Межпредметный проект по теме "Энергетика России".Водород
Водородная энергетика — развивающаяся отрасль энергетики, направление выработки и потребления энергии человечеством, основанное на использовании водорода.
Скачать:
| Вложение | Размер |
|---|---|
 dudina.docx | 81.54 КБ |
Предварительный просмотр:
МАОУ «Средняя школа № 8»
Межпредметный проект
«Энергетика России»
на тему
«Водород»
Выполнила: Дудина Полина, 8М
Проверила: Заремская Наталья Витальевна
Когалым
2013
Оглавление
Введение
Что такое развитое государство?
Я считаю, что развитое государство - это такое государство, в котором развиваются передовые технологии, отлично развита демография, когда народ этой страны не чувствует себя некомфортно от недостатка информационных, материальных и экономических ресурсов, свободных и экономических благ. Думаю, что государство можно назвать «развитым», если энергетика в этом государстве сильная, потому что, от энергетических ресурсов зависит многое.
Можно ли решить проблемы государства развитием энергетики?
Думаю, можно, но, конечно, не все. Вот некоторые из них (выделены зелёным).
Какие проблемы возникают у государства с развитием энергетики?
Основная часть.
История использования водорода как энергоресурса в России.
После второй мировой войны фундаментальные исследования процессов и разработки автомобильных двигателей на водородном топливе проводились во многих странах, в том числе в СССР, но активность исследований в этом направлении существенно снизилась. Дешевая нефть и не осознанные еще экологические последствия бурного развития автотранспорта на углеводородных топливах не оставляли места для развития водородных технологий в этой отрасли. Осознание необходимости их развития пришло в начале 1970-х годов, одновременно с первым нефтяным кризисом и резким обострением экологической ситуации в крупных городах. К этому времени относится начало активной фазы НИОКР (Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы) — совокупность работ, направленных на получение новых знаний и их практическое применение при создании нового изделия или технологии по созданию водородных транспортных средств и инфраструктуры их топливообеспечения. К началу 1980-х годов в СССР, и ряде других стран были созданы экспериментальные водородные автомобили с двигателями внутреннего сгорания, работающие на водороде, бензоводородных смесях, смесях водорода с природным газом и с различными системами хранения водорода на борту автомобиля: в виде гидридов интерметаллических соединений, в жидком и газообразном сжатом состоянии. Активные исследования и разработки в области водородной энергетики и технологии начались в нашей стране в середине 1970-х годов.
Они проводились по многим направлениям крупными научными коллективами под руководством В. А. Легасова, Н. Д. Кузнецова, A. M. Фрумкина, Р. Е. Лозино-Лозинского, А. А. Туполева, В. П. Глушко, В. П. Бармина, А. Н. Барабошкина, В. П. Белякова, А. Н. Подгорного и других выдающихся ученых и крупных организаторов науки.
Каковы характерные особенности и размещение водорода по территории России с точки зрения геологического строения земной коры?
Водород в свободном состоянии встречается на Земле лишь в незначительных количествах. Иногда он выделяется вместе с другими газами при вулканических извержениях, а также из буровых скважин при добывании нефти. Но в виде соединений водород весьма распространен. Это видно уже из того, что он составляет девятую часть массы воды. Водород входит в состав всех растительных и животных организмов, нефти, каменного и бурого углей, природных газов и ряда минералов. На долю водорода из всей массы земной коры, считая воду и воздух, приходится около 1%. Однако при пересчете на проценты от общего числа атомов содержание водорода в земной коре равно 17%.
Является ли использование водорода энергетически выгодным по сравнению с другими видами энергоресурсов?
Я считаю, что водород является энергетически выгодным топливом по сравнению с другими ресурсами. т.к. у водорода:
При использовании бедных водородно-воздушных смесей в качестве топлива возрастает КПД двигателя на 86 % по сравнению с КПД бензинового двигателя, соответственно, снижается и расход топлива.
Водород вообще можно считать универсальным топливом, поскольку он обладает абсолютной экологической чистотой, может заменить бензин, дизельное топливо и мазут в тепловых двигателях (автомобильных, тракторных, комбайновых, локомотивных, судовых, вспомогательных и др.), пригоден для всех видов тепловых двигателей: поршневых с воспламенением от искры и сжатия, поршнетурбинных, во всех типах турбоустановок, двигателя Стирлинга, двигателей прямой реакции, для бытовых целей. [1]
Но основной проблемой на сегодняшний день является хранение и транспортировка водорода.
И эта проблема заключается вот в чём: представьте себе, что у вас есть вёдра, дно которых выполнено из сита с очень маленькими дырочками, так что вода оттуда вытекает достаточно медленно, но вытекает, а вам надо донести воду из колодца, который находится за несколько километров от дома. Если вы попробуете налить воду и принести её, то, скорее всего, большую часть вы потеряете по дороге. На сегодняшний день роль «дырявого» ведра исполняют традиционные способы хранения водорода в баллонах, из которых он испаряется, проникая сквозь металл, ведь молекула водорода обладает самым маленьким размером и с легкостью проникает сквозь любой обычный материал. В итоге из-за утечки может произойти взрыв, стенки баллонов для хранения водорода необходимо делать толще, чем для обычных газов (что увеличивает массу самой установки и снижает полезную «нагрузку»), так же необходимо охлаждать контейнеры с баллонами H2 до низких температур (десятки градусов кельвина). Следовательно, тратятся большие суммы денег на безопасную транспортировку, для хранения необходимо создавать дорогие, высокотехнологичные хранилища и т.д. Из-за всех этих трудностей стоимость одного килограмма водорода оказывается очень высока. [3]
На сегодняшний день для хранения водорода под высоким давлением (до 20 МПа) может оказаться приемлемым использование металлопластиковых баллонов, предназначенных для природного газа (метана) с возможностью накопления водорода до 2,7% масс. В стадии разработки находятся металлопластиковые водородные баллоны, с рабочим давлением 39,2 МПа (накопление водорода до 7% масс.). [4]
- Водородное топливо, как и практически любое топливо, взрывоопасно;
- Установка и техническое обслуживание должно выполняться специально подготовленным персоналом.
Каковы основные способы добычи/получения/переработки данного вида энергоресурсов?
В промышленности водород получают главным образом из природного газа. Этот газ, состоящий в основном из метана, смешивают с водяным паром и с кислородом. При нагревании смеси газов до 8000С-900 °C в присутствии катализатора происходит реакция, которую схематически можно изобразить уравнением:
2CH4 + O2 + 2H2O —> 2CO2 + 6H2
Полученную смесь газов разделяют. Водород очищают и либо используют на месте получения, либо транспортируют в стальных баллонах под повышенным давлением.
Важным промышленным способом получения водорода служит также его выделение из коксового газа или из газов переработки нефти. Оно осуществляется глубоким охлаждением, при котором все газы, кроме водорода, сжижаются.
В лабораториях водород получают большей частью электролизом водных растворов NaOH или KOH. Концентрация этих растворов выбирается такой, которая отвечает их максимальной электропроводности (25% для NaOH и 34% для KOH). Электроды обычно изготовляют из листового никеля. Этот металл не подвергается коррозии в растворах щелочей, даже будучи анодом. В случае надобности получающийся водород очищают от паров воды и от следов кислорода. Из других лабораторных методов наиболее распространен метод выделения водорода из растворов серной или соляной кислот действием на них цинка. Реакцию обычно проводят в аппарате Киппа.[2] Также, водород не оказывает никакого влияния на климат, что позволяет добывать его в любой местности без вреда для экологии и климата.
Заключение
С помощью развития данного энергоресурса можно решить множество проблем таких как, экология страны, экономика и многих других. Использование водорода в нашей стране на сей день весьма актуально. Водород намного эффективней, экологичней, прост в использовании и добыче. Также, его плюс в том, что при смешивании его с классическим топливом, таким как нефть, эффективность заметно увеличивается. В России данный вид энергоресурсов не так развит, как в других передовых странах потому, как в нашей стране, хоть и были разработки данного энергоресурса, и весьма успешные, но прекратились, т.к. посчитались неактуальными. Думаю, сейчас самое время восстановить эти результаты и приняться за развитие водородной энергетики.
Список литературы
Электронные источники
Мост Леонардо
Будьте как солнце!
Самый богатый воробей на свете
Загадочная система из шести экзопланет
Попробуем на вкус солёность моря?