Hidrogén előállítása alumíniumból
Először is meghatározzuk a hidrogén mennyiségét, amely 1 kg alumíniumból különféle kémiai reakciókban és energiaértékében állítható elő.
Az alumíniumból történő hidrogén előállításához az alumínium tulajdonságait használhatjuk a nem koncentrált savakkal való kölcsönhatás érdekében:
és bizonyos körülmények között és vízzel
Az alumínium móltömege 27 g / mol, amely 0,027 kg / mol.
A két atomból álló hidrogén tömege 2 g / mol, ami 0,002 kg / mol.
A víz móltömege 18 g / mol.
Mindezekben a reakciókban a két alumíniummolekulából három molekula hidrogén keletkezik.
Ezért a reakcióban minden 0,054 kg alumíniumból 0,006 kg hidrogént kapunk. Az alumínium második reakciójával vízzel 0,054 kg vizet is bevonunk Al2O3 előállításához. Az első reakcióban a 2AL (OH) 3-t termelő víz mennyisége kétszer annyi. Egyszerű számítások azt mutatják, hogy 1 kg alumínium és legalább 1 kg vizet tartalmazó kémiai reakciókhoz 0,111 kg hidrogént kapunk, amelynek térfogata normál körülmények között 1,24 m 3.
Most számítsuk ki az előállított hidrogén energiaértékét.
A hidrogén égési hője 120 MJ / kg. A kapott hidrogén mennyisége esetén az égés során az energia mennyisége 13,32 MJ lesz, amely a vizuális mérési egységekre történő átváltás után 3,7 kWh lesz. energiát.
Ha a benzin égési hője átlagosan 46 MJ / kg, akkor a 1 kg alumíniumból előállított hidrogén energiájának pótlására 0,296 kg benzinre vagy körülbelül egy liter literre van szükség.
Ha összehasonlítjuk az alumínium és más reagensek a reakcióban résztvevő, mind a tömeg és a benzin ára, az alumínium energiát veszít egyértelműen benzin és más hagyományos tüzelőanyagok. Összehasonlítsuk az alumínium megszerzéséhez szükséges energiaköltségeket az alumíniumból nyert hidrogénenergia kibocsátásával.
Az iparban, alumínium elektrolízissel előállított oldatot az alumínium-oxid AI 2O 3 olvadt kriolit Na3 AlF6 hozzáadásával AIF3 és CaF2 hőmérsékleten 960 ° C-on, és egy aktuális több ezer amper. 1 kg alumínium olvasztásához 20 kWh fogyasztásra kerül. elektromos energia.
Így az alumíniumgyártás energiafogyasztása 5,4-szer nagyobb, mint a hidrogénből. Annak ellenére, hogy az alumínium, mint a hidrogén, a bolygó egyik legelterjedtebb kémiai eleme, nem használható energiaforrásként anélkül, hogy több energiát kellene felhasználnia termelésére.
Amikor beszélünk az alumínium energiaforrásként nem mindig veszik figyelembe a technológiai lehetőségek az alumínium használata energiát. Az alumíniumból származó hidrogéntermelés kémiai reakciójának igenis folyamata bizonyos tulajdonságokkal bír. Alumínium tartozik a kémiailag aktív elemeket és a tevékenység zajlik közötti magnézium és cink. Normális körülmények között, nem reagál vízzel megy végbe, mivel a szilárd oxid Al2 O3 film. amely megvédi az alumíniumot a további oxidációtól. Ahhoz, hogy az alumínium, normál körülmények között lenne a vízzel reagál, azt el kell távolítani az oxidfilm nélkül hozzáférést a levegő, például a higany réteget meglehetősen mérgező anyag. De még akkor is alacsony a reakciósebesség. Annak érdekében, hogy elpusztítsa a oxidfilm reagálni alumínium vízzel, nyomás ellátásához szükséges víz gőz hőmérséklete 300-350 0 C On melegítésével a gőz idő- és energiaigényes, és megtartani a jármű forgalmi dugó készen „gőz alatt”. Ezért célszerűbb alkálifém vagy sav alkalmazása.
Ha az alumínium kölcsönhatásba lép az alkáli vagy savval, akkor a film fokozatosan lebomlik és a reakciósebesség növekszik. Ez növeli a reagensek hőmérsékletét, ami tovább növeli a hidrogén evolúció sebességét és a hőmérséklet-növekedést. Az alumíniumpor egyes reakcióiban néhány reagenssel a reakció és a hőmérséklet aránya nagy lehet, például ha a termesz ég. Az alumíniumpor egyes robbanóanyagok részei lehetnek. A kémiai reakciók során a lassú és gyors felszabadulást nehéz használni a forgalom számára.
Gyakorlatilag gyorsan kell gyorsítani és lassítani a sebességet, vagy le kell állnia. A motor teljesítményének növelése vagy csökkentése a bejövő üzemanyag mennyiségének megváltoztatásával történik. Gyorsan távolítsa el az alumíniumpor reagensektől, hogy pontosan szabályozza a kémiai reakció sebességét. Ezért az autó nem tud gyorsan felgyorsítani a sebességet, és egy idő után megáll, a felesleges hidrogén felszabadul, ami szükségtelen nyomást eredményez.
A hőleadással (exoterm) kapcsolatos kémiai reakciókat a reagensek előkészítésében hőelvonással végződő endoterm reakciók előzik meg. Ezért további energia nem érhető el. A valóságban veszteségeket tapasztalunk a salakok újrafeldolgozásához, valamint a bányászat, az előkészítés, a nyersanyagok szállítása és a hétköznapi hőveszteségek az alumínium felújításához és elektrolíziséhez kapcsolódó egyéb energiaveszteségei miatt.
Az alumíniumtörmelék hagyományos átalakításának energiaköltségei az alumíniumgyártás energiafogyasztásának mintegy 5% -át teszik ki a nyersolvadék elektrolízisével, így az alumíniumtörmelék nem tekinthető haszontalan hulladéknak. De a kémiai reakciók után kapott reagensek újra alumíniumba újrahasznosíthatók, nehéz és költséges.
Most többféle alumíniumötvözetet fejlesztettek ki, amelyekben nem keletkezik védőfilm, de védeni kell őket a víz és a levegő hatásától, és azok költsége nagyobb, mint a hagyományos alumíniumé.
Amint a kémiai reakció folytatódik, a keverékből többet már elhasznált reagensek, és a reakciósebesség lelassul. Az előállított hidrogén mennyisége csökken, és az alumíniumból előállított, hidrogénen futó motor már "nem húz". Új üzemanyaggal kell üzemanyagot feltölteni. Azonban, a tüzelőanyag-tartály marad majdnem teljes, és a nem teljes mértékben el nem reagált keveréket, például alapján alumínium savas vagy lúgos el kell távolítani a tartályból, és csak akkor lehetséges, hogy új reagenseket. Az elhasznált reagensek eltávolítása és újak hozzáadásával biztosítsa a töltőnyílás megbízható tömítését, mivel a tartály nyomás alatt lesz.
Az alumínium energia nem annyira ökológiailag tiszta. Az autók alumíniumtüzelésre történő átállítása érdekében sokszor növelni kell az elektromos energia mennyiségét alumínium és elegendő számú más kémiai reagens előállításához.
Vannak kémiai módszerek az alumínium csökkentésére, például aktívabb kémiai elemekkel történő kinyerésére. Ezeket és más hasonló reakciókat alkalmaztuk az alumínium első alumíniummintáinak előállítására, amikor az alumínium költsége hasonló volt a nemesfémekhez. Talán ahhoz, hogy visszatérjenek az időbe, nem szükséges.