汽车新能源之电解水制氢氧的初探

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  【摘要】随着环保成为热门话题,我们生活中处处讲环保,汽车作为城市的一大“污染源”,对其能源的环保自然备受瞩目。随着近年全球汽车业的发展,汽车能源有了统一的看法,如推广天然气、乙醇等清洁能源,彩油电混合动力,而最受人们看重的自然是——氢动力。氢在地球上蕴藏量丰富,而且可以通过阳光、水能、风力、植物进行提取,其作为汽车的新能源,排放污染几乎为零。因此氢动力将替代汽油成为未来汽车的主要能源。
  【关键词】新能源;氢气;环保
  合物(HC)、氮氧化物(NOx)等等,自然PM2.5的来源也与汽车尾气密不可分。在中学化学中有一节实验课,是采用电电解水后产生氧气与氢气,并由学生收集观察氢气燃烧后的产物——CHO2,由此让大家明白水是由氢气燃烧后的产物,进而让我们加深对水分子的认识。我通过观察,其是氢气是水是在电磁的作用下产生分解后的产物。那么是不是还有其他很多方式产生氢气呢?
  据了解,以氢气为动力的汽车具有燃料干净卫生,不污染环境,且发热量高损失少的特点,总之氢气能源具有其他诸多燃料无可比拟的优点,氢动力汽车是一种真正环保的交通工具。由此,以氢气为动力的汽车无疑是传统汽车最理想的替代品。其实氢气早已运用在我们的日常生活中,如节能的霓虹灯就是一种特殊低气压冷极辉光放电发光的电光源,霓虹灯内含有氖、氦、氢等气体,霓虹灯的发光颜色与管内的气体以及灯管的颜色有关。如果在无色透明的管内,装氖气,就会发出红色的光;注入氢气,就会发出浅蓝色的光;注入氦气会发出粉红色的光。
  随着经济科技的进步,在此背景下低碳经济也成为一个重要的新兴点。现今开发新能源迫已在眉睫,随着石化燃料耗量的日益增加,其储量日益减少,终有一天此类资源将要枯竭。氢正是这样一种在常规能源危机的出现和开发新的二次能源的同时,人们期待的新的二次能源。氢位于元素周期表之首,原子序数为1,常温常压下为气态,超低温高压下为液态。作为一种理想的新的合能体能源,它具有以下特点。
  重量最轻的元素:标准状态下,密度为 0.8999g/l,-252.7℃时,可成为液体,若将压力增大到数百个大气压,液氢可变为金属氢;导热性最好的气体:比大多数气体的导热系数高出10倍;普遍元素:据估计它构成了宇宙质量的 75%,除空气中含有氢气外,它主要以化合物的形态贮存于水中,而水是地球上最广泛的物质;理想的发热值:除核燃料外氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的,为142,351kJ/kg,是汽油发热值的3倍;燃烧性能好:点燃快,与空气混合时有广泛的可燃范围,而且燃点高,燃烧速度快;无毒:与其他燃料相比氢燃烧时最清洁;利用率高:氢取消了内燃机噪声源和能源污染隐患,利用率高;运输方便:氢可以减轻燃料自重,可以增加运载工具有效载荷,这样可以降低运输成本从全程效益考虑社会总效益优于其他能源;减少温室效应:氢取代化石燃料能最大限度地减弱温室效应。
  目前,世界各国正在为生产廉价的氢而努力。如利用太阳能来分解水就是一个重要的研究方向,利用光将水分解为氢气和氧气。发展氢能源,将为建立一个美好、无污染的新世界迈出关键一步。据了解,氢在氧气里能够燃烧,氢气火焰的温度可高达2500℃,因而人们常用氢气切割或者焊接钢铁材料。在大自然中,氢的分布很广泛。水就是氢的大“仓库”,其中含有11%的氢。泥土里约有1.5%的氢;石油、煤炭、天然气、动植物体内等都含有氢。氢的主体是以化合物水的形式存在的,而地球表面约70%为水所覆盖,储水量很大,因此可以说,氢是“取之不尽、用之不竭”的能源。如果能用合适的方法从水中制取氢,那么氢也将是一种价格相当便宜的能源。氢的用途很广,适用性强。它不仅能用作燃料,而且金属氢化物具有化学能、热能和机械能相互转换的功能。例如,储氢金属具有吸氢放热和吸热放氢的本领,可将热量储存起来,作为房间内取暖和空调使用。氢气在一定压力和温度下很容易变成液体,因而将它用铁罐车、公路拖车或者轮船运输都很方便。液态的氢既可用作汽车、飞机的燃料,也可用作火箭、导弹的燃料。现在世界上氢的年产量约为3600万吨,其中绝大部分是从石油、煤炭和天然气中制取的,这就得消耗本来就很紧缺的矿物燃料;另有4%的氢是用电解水的方法制取的,但消耗的电能太多,很不划算,因此,人们正在积极探索研究制氢新方法。随着太阳能研究和利用的发展,人们已开始利用阳光分解水来制取氢气。在水中放入催化剂,在阳光照射下,催化剂便能激发光化学反应,把水分解成氢和氧。
  在上世纪70年代初,人们用半导体材料钛酸锶作光电极,金属铂作暗电极,将它们连在一起,然后放入水里,通过阳光的照射,就在铂电极上释放出氢气,而在钛酸锶电极上释放出氧气,这就是我们通常所说的光电解水制取氢气法。科学家们还发现,一些微生物也能在阳光作用下制取氢。人们利用在光合作用下可以释放氢的微生物,通过氢化酶诱发电子,把水里的氢离子结合起来,生成氢气。前苏联的科学家们已在湖沼里发现了这样的微生物,他们把这种微生物放在适合它生存的特殊器皿里,然后将微生物产生出来的氫气收集在氢气瓶里。这种微生物含有大量的蛋白质,除了能放出氢气外,还可以用于制药和生产维生素,以及用它作牧畜和家禽的饲料。现在,人们正在设法培养能高效产氢的这类微生物,以适应开发利用新能源的需要。事后,我便又仔细地查找了相关的资料,知道酒精的化学名称叫乙醇,是一种碳氢化合物。1000克酒精完全燃烧时,可以释放出7100千焦的热量。如果用作动力来驱动交能工具,1升酒精可以供汽车在马路上行驶16千米。用乙醇作燃料,不但可以改善能源结构,减少对石油的依赖,还可以减少汽车有害物质的排放,改善环境,而且酒精是用不完的,它是由含淀粉和糖分高的植物,如甘蔗、甜菜、玉米、木薯、地瓜和土豆等生产出来的,不像石油总有一天会用完。科学是很奇妙的,具有强大的创造力。
  而作为当代中学生,我们更应该转变自己的观念和价值观,学习创新技术展自己的开创精神,树立起可持续发展、低碳经济和环保的意识。只有通过我们的努力学习和掌握新能源的开发和利用,加强对自身素质的要求,才能够正确和的把自己所学的知识运用到实践中去,并在实践中检验自己的所学。如此我们方能为祖国贡献出自己的一份力量,在新能源的寻找与开发中发现一片新的天地,满足我国所需的能源,加快现代化建设,为尽早实现共产主义提供强有力的动力。我想只要你相信科学,努力探索,你将成为世界的主宰。
  参考文献:
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