1598005503-634bb8193a0a063d19abf81fb6d27ecd (811219), страница 33
Текст из файла (страница 33)
В фотохимическом преобразователе с рабочим вещесгьом в виде суспензни может быть использована смесь и — ТгОз с добавками платины в ! и. растворе Нт30ь т. е. каждая частица суспензии будет представлять собон систему микроэлементов, аналогичных рассмотренным выше. Поскольку фото-ЭДС, развиваемая на ТгОз, недостаточна для достижения потенциала выделения водорода, в качестве сопряженной реакции выделения водорода используется окисление органических веществ (метанола, формальдегида, муравьиной кислоты) В таких преобразователях трудно осуществить пространственное разделение кислорода и водорода и, по.видимому, следует отказаться от выделе. иия одного нз газов, например водорода, заменив его получением П-12 161 продукта, остающегося в растворе, тем более что сбор водорода с болыпих площздей при низких скоростях его выделения (0,12 см'см-з мин-') является технически сложной задачей.
Биохимические элементы Выделение водорода под действием микроорганизмов было обна. ружено более 100 лет назад [99[ при брожении муравьинокислого кальция: Са (СООН) т+Н,О .СаСОз+2Нт+СОх, где ферменты бактерий играли роль катализатора. Позднее выделение водорода наблюдалось под действием света в системах, содержащих сине-зеленые водоросли, фотосинтетвческие бактерии, суспензии хлоропласта и т. п. Природа фотосинтетнческого выделения водорода еще не выяснена окончательно. Считается, что этот процесс непосредственно связан с фотосинтезом, Первоначально солнечный свет поглощается светочувствительным пигментом, иавример белком хлорофилла.
С помощью некоторого процесса в активных центрах белка эта энергия сообщается электронам, источником которых служит некоторое донорнос вещество. За~ем, как н при фотосинтезе, электроны через промежуточнос соединение фсрродоксин достзвляются к ионам водорода Нь, восстановление которых до молекуляр. ного состояния 2Нь+2е-- Нз происходит под действием катзлизатора биологической природы. По современным представлениям таким катализатором является фермент гидрогеиаза или витра)еназа.
Очевидно, что особый интерес представляет случай, когда катализируется процесс восстановления катионов Нь, донором которых является вода. Но при этом одновременно может происходить процесс 2ОН вЂ” — 2е=ьНаОх-ьНхО т 1у20т, поэтому для предотвращения выделения кислорода необходимо заранее принять меры по связывзнию гидроксильной группы. Получение водорода путем рвдиолизв воды Причиной особого интереса к этому методу является принципиальная возможность прямого преобразования энергии ядерных излучений в энергию, запасенную в водороде.
Проведенные исследования процесса радиолиза воды познолилн установить зависимость выходов молекулярных и радикальных продуктов радиолиза и (количество образующихся продуктов определенного сорта, отнесенное к 100 эВ поглощенной энергии) от вида излучения и средней удельной плотности иопизации. Доказано, что для существующих типов ядерных реакторов прн использовании осколков деления общий КПД преобразования энергии может составить 4,5 — 6,0ь)ч.
Коэффициент полезного действия радиолиза по молекулярным продуктам для тяжелого излучения выше, чем для легкого, — это связано с большей в первом случае плотностью ионизации в зоне трека и, следовательно, с большей вероятностью протекания реакций обрззоваиия молекулярных продуктов Н+Н-ьНх ОН+ОН-~-НаОт П ом овышеиию КПД радиолиза препятствуют протекание реа ии рек . бинации радикалов Н и ОН в зоне трека с образованием воды КЦ и выделением теплоты, а также реакции взаимодействия радикалов с уже образовавшимися молекулярными продуктами радиолиза при их диффузии из зоны трека (обратные реакпии).
Повышение выхода молекулярных продуктов радиолнза возможно за счет уменьшения скорости рекомбинации радикалов Н и ОН н обратных реакций. Уменьшение скорости обратных реакций достигается введением в радиолнзусмый раствор веществ, способных к окислительно-восстановитсльным реакпиям, таких как соли железа, щавелевая кислота и др., в то время как пути эффективного уменьшения скооости рекомбинации Н и ОН в зоне трека пока еще не найдены, следует отметить, что проблема эффективного получения ло а водорода с использованием ядерных излучений является новой и мар зработанной, так как до недавнего времени основные усилия специалистов в области радиационной химии были направлены на ре. шение обратной задачи, а именно — подавление выделения водорода и кислорода в водных контурах атомных энергетических и ех гическ т нолоч нх установок с целью предотвращения взрывов образующейся гремучей смеси.
Коэффициент полезного дейс~вия процесса радяолнза воды и вод. ных растворов при плотности нейтронного потока до 1О" см-'с ' в гомогенных ядерных реакторах (максимальный КПД) ие прев с оо хд лч, т. е. ниже, чем у болынинства других пропессов получения водорода, однако использование процесса раднолнза представляется ки тм заманчивым с других точек зрения: процесс может идти при нс х е, пературах и можно использовать любые виды излучений. свысо Одним из перспективных путей увеличения КПД радиолнза может явиться использование повышенных плотностей нейтронного потока — до 10" 1О" см — 'с-', которые могут быть реализованы в устройствах термоядерного синтеза.
Определенный интерес предо аля ет также путь комбинированного использования тепловой и радиационной составляющих энергии ядерного реактора [100[. В этом варианте за счет радиационного воздействия осуществляется наиболее энергоемкая стадия разложения паров волы на активные час ы стицы мичсск ( о К атомы, радикалы), а тепловая составляющая стимулируе 'т хи. ле ие реакции активных частиц, приводящие к образоваци ного продукта. Терморадиапионное разложение водяного пара в атомном реакторе можно условно разделить на три стадии: испарение воды и подогрев водяного пара до нужной температуры за счет теплоты реактора; радиационное разложение пара за счет кияетнческой энергии осколков деления и накопление активных части ; р я активных частиц в молекулярный водород в оптимальном температурном режиме за счег реакций активных частиц между собой и с молекулами воды.
Глава шестая Хранение, транспорт и распределение водорода П роблеыа крупномасцзтаГ>ного хранения, транспорта и Рцспределения водорода начала активно разрабатываться сравнительно недавно, До после цнего времени крупцоыас- 11' 163 штабное производство водорода (в основном из природных топлив) и его потребление осуществлялось на одних и тех же предприятиях химической и нефтеперерабатыва. ющей промышленности. '1оварный же водород производился в столь незначительных количествах, что проблемы его крупномасштабного хранения, транспорта и распределения не возникало.
С увеличением производства и использования водорода в различных отраслях народного хозяйства в перспективе эти проблемы будут становиться все более актуальными, Бурное развитие работ в области в одоротной энергетики в последние годы вызвало появ- 3, ление многих новых разработок в этой области (10 ), Развитие ракетной техники с использованием водорода в качестве ракетного топлива привело к необходимости разработки эффективных методов крупномасштабного хранения и транспорта жидкого водорода. Проблема хранения, транспорта и распределения водорода в качестве энергоносителя и сырья весьма сложна и многогранна.
Применение для этого того или иного метода определяется необходимым количеством транспортируемого водорода, передаваемой мощностью, расстоянием, характеристиками и режимами работы производителя и потребителя водорода и многими другими факторами. Водород можно транспортировать, хранить и распределять в газообразном виде при низких и высоких давлениях, в сжиженном состоянии при температурах ниже 30 К, в адсорбированном на криоадсорбентах состоянии при температурах около 70 †1 К, в связанном твердофазном состоянии в виде гидридов, обратимо поглощающих и отдающих водород, в химически связанном состоянии.
Ниже мы кратко рассмотрим возможности этих методов, в первую очередь для крупномасштабных операций хранения, транспорта и распределения водорода. 6.1. Хранение, транспорт и распределение газообразного водорода В малых количествах газообразный водород может храниться и транспортироваться в стандартных баллонах под давлением до 20 МПа. Этот способ хорошо освоен и давно применяется, однако при необходимости хранения больших количеств водор д рода он становится пеэкономичным в связи с большими капитальными затратами, большими удельными затратами энергии на сжатие водорода, плохими весовыми характеристиками.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
