Seminarski rad - Vodik kao gorivo.doc

Univerzitet u Sarajevu 11.1.2014. Prirodno-matematički Prirodno-matematički fakultet Odsijek: Hemija Predmet: Predmet: Savremene teme u emiji

Seminarski rad !odik kao "orivo

Studenti:

Trusted by over 1 million members

Try Scribd FREE for 30 days to access over 125 million titles without ads or interruptions! Start Free Trial Cancel Anytime.









Sadržaj: 1. Vodik (hidrogen) 2. Vodikova ekonomija 3. Osobine vodika kao energenta 3.1. Prednosti vodika kao goriva 3.2. Nedostatci vodika kao goriva . !obijanje vodika .1. "#ektro#i$a vode .2. Proi$vodnja vodika i$ %osi#nih goriva .3. &o'#inska disocijacija .. as'#injavanje g#jena .*. +vaernerov 'roces *. ,orivi -#anak *.1. Princi' rada *.2. Primjena gorivih -#anaka . Najnovija istraživanja









1. Vodik (hidrogen)

+emijski e#ement Vodik e#ement Vodik nosi  'eriodnom  'eriodnom sstav sstav e#emenata simbo# e#emenata simbo# /0 atomski (redni) broj m je 10 a atomska masa m masa m i$nosi 10(). Vodik nema odre4en 'o#ožaj  'eriodnom sstav. 5ma jedan va#entni e#ektron kao e#ektron kao a#ka#ijski meta#i0 meta#i0 a od njih se ra$#ikje mnogo ve6om energijom ioni$acije. energijom ioni$acije. 7a 7a stabi#n e#ektronsk kon%igracij nedostaje m jedan e#ektron. e#ektron. Vodik bi se mogao smatrati ha#ogenim e#ementom0 a#i od njih ima manj e#ektronegativnost e#ektronegativnost i i a%initet 'rema e#ektron0 'a se $bog toga 'ro-ava $asebno. 8ini *9 mase svemira0 svemira0 te je ishodina tvar i$ koje s nk#earnom %$ijom nasta#i %$ijom nasta#i osta#i e#ementi. "#ementarni vodik sastoji se od obi-nog vodika ('rocija) (;0<9)0 ('rocija) (;0<9)0 dok ostatak (gotovo 029) -ini teki vodik (deterij ( deterij)) s tragovima tr agovima s'ertekog vodika (tricija (tricija). ). Vodik stvara kemijske ve$e sa najvie e#emenata0 'osebno  organskim tvarima. tvarima. Pri standardnom t#ak i tem'eratri0 tem'eratri0 vodik je '#in be$ boje0 mirisa i oksa0 10 'ta #aki od $raka. $raka. Neotrovan je. S#abo je to'#jiv  to'#jiv  'o#arnim0 a bo#je  ne'o#arnim ota'a#ima.









2. Vodikova ekonomija (h=drogen econom=) Vodikova Vodikova ekonomija je ideja 'romjene ideja 'romjene svjetske ekonomije energije ovisne o na%ti o na%ti   on

teme#jen na vodik na vodik.. +ada se govori o vodikovoj ekonomiji0  'rvom red se mis#i na eko#oki 'rihvat#jiv eko#oki 'rihvat#jiv 'roi$vodnj vodika  ve#ikim ko#i-inama i 'rimjen  dva ve#ika 'odr-ja: 'rijevo$ 'odr-ja: 'rijevo$ i i energetici. energetici. ,#avni ra$#og je $aga4enje 7em#je $aga4enje 7em#je i atmos%ere0 'ove6anje stak#eni-kih stak#eni-kih '#inova koje nastaje i$garanjem %osi#nih goriva0 koja se danas koriste  'rijevo$0 indstrijama0 kao goriva $a grijanje itd. 5$garanjem tih energenata nastaj otrovni i tetni '#inovi kao to s: g#ji-ni monoksid >O0 g#ji-ni dioksid >O dioksid >O20 sm'orni oksidi SO oksidi SO20 SO30 nitrogenovi oksidi itd. &akodjer &akodjer bitan ra$#og je ve#ika 'otronja na%te0 g#ja0 $emnog '#ina -ime se ve#iko smanjj ko#i-ine tih goriva na 7em#ji0 te može do6i i do njihovog 'ot'nog nestanka. 7bog toga se sve vie istražje i govori o vodik kao energent0 tj0 vodikovoj ekonomiji0 jer vodik je energent i$vanrednih osobina0 koji bi mogao sve 'romijeniti. +ao gorivo je 'ot'no -ist i neograni-eno neograni-eno 'rist'a-an. !a bi se vodikova ekonomija s'je#a 'rimjeniti0 a ne biti samo $amisao0 moraj se vesti e#ementi vodikove ekonomije: ?

Proi$vodnja

?

!ostava

?

Sk#aditenje

?

"dkacija

?

Standardi

?

Sigrnost









?

,orive 6e 6e#ije

5deja o vodikovoj ekonomiji nije tako nova. Ao 1<*. %rancski 'isac A#es Verne 'rorekao Verne 'rorekao je da kom'onente vode kom'onente vode00 vodik i kisik 0 mog osigrati neograni-ene ko#i-ine e#ektri-ne energije i energije i to'#ine. @#i to'#ine. @#i sve do danas0 to je j e osta#a $nanstvena %antastika. %antastika . 8ovje-anstvo i'ak 'ostaje sve svjesnije da 't kojim ide  energetici ne vodi nikda. +oritenje 'retežito %osi#nih 'retežito %osi#nih goriva $a goriva $a dobivanje energije dove#o je ve6 do ve#ikih g#oba#nih 'rob#ema ( g#oba#no $ato'#jenje0 'ove6anje stak#eni-kih 'ove6anje stak#eni-kih '#inova0 '#inova0 'orast ra$ine mora)0 mora)0 rjeenje kojih ve6 sada traži visok cijen.









3. Osobine vodika kao energenta . Vodik se 'rakti-ki vijek jav#ja  mo#ek#nom  mo#ek#nom ob#ik /20 jer je atomni je atomni vodik vodik / kratkog života B samo oko 0* sekndi0 sekndi0 i vr#o br$o #a$i  s'ojeve. Od svih e#emenata gradi najve6i broj kemijskih s'ojeva. s'ojeva. +ao '#in +ao '#in #aki #aki je od svih osta#ih '#inova i 10 'ta #aki od $raka. $raka. Cka'#jeni vodik je naj#aka tek6ina naj#aka tek6ina..

? ? ?

s'ec s'eci%ii%i-na na masa masa '#inov '#inovito itogg vod vodika ika 0< 0<** gDdm3 s'ec s'eci%ii%i-na na masa masa ka ka'#je '#jenog nog vod vodika ika 0 0 gDcm gDcm 3 ogrjevna vrijednostDto'#ota vrijednostDto'#ota i$garanja (11. EADkg)

5$ tabe#e se može vidjeti da  odnos na osta#a goriva to'#ota i$garanja vodika je $natno ve6a0











3.1 Prednosti vodika kao goriva

?

Lako dostupan: vodik je #ako dost'an0 nema niti jednog e#ementa  svemir 

i$obi#j kao vodika0 sastavni je dio vode i organskih jedinjenja. ?

Nema emisje štetnih gasova/nusprodukata : Ao jedna 'rednost vodika kao goriva je

to to kada i$gori 'rakti-no ne ostav#ja nikakve ns'rodkte. Naime0 'ri koritenj kao raketno gorivo0 i$goreni vodik je ostav#jao -ist 'itk vod $a astronate. ?

Ne zagađuje okolinu: vodik je ne toksi-an0 $a ra$#ik od ve6ine osta#ih goriva0 to ga

 tom 'og#ed -ini idea#nim gorivom: 2/ # F O# G 2/#O ?

Efikasnost: +ao gorivo mnogo je e%ikasnij od tradiciona#nih goriva0 to $na-i da ista

ko#i-ina daje 'no vie energije. @ko bi to 'osmatra#i kro$ svakidanjic0 ato na'njeno hidrogenom bi mog#o 're6i 'no ve6 da#jenost0 nego ato koje koristi ben$inDdise# kao gorivo. ?

Obnovljivost: /idrogen je obnov#jivi i$vor energije0 jer njegovim i$garanjem nastaje

voda0 koja se o'et može može koristiti $a dobijanje. 7a ra$#ik od %osi#nih goriva koja koja s teže dost'na i ne obnov#jiva0 vodik je obnov#jiv i #ako dost'an.









?

3.2. Nedostatci vodika kao goriva ?

Lako zapaljiv: rad sa vodikom nije nima#o jednostavan i njegova $a'a#jivost može da

bde jedan od od ve6ih 'rob#ema 'rob#ema 'ri rad. Naime0 može može se $a'a#iti i  'risstv 'risstv samo 239 $raka0 tj. *9 kisika0 dok n'r. 'ro'an treba smjes od 9 $raka da bi se $a'a#io. ?

&ako4er &ako4er gori be$bojnim '#amenom0 tako da je taj '#amen jako teko o-iti. jenjanje postoje!e infrastrukture: ako bi se vodik veo kao 'rimarni energent0 mjenjanje -itave 'ostoje6e in%rastrktre bi bi#o jako teko i sk'o. Eijenjati sve od

?

ata0 ben$inskih cr'ki0 indstrijskih 'ogona itd0 je teko $amis#ivo. "kladištenje: /idrogen se drži  %ormi kom'resovane te-nosti i tokom vremena dio njega nestane is'aravanjem. is'aravanjem. Cko#iko se ato na vodik ne vo$i redovno0 is'aravanje se $natno 'ove6ava0 a time i i$datak $a gorivo.









. !obijanje !obijan je Vodika

Vodik se 'roi$vodi i koristi  indstriji vie od sto godina. +oristi se  'rocesnoj indstriji te  #aboratorijima di#jem svijeta. St#a-eni vodik može se k'iti od ve6ine trgovaca '#inom. Prvi ve#iki korak  ekonomiji vodika je organi$acija organi$acija njegove ekonomi-ne 'roi$vodnje  ve#ikim ko#i-inama. S jedne strane to i nije tako ve#ik 'rob#em0 jer s 'ost'ci 'o$nati0 a vodika se danas 'roi$vodi i$me4 * i  mi#ijardi kbnih metara godinje $a 'otrebe kemijske 'otrebe kemijske indstrije0 istina indstrije0 istina 'retežito i$ %osi#nog goriva B 'rirodnog B 'rirodnog '#ina. '#ina. Jo#ji na-in od toga je dobivanje vodika i$ vode i$ vode 'o$natim 'o$natim 'ost'kom e#ektro#i$e. e#ektro#i$e. Predvi4a se da 6e to biti g#avni na-in0 jer se može0 a to se $ahtijeva0 koristiti eko#oki 'roi$vedena e#ektri-na energija i$ energija i$ obnov#jivih i$vora.









ot'ora  ot'ora  krg nastaj gbici0 'a se 'otrebna energija 'ove6a na 3 do *3 kKhDkg. &i 'odaci s $anim#jivi0 jer se 'redvi4a da 6e se  bd6nosti vodik 'retežito 'roi$voditi na eko#oki 'ot'no 'rihvat#jiv 'rihvat#jiv na-in0 tj. e#ektri-nom energijom energijom dobivenom dobivenom samo i$ obnov#jivih obnov#jivih i$vora. a-na se na obnov#jive i$vore kao to s hidroenergija0 hidroenergija0 vjetar 0 %otona'onske '#o-e0 biomasa '#o-e0 biomasa i jo neke drge. •

@noda (oksidacija): 2 / 2O (# (#) L O2 (g (g) F  /F (aM (aM)) F  e B

•

+atoda (redkcija): 2 /2O (g) F 2 e B L /2 (g) F 2 O/ B (aM)

•

Ck'na reakcija: 2 / 2O (#) L 2 /2 (g) F O2 (g)









Ve6ina 'rocesa teme#ji se na $agrijavanj g#jikovodika0 vodene 'are i  nekim s#-ajevima $raka i#i kisika te njihovom mijeanj  reaktor. C tim 'rocesima ra$dvajaj se mo#ek#e vode i g#jikovodika to dovodi do stvaranja mo#ek#a vodika0 g#jikovog monoksida te g#jikovog dioksida. !rga metoda je $agrijevanje g#jikovodika dok se on ne ra$dvoji na g#jik i vodik.

4.3. Toplinska Toplinska disocijacija 7agrijavanjem g#jikovodika g#jikovodika na visokim tem'eratrama be$ 'risstva kisika0 mog6e je odvojiti vodik i g#jik. Prednost ovoga 'rocesa je dobivanje vodika be$ nastanka g#jikovog dioksida.

4.4. Rasplinjavanje ugljena as'#injavanje ('#ino%ikacija) ('#ino%ikacija) g#jena je najstarija metoda 'roi$vodnje vodika. C starim 'ogonima g#jen g#jen se $agrijava na > 'ri -em -em se 'retvara  '#inoviti '#inoviti ob#ik0 mijea se s 'arom te $ 'risstvo 'risstvo nik#a kao kata#i$atora kata#i$atora nastaje '#in koji se sastoji od vodika (9)0 a#i i ve#ikih ko#i-ina g#jikovog monoksida.











Norveka kom'anija kom'anija Kvaerner Oil & Gas Company ra$vi#a je 'roces kod kojeg se dobivaj 'ot'no -isti g#jik g#jik (H>arbon J#ackI) te vodik. Ova vrsta g#jika g#jika se koristi  indstriji indstriji gme i boja. 5deja 'rocesa 'rocesa je ra$dvajanje ra$dvajanje komercija#nih g#jikovodika g#jikovodika ( od #aganog #aganog '#ina do teke sirove na%te) te dobivanje -istog g#jika $a da#jnj indstrijsk 'orab. Cg#jikovodik se ra$dvaja  strji '#a$me0 'ri tem'eratri od 1*>0 na g#jik i vodik. P#a$m stvara visokona'onski visokona'onski i$vor. Proces se odvija be$ 'risstva kisika te stoga ne nastaje g#jikov dioksid. Prototi'no 'ostrojenje koje radi s navedenim 'rocesom i$gra4eno je 12. godine  vedskoj.0 a 'rvo komercija#no 1. godine  +anadi.

?

5ako 'ostoji 'ostoji dosta dosta 'o$nat 'o$natih ih na-ina na-ina $a $a dobijanje dobijanje vodika0 vodika0 g#av g#avnom nom svi svi 'ost'ci 'ost'ci00 sem e#ektro#i$e vode nis to#iko 'ovo#jni $a vo4jenje vodika kao goriva0 jer je jedan od g#avnih ra$#oga vo4enja tog goriva jeste smanjenje $aga4enosti '#anete. 5ako je najsk'#ji 'roces0 e#ektro#i$a bi sa sigrno6 bi#a najbo#ji na-in dobijanja vodika0









krgom vodi-a i 'reko troi#a (ot'ornik0 e#ektri-ni motor istosmjerne strje0 žar#ja i s#.) do katode. Na katodi neki katodi neki se drgi e#ement i#i s'oj (oksidans) redcira $ahvatom e#ektrona 'roi$vedenih na na anodi. Prodkti reakcije0 reakcije0 negativni negativni i 'o$itivni ioni0 s'ajaj se  e#ektro#it0 a nasta#i 'rodkt odvodi se i$ gorivog -#anka. 8esto je kona-ni 'rodkt reakcije isti kao da je gorivo i$gorje#o  oksidans $ direktn 'retvorb kemijske  ntranj termi-k energij. Odat#e i 'otje-e na$iv gorivi -#anak. ,orivi -#anci s visoko dje#otvorni 'retvara-i energije. Je$ 'okretnih s dije#ova i rade be$ bke. Primjena gorivih -#anaka ograni-ena ograni-ena je $a sada sada na svemirske svemirske #etje#ice i  neke vojne svrhe0 dak#e tamo gdje visoka nabavna cijena nije 'rimarna.

*.1. $rin%ip rada









*.2. Primjena gorivih -#anaka

,orivi -#anci se inten$ivno is'itj0 a istraživanja s dobi#a novi 'oticaj $bog $aotravanja









s'ojevima0 kata#iti-kim otrovima0 i$ goriva. Ee4tim0 da održe radn tem'eratr0 tem'eratr0 oni moraj i#i ne'rekidno raditi0 to sni$je njihov k'ni st'anj iskoritenja goriva0 i#i $ahtijevaj 'omo6ne i$vore energije i$vore energije.. @ko se s'jeno rijee s'omente teko6e0 najvjerojatnije 6e se gorive 6e#ije naj'rije 'otreb#javati $a 'ogon cestovnih vo$i#a. Vodik bi trebao 'ostati naj-e6i 'ogon0 danas a#ternativni0 a  bd6nosti standardno 'ogonsko gorivo gorivo atomobi#a. atomobi#a. Jrojni 'roi$vo4a-i atomobi#a ve6 ve#ike obav#jaj testiranja svojih atomobi#a koja bi  b#iskoj bd6nosti mog#a biti 'ogonjena vodikom. 7na-ajnija 'rimjena je mog6a mog6a kao kombinirani kombinirani kogeneracijski a'arati a'arati s 'rirodnim '#inom $a k6n 'roi$vodnj e#ektri-ne e#ektri-ne strje i to'#ine koji bi  bd6nosti o'skrb#jiva#i o'skrb#jiva#i to'#inom i strjom jedn i#i vie obite#ji. obite#ji.









. Najnovija istraživanja

?

"manjenje %ijene i pove!anje izd&ljivosti i performansi gorivih 'lanaka

7nanstvenici 7nanstvenici s s'je#i novim istraživanjima i radom da smanje cijen gorivih -#anaka $a











7nanstvenici 7nanstvenici sa Sve-i#ita  ,Qteborg  vedskoj s'je#i s stvoriti tvar koja je 1. 'ta teža od vode i g6a od od one koja se na#a$i  sredit Snca0 Snca0 a nadaj nadaj se da bi  bd6nosti mog#a mog#a 'ostati -ist i održiv i$vor energije. Ovakva Ovakva tvar0 tvar0 #tra ? gsti deterij deterij stvorena je0 $asad  mikrosko'skim ko#i-inama0  #aboratorij  ,Qteborg. Nova mjerenja 'oka$a#a s da je da#jenost me4 atomima te tvari tvari $natno manja nego nego  obi-noj materiji. materiji. Nova tvar stvara stvara se i$ tekog vodika vodika 'o$natog kao deterij i stoga je na$vana #tra B gsti deterij. Eo6nim #aserima me4 je$grama deterija mog6e je i$a$vati nk#earn %$ij koja os#oba4a go#eme ko#i-ine energije

Seminarski rad - Vodik kao gorivo.doc

Recommend Documents