¿Cómo escribir un trabajo de química?
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* *Energía del hidrógeno
1. Introducción a la energía del hidrógeno
Al igual que los principales combustibles existentes, la producción de gasolina y diésel depende casi en su totalidad de combustibles fósiles. Con el creciente consumo de combustibles fósiles, sus reservas están disminuyendo y algún día estos recursos se agotarán. Por lo tanto, existe una necesidad urgente de encontrar una nueva fuente de energía que sea independiente de los combustibles fósiles y tenga reservas abundantes. La energía del hidrógeno es una nueva energía que la gente espera con ansias cuando se produzca la crisis energética convencional y se desarrolle nueva energía.
El hidrógeno se encuentra en la parte superior de la tabla periódica y su número atómico es 1. Es un gas a temperatura y presión normales, y puede convertirse en líquido a temperaturas ultrabajas y alta presión. Como fuente de energía, el hidrógeno tiene las siguientes características:
1. Entre todos los elementos, el hidrógeno es el más ligero. En condiciones estándar, su densidad es de 0,0899 g/L; a -252,7°C, puede volverse líquido si la presión se aumenta a varios cientos de atmósferas, el hidrógeno líquido puede convertirse en hidrógeno sólido.
2. Entre todos los gases, el hidrógeno tiene la mejor conductividad térmica, que es 10 veces mayor que la de la mayoría de los gases. Por lo tanto, el hidrógeno es un excelente portador de transferencia de calor en la industria energética.
3. El hidrógeno es el elemento más común en la naturaleza. Se estima que representa el 75% de la masa del universo. Con la excepción del hidrógeno en el aire, que se almacena principalmente como compuestos químicos en el agua, el agua es la sustancia más ampliamente distribuida en la Tierra. Se estima que si se extrajera todo el hidrógeno del agua de mar, el calor total generado sería 9000 veces mayor que el calor liberado por todos los combustibles fósiles de la Tierra.
4. El poder calorífico del hidrógeno es el más alto entre todos los combustibles fósiles, químicos y biocombustibles, excepto el combustible nuclear, es de 142 438 0 kJ/kg, que es 3 veces mayor que el de la gasolina.
5. El hidrógeno tiene buen rendimiento de combustión, ignición rápida, amplio rango de inflamabilidad cuando se mezcla con aire, alto punto de ignición y velocidad de combustión rápida.
6. El hidrógeno en sí no es tóxico. El hidrógeno se quema de forma más limpia en comparación con otros combustibles. A excepción del agua y una pequeña cantidad de nitruro de hidrógeno, no se producen contaminantes nocivos para el medio ambiente como monóxido de carbono, dióxido de carbono, hidrocarburos, compuestos de plomo y partículas de polvo. Una pequeña cantidad de nitruro de hidrógeno no contaminará el medio ambiente después de un tratamiento adecuado y el agua producida por la combustión puede seguir produciendo hidrógeno y reciclarse.
7. El hidrógeno tiene muchos usos. Puede usarse para generar energía térmica mediante combustión y trabajo mecánico en motores térmicos, también puede usarse como material energético para pilas de combustible, o puede convertirse en. Hidrógeno sólido como material estructural. La sustitución del carbón y el petróleo por hidrógeno no requiere modificaciones importantes del equipamiento técnico existente. Los motores de combustión interna actuales se pueden utilizar con ligeras modificaciones.
8. El hidrógeno puede presentarse en forma de hidruro metálico gaseoso, líquido o sólido, que puede cumplir con los diferentes requisitos de almacenamiento, transporte y diversos entornos de aplicación.
De las características anteriores se desprende que el hidrógeno es una nueva fuente de energía ideal. En la actualidad, el hidrógeno líquido se ha utilizado ampliamente como combustible para la energía aeroespacial, pero la aplicación comercial a gran escala de la energía del hidrógeno aún necesita resolver los siguientes problemas:
1. Dado que el hidrógeno es una fuente de energía secundaria, su preparación no solo requiere una gran cantidad de energía, sino que además la eficiencia actual de la producción de hidrógeno es muy baja. Por lo tanto, la búsqueda de tecnología de producción de hidrógeno barata y a gran escala es una preocupación común de los científicos. de todo el mundo.
2. Método seguro y fiable de almacenamiento y transmisión de hidrógeno. Dado que el hidrógeno es fácil de vaporizar, incendiarse y explotar, cómo resolver adecuadamente los problemas de almacenamiento y transporte de la energía del hidrógeno se ha convertido en la clave para el desarrollo de la energía del hidrógeno.
Muchos científicos creen que la energía del hidrógeno puede convertirse en una importante fuente de energía en el escenario energético mundial en el siglo XXI. La energía del hidrógeno es una energía secundaria porque se produce utilizando otras fuentes de energía de cierta manera, a diferencia del carbón, el petróleo y el gas natural que se pueden extraer directamente del suelo. En la naturaleza, el hidrógeno se combina con el oxígeno para formar agua y el hidrógeno debe separarse del agua mediante descomposición térmica o electrólisis. Obviamente no es factible utilizar el calor generado por la combustión de carbón, petróleo y gas natural o el agua electrolizada convertida para producir hidrógeno. Ahora parece que la forma básica de producir hidrógeno de manera eficiente es utilizar energía solar.
Si la energía solar se puede utilizar para producir hidrógeno, equivale a convertir la energía solar infinita y dispersa en energía limpia altamente concentrada, lo cual es de gran importancia. Actualmente, los métodos para utilizar agua solar para dividir agua y producir hidrógeno incluyen la división solar térmica de agua para producir hidrógeno, la electrólisis solar del agua para producir hidrógeno, la división solar catalítica de agua para producir hidrógeno, la producción solar biológica de hidrógeno, etc. La producción de hidrógeno solar tiene una importancia práctica importante, pero es un tema de investigación muy difícil con una gran cantidad de problemas teóricos y de ingeniería que deben resolverse. Sin embargo, los países de todo el mundo le conceden gran importancia, invierten mucha mano de obra, recursos financieros y materiales y han logrado diversos avances. Por lo tanto, en el futuro, la energía del hidrógeno obtenida a partir de energía solar se convertirá en un combustible limpio de alta calidad y ampliamente utilizado por la humanidad.
Dos. Aplicaciones y perspectivas del hidrógeno
Ya en la Segunda Guerra Mundial, el hidrógeno se utilizaba como propulsor líquido del motor del cohete A-2. El hidrógeno líquido se utilizó por primera vez como combustible espacial en 1960. El cohete de despegue utilizado por Estados Unidos para lanzar la nave espacial Apolo en 1970 también utilizó hidrógeno líquido como combustible. El hidrógeno es ahora un combustible común en el campo de los cohetes. Para los transbordadores espaciales modernos, es más importante reducir el peso del combustible y aumentar la carga útil. La densidad energética del hidrógeno es muy alta, tres veces mayor que la de la gasolina ordinaria, lo que significa que el peso del combustible se puede reducir en dos tercios, lo que sin duda resulta sumamente beneficioso para el transbordador espacial. Hoy
El transbordador espacial utiliza hidrógeno como propulsor en sus motores, oxígeno puro como oxidante e hidrógeno líquido empaquetado en barriles de propulsor externos para formar una pila de combustible. Cada lanzamiento requiere H21450 m3 y pesa alrededor de 100 toneladas. La ecuación de reacción es la siguiente: (Utilice hidróxido de sodio como electrolito)
Electrodo negativo: 2h2-2e- 2oh-= 2h2o
Electrodo positivo: O2 4e- 2h2o = 4oh-
Ecuación general de reacción: 2h2 O2 = 2h2o.
Ahora los científicos están trabajando en una nave espacial de "hidrógeno sólido". El hidrógeno sólido se utiliza no sólo como material estructural para naves espaciales, sino también como combustible energético para naves espaciales. Durante el vuelo, todos los componentes no vitales de la nave espacial pueden convertirse en energía y "consumirse". De esta forma, la nave espacial podrá volar por el universo durante más tiempo.
Los vehículos propulsados por hidrógeno de Daimler-Benz se han estudiado durante años en aviones supersónicos y aviones intercontinentales de largo alcance, y ahora han entrado en la etapa de prueba de vuelo de prototipo. En términos de transporte, los principales países automovilísticos, como Estados Unidos, Alemania, Francia y Japón, ya han lanzado vehículos de demostración propulsados por hidrógeno y han realizado cientos de miles de kilómetros de pruebas en carretera. Entre ellos, Estados Unidos, Alemania, Francia y otros países utilizan hidruro metálico para almacenar hidrógeno, y Japón utiliza hidrógeno líquido. Los experimentos han demostrado que los vehículos impulsados por hidrógeno tienen buenas perspectivas en términos de economía, adaptabilidad y seguridad, pero aún quedan dos obstáculos: la baja densidad de almacenamiento de hidrógeno y el alto coste. Lo primero limita la distancia de conducción continua del coche, y lo segundo se debe principalmente al elevado coste del sistema de suministro de hidrógeno líquido. Estados Unidos y Canadá se han unido para utilizar hidrógeno líquido como combustible en locomotoras ferroviarias. Según los resultados de nuevos estudios, en los ferrocarriles continentales desde el oeste hasta el este de Canadá se utilizarán locomotoras que queman hidrógeno líquido y oxígeno líquido.
El hidrógeno no sólo es un combustible de alta calidad, sino también una importante materia prima y material para las industrias petrolera, química, de fertilizantes y metalúrgica. El hidrógeno es necesario para el refinado del petróleo y otros combustibles fósiles, como el enriquecimiento de hidrocarburos con hidrógeno, la gasificación del carbón, el refinado de petróleo pesado, etc. En la industria química, también se necesita hidrógeno para producir amoníaco y metanol. El hidrógeno también se utiliza para reducir el mineral de hierro. Las pilas de combustible de hidrógeno pueden generar electricidad directamente. Utilizando pilas de combustible y ciclos combinados de vapor de hidrógeno para generar electricidad, su eficiencia de conversión de energía será mucho mayor que la de las centrales térmicas existentes. Suizhi
Con el avance de la tecnología de la energía del hidrógeno y la mejora de los métodos de almacenamiento de hidrógeno, la energía del hidrógeno mostrará su elegancia en el escenario energético del siglo XXI.
La contaminación blanca se convierte en fuel oil.
Los montones de desechos plásticos que hay alrededor de la ciudad y las bolsas de plástico para alimentos que vuelan por todas partes se pueden reciclar y fundir para obtener gasolina y diésel. Después de más de 8 años de investigación y pruebas piloto, Beijing Menglan Solid Waste Recycling Company resolvió con éxito problemas clave como la coquización, la descarga de escoria y el control de temperatura en el proceso de lubricación de residuos plásticos, y desarrolló su propio sistema de proceso y equipo completo. El Centro Nacional de Inspección y Supervisión de Calidad de Productos Petrolíferos llevó a cabo pruebas estrictas en las muestras enviadas por la empresa y determinó que cumplían con los estándares nacionales de combustible para vehículos y de emisiones ambientales.
Los expertos pertinentes sugieren organizar la promoción y solicitud lo antes posible para paliar la crisis medioambiental provocada por la contaminación blanca.
Durante muchos años, los vertederos y la incineración han sido las formas habituales de tratar los residuos plásticos en el país y en el extranjero. Sin embargo, las investigaciones muestran que los residuos plásticos tardan más de 200 años en descomponerse en los vertederos. Durante el proceso de descomposición, las sustancias tóxicas se disolverán y el suelo se dañará fácilmente; la incineración liberará gases nocivos al aire, afectando el medio ambiente atmosférico; y el entorno circundante. Beijing Menglan Solid Waste Resource Technology Co., Ltd. cree que convertir los plásticos de desecho en combustible mediante craqueo catalítico es una forma importante de reciclar materiales y evitar la contaminación secundaria, y representa la dirección del procesamiento de plásticos de desecho. La práctica ha demostrado que, en condiciones de producción continua, los equipos que utilizan esta tecnología tienen una gran capacidad de procesamiento diario de plásticos de desecho, altas tasas de conversión de gasolina y diésel y cumplen con los estándares de emisiones ambientales y de combustible de vehículos.
Hielo combustible: una nueva esperanza para la energía humana
El nombre científico del hielo combustible es "hidrato de gas natural", que es "hielo" formado por gas natural que cristaliza a 0°C. y 30 atmósferas pieza". ¿El metano representa 80 y 99,9 respectivamente en el "hielo"? "Energía del futuro".
1 metro cúbico de hielo combustible se puede convertir en 164 metros cúbicos de gas natural y 0,8 metros cúbicos de agua. Los científicos estiman que la distribución de hielo inflamable en el fondo del mar es de unos 40 millones. kilómetros cuadrados, que representan el 10% de la superficie total del océano 10. Las reservas de hielo combustible en el fondo marino son suficientes para el uso humano durante 1.000 años
Con la profundización de la investigación y la investigación, el número de. El hielo combustible que se encuentra en los océanos del mundo ha aumentado gradualmente. En 1993, se descubrieron 57 lugares en el fondo marino, y en 2001, se descubrieron 88 lugares en el fondo marino. Según estimaciones de exploración, los recursos de hielo combustible en Black Ridge. La costa sureste de los Estados Unidos alcanza los 1.800 millones de toneladas, lo que puede satisfacer el consumo de gas natural de los Estados Unidos durante 105 años. Los recursos de hielo combustible en el Mar de Japón y sus alrededores pueden ser utilizados por Japón durante más de 100 años.
Según estimaciones de expertos, las reservas totales de petróleo del mundo oscilan entre 270 mil millones de toneladas y 650 mil millones de toneladas. Con el ritmo de consumo actual, el descubrimiento de hielo inflamable sumergirá al mundo en una crisis energética. para la humanidad
Investigación conjunta de gran importancia estratégica
El 2 de junio de este año, 26 científicos chinos y alemanes abordaron un barco de investigación científica alemán desde Hong Kong", comenzó una investigación de 42 días. Estudio geológico integral del Mar de China Meridional A través de la observación de TV del fondo marino y el muestreo aleatorio de monitoreo de TV del fondo marino, se descubrieron por primera vez rocas carbonatadas gigantes con un área de aproximadamente 430 kilómetros cuadrados.
China y Alemania. Los científicos sugirieron por unanimidad nombrar una de las estructuras más típicas de esta zona de carbonatos autigénicos como "Arrecife de Metano Jiulong", donde la palabra "dragón" representa a China y el "nueve" representa la cooperación de varios grupos de investigación. Los análisis muestran que la corteza de carbonato en el. El área del "Arrecife de Metano de Jiulong" se formó por primera vez hace unos 45.000 años y todavía hoy libera gas metano.
Huang Yongyang, científico jefe e ingeniero jefe del Servicio Geológico Marino de Guangzhou, dijo que esto es extremadamente emocionante. Dijo que las pruebas de detección muestran que las reservas de hielo combustible en el norte del Mar de China Meridional representan aproximadamente la mitad del petróleo terrestre total de China. Además, el área de distribución de hielo inflamable se ha delimitado inicialmente en la depresión de Xisha; recursos estimados en 41.000 mil millones de metros cúbicos.
China se ha convertido en un importador puro de petróleo en 1993. Se espera que para 2010, las importaciones netas de petróleo aumenten a alrededor de 10 mil millones de toneladas y aumenten a alrededor de 200 millones de toneladas. en 2020. Los antecedentes del hielo combustible y el desarrollo de los recursos de hielo combustible son de gran importancia estratégica para el posterior suministro de energía y el desarrollo económico sostenible de mi país.
Huang Yongyang presentó que en los próximos diez años, nuestro país. New Energy invertirá 8.100 millones de yuanes en esta industria y está llevando a cabo un estudio de recursos y se espera que determine las propiedades del hielo combustible alrededor de 2008 y realice una extracción de prueba de hielo combustible en 2015.
Un "doble filo". espada" creada tanto por la estrategia como por el riesgo.
Hasta ahora, al menos más de 30 países y regiones del mundo están realizando investigaciones, investigaciones y exploración de hielo inflamable.
En 1960 , la antigua Unión Soviética descubrió el primer yacimiento de gas de hielo inflamable en Siberia. Ha estado en desarrollo durante 14 años y ha producido gas durante 14 años, con una producción total de gas de 50,17 millones de metros cúbicos. La investigación del hielo combustible comenzó en los Estados Unidos en 1969. En 1998, el hielo combustible se incluyó en el plan nacional a largo plazo como fuente de energía estratégica para el desarrollo nacional y se llevará a cabo una minería de prueba comercial en 2015.
Japón prestó atención al hielo inflamable en 1992. Actualmente, se ha completado básicamente la investigación y evaluación del hielo combustible en las áreas marinas circundantes, se han perforado 7 pozos exploratorios, se han delineado 12 áreas mineras y se han obtenido con éxito muestras de hielo combustible. El objetivo es realizar una minería de prueba comercial en 2010.
Sin embargo, los humanos todavía enfrentan muchos problemas nuevos cuando extraen hielo inflamable enterrado en las profundidades del mar. Algunos estudiosos creen que el metano desempeña un papel 20 veces mayor en el calentamiento global que el dióxido de carbono. Incluso el daño más pequeño a los depósitos de hielo combustibles puede ser suficiente para provocar una fuga masiva de gas metano. Además, la extracción de hielo inflamable a lo largo de las costas continentales es extremadamente difícil. Una vez que ocurre un accidente por explosión, provocará desastres como tsunamis, deslizamientos de tierra submarinos y envenenamiento del agua de mar.
Se puede ver que el hielo inflamable no sólo es una nueva fuente de energía en el futuro, sino también una fuente de energía peligrosa. El desarrollo y utilización de hielo inflamable es como un "arma de doble filo" y debe tratarse con precaución.
Antecedentes de la noticia
La cuenca de Qiangtang puede ser rica en hielo inflamable.
Después de años de investigación en la meseta Qinghai-Tíbet, los expertos chinos en permafrost creen que el área de permafrost en la cuenca Qiangtang en la meseta Qinghai-Tíbet tiene las condiciones de temperatura y presión para formar hidratos de gas natural, que pueden contienen una gran cantidad de hielo inflamable.
Según Wu, investigador del Instituto de Ingeniería y Medio Ambiente de las Regiones Frías y Áridas de la Academia de Ciencias de China, la meseta Qinghai-Tíbet es la región de permafrost de meseta más joven y más alta en latitudes medias, con profundas Los sedimentos carboníferos, pérmicos, terciarios y cuaternarios, ríos, lagos y sedimentos oceánicos tienen un alto contenido de materia orgánica. Con el fuerte levantamiento de la meseta, el Cuaternario sufrió extensos procesos periglaciares de hielo y glaciares, y la presión de la capa de hielo mejoró la estabilidad de los hidratos de gas en los sedimentos subyacentes, especialmente en las cuencas de Qiangtang y Tianshuihai. Pueden existir condiciones para que se produzca hielo inflamable. existir de manera estable.
El hielo combustible, también conocido como hidrato de gas natural, es gas natural sólido y existe ampliamente en la Tierra. Se estima que sus reservas son 2,6 veces mayores que las reservas convencionales. También es una fuente de energía limpia que prácticamente no produce contaminantes nocivos cuando se quema. Esto hace que el desarrollo y utilización de este material, que se espera se convierta en una nueva fuente de energía en el nuevo siglo, esté en pleno apogeo.
China es el tercer país con mayor superficie de suelo congelado del mundo, representando aproximadamente el 10% de la superficie de suelo congelado del mundo, de la cual la superficie de suelo congelado de la meseta tibetana representa el 7% de la superficie congelada del mundo. Área de suelo En las décadas de 1960 y 1970 En la década de 1990, el Instituto Lanzhou de Glaciación y Permafrost de la Academia de Ciencias de China perforó en el área de permafrost de las montañas Qilian a una altitud de 4.000 metros y en el área de permafrost de Wudaoliang. la meseta Qinghai-Tíbet a una altitud de 4.700 metros, y descubrió una gran cantidad de signos y fenómenos similares a la manifestación de hidratos de gas natural. Los resultados de la exploración geofísica a gran escala llevada a cabo por la Universidad de Geociencias de China, sucursal de Wuhan, y el Quinto Equipo de Exploración Geofísica de la Administración Central-Sur de Petróleo en la cuenca de Qiangtang, en la meseta tibetana del norte, indican que el Tíbet puede convertirse en el segundo recurso estratégico de petróleo de China. zona en el siglo XXI después de la cuenca del Tarim.
Wu dijo que actualmente están llevando a cabo un plan para buscar hielo inflamable y han comenzado a hacer mucho trabajo preliminar en el laboratorio. Después de eso, estudiarán la búsqueda de hidratos de gas en la cuenca de Qiangtang en tres etapas y, si existen, estudiarán sus patrones de distribución y propiedades básicas; estimarán las reservas y las perspectivas de investigación y desarrollo y estudiarán la tecnología minera y la protección del medio ambiente; "Pero esta es una etapa larga, de al menos 10 años". "Una vez que se descubran estos hielos inflamables, tendrán una importancia teórica importante y un amplio alcance para la toma de decisiones estratégicas macroenergéticas de mi país, abriendo nuevas áreas temáticas y manteniendo. las perspectivas de aplicación del desarrollo sostenible de la sociedad humana”
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