisano dlya rozsheplennya vodi abo termolizu Ci cikli obicyayut virobnictvo kisnyu ta vodnyu z vodi ta tepla bez vikoristannya elektriki Oskilki vsya vhidna energiya dlya takih procesiv ye teplom voni mozhut buti efektivnishimi nizh visokotemperaturnij elektroliz Ce poyasnyuyetsya tim sho efektivnist virobnictva elektroenergiyi za svoyeyu suttyu obmezhena Termohimichne virobnictvo vodnyu z vikoristannyam himichnoyi energiyi z vugillya abo prirodnogo gazu zazvichaj ne rozglyadayetsya oskilki pryamij himichnij shlyah bilsh efektivnij Dlya vsih termohimichnih procesiv sumarnoyu reakciyeyu ye reakciya rozkladannya vodi 2H2O Heat2H2 O2 displaystyle ce 2H2O lt gt ce Heat 2H2 O2 Vsi inshi reagenti pereroblyayutsya Zhoden iz termohimichnih procesiv virobnictva vodnyu ne buv prodemonstrovanij na virobnichih rivnyah hocha deyaki z nih buli prodemonstrovani v laboratoriyah Takozh provodyatsya doslidzhennya zhittyezdatnosti nanochastinok i katalizatoriv dlya znizhennya temperaturi pri yakij voda rozsheplyuyetsya Neshodavno bulo pokazano sho materiali na osnovi en MOF ye duzhe perspektivnim kandidatom dlya rozsheplennya vodi za dopomogoyu deshevih perehidnih metaliv pershogo ryadu Doslidzhennya zoseredzheno na takih ciklah Termohimichnij cikl Efektivnist pitoma teplota zgoryannya Temperatura C F en CeO2 Ce2O3 2 000 C 3 630 F en HyS 43 900 C 1 650 F Sirko jodnij cikl SI 38 900 C 1 650 F 46 1 000 C 1 830 F 39 1 000 C 1 830 F 35 1 100 C 2 010 F en Zn ZnO 44 1 900 C 3 450 F 42 1 600 C 2 910 F 43 1 600 C 2 910 F en Fe3O4 FeO displaystyle ce Fe3O4 FeO 42 2 200 C 3 990 F 49 1 560 C 2 840 F 43 1 800 C 3 270 F 43 1 800 C 3 270 F en Cu Cl 41 550 C 1 022 F Div takozh en PrimitkiHauch A Ebbesen SD Jensen SH Mogensen M 2008 Highly efficient high temperature electrolysis Journal of Materials Chemistry 18 20 2331 doi 10 1039 b718822f Yan Zhifei Hitt Jeremy L Turner John A Mallouk Thomas E 9 chervnya 2020 Renewable electricity storage using electrolysis Proceedings of the National Academy of Sciences 117 23 12558 12563 doi 10 1073 pnas 1821686116 PMC 7293654 PMID 31843917 Yano J Kern J Sauer K Latimer MJ Pushkar Y Biesiadka J Loll B Saenger W Messinger J Zouni A Yachandra VK November 2006 Where water is oxidized to dioxygen structure of the photosynthetic Mn4Ca cluster Science 314 5800 821 5 Bibcode 2006Sci 314 821Y doi 10 1126 science 1128186 PMC 3963817 PMID 17082458 a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite journal title Shablon Cite journal cite journal a Nedijsnij displayauthors 6 dovidka Barber J March 2008 Crystal structure of the oxygen evolving complex of photosystem II Inorganic Chemistry 47 6 1700 10 doi 10 1021 ic701835r PMID 18330964 II F 2 Maximizing Light Utilization Efficiency and Hydrogen Production in Microalgal Cultures DOE Hydrogen Program Annual Progress Report U S Department of Energy 2008 s 187 190 Electrode lights the way to artificial photosynthesis New Scientist 31 lipnya 2008 Solar Power Breakthrough Researchers have found a cheap and easy way to store the energy made by solar power MIT Technology Review 31 lipnya 2008 del Valle F Ishikawa A Domen K Villoria De La Mano JA Sanchez Sanchez MC Gonzalez ID Herreras S Mota N Rivas ME 2009 Influence of Zn concentration in the activity of Cd1 xZnxS solid solutions for water splitting under visible light Catalysis Today 143 1 2 51 59 doi 10 1016 j cattod 2008 09 024 a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite journal title Shablon Cite journal cite journal a Nedijsnij displayauthors 6 dovidka Navarro Yerga RM Alvarez Galvan MC del Valle F Villoria de la Mano JA Fierro JL 2009 Water Splitting on Semiconductor Catalysts under Visible Light Irradiation ChemSusChem 2 6 471 485 doi 10 1002 cssc 200900018 PMID 19536754 Photocatalytic water splitting under visible Light concept and materials requirements Advances in Chemical Engineering T 36 2009 s 111 143 doi 10 1016 S0065 2377 09 00404 9 ISBN 9780123747631 Lin LH Wang PL Rumble D Lippmann Pipke J Boice E Pratt LM Sherwood Lollar B Brodie EL Hazen TC Andersen GL DeSantis TZ Moser DP Kershaw D Onstott TC 2006 Long Term Sustainability of a High Energy Low Diversity Crustal Biome Science 314 5798 479 82 Bibcode 2006Sci 314 479L doi 10 1126 science 1127376 PMID 17053150 a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite journal title Shablon Cite journal cite journal a Nedijsnij displayauthors 6 dovidka Aluminum Based Nanogalvanic Alloys for Hydrogen Generation U S Army Combat Capabilities Development Command Army Research Laboratory Procitovano 6 sichnya 2020 Army discovery may offer new energy source U S Army 25 lipnya 2017 Procitovano 6 sichnya 2020 Funk JE 2001 Thermochemical hydrogen production past and present International Journal of Hydrogen Energy 26 3 185 190 doi 10 1016 S0360 3199 00 00062 8 PDF Argonne National Laboratory University of Chicago 2005 Arhiv originalu PDF za 27 Sep 2007 Procitovano 3 bereznya 2010 Naterer GF Suppiah S Lewis M Gabriel K Dincer I Rosen MA Fowler M Rizvi G Easton EB Ikeda BM Kaye MH Lu L Pioro I Spekkens P Tremaine P Mostaghimi J Avsec J Jiang J 2009 Recent Canadian Advances in Nuclear Based Hydrogen Production and the Thermochemical Cu Cl Cycle International Journal of Hydrogen Energy 34 7 2901 2917 doi 10 1016 j ijhydene 2009 01 090 a href wiki D0 A8 D0 B0 D0 B1 D0 BB D0 BE D0 BD Cite journal title Shablon Cite journal cite journal a Nedijsnij displayauthors 6 dovidka DLR German Aerospace Center 2008 Arhiv originalu PDF za 4 Jun 2011 Arhiv originalu za 4 Mar 2012 Kudo A Kato H Tsuji I 2004 Strategies for the Development of Visible light driven Photocatalysts for Water Splitting Chemistry Letters 33 12 1534 1539 doi 10 1246 cl 2004 1534 Chu S Li W Hamann T Shih I Wang D Mi Z 2017 Roadmap on solar water splitting current status and future prospects Nano Futures 1 2 022001 Bibcode 2017NanoF 1b2001C doi 10 1088 2399 1984 aa88a1 Monash University 17 serpnya 2008 Monash team learns from nature to split water EurekAlert Kostov MK Santiso EE George AM Gubbins KE Nardelli MB 2005 Dissociation of Water on Defective Carbon Substrates Physical Review Letters 95 13 136105 Bibcode 2005PhRvL 95m6105K doi 10 1103 PhysRevLett 95 136105 PMID 16197155 PDF DOE Hydrogen Program 2006 Arhiv originalu PDF za 6 chervnya 2022 Procitovano 2 lipnya 2022 PDF DOE Hydrogen Program 2005 Arhiv originalu PDF za 3 travnya 2019 Procitovano 2 lipnya 2022 Nanoptek and Lightfuel nanoptek com Procitovano 11 kvitnya 2021 TreeHugger 31 lipnya 2008 Arhiv originalu za 13 Aug 2008 Nepal D Das S 2013 Sustained Water Oxidation by a Catalyst Cage Isolated in a Metal Organic Framework Angewandte Chemie International Edition 52 28 7224 7227 CiteSeerX 10 1 1 359 7383 doi 10 1002 anie 201301327 PMID 23729244 Hansen RE Das S 2014 Biomimetic di manganese catalyst cage isolated in a MOF robust catalyst for water oxidation with Ce IV a non O donating oxidant Energy amp Environmental Science 7 1 317 322 doi 10 1039 C3EE43040E PosilannyaJEAC

Дата публікації:
Топ