Апрель 2021 года – впервые заседают ключевые органы управления консорциума – координационный, наблюдательный и индустриальный советы.

«По событиям, которые произошли с ноября, видна высокая скорость движения в развитии консорциума», – подчеркнул на заседании набсовета врио ректора Томского политеха, сопредседатель координационного совета Андрей Яковлев. Заседание прошло за несколько дней до выступления президента Владимира Путина.

По словами Яковлева, в этом году консорциум намерен сфокусироваться на выделении технологических барьеров в разных цепочках стоимости технологий водородной энергетики. А затем, через барьеры в технологиях, сформировать общую программу исследований.

«В перспективе 2024 года мы хотим выйти на создание единой цифровой среды проектирования водородных комплексов, которая объединит ученых, инженеров и всех участников производственной цепочки.

В 2022 году – выйти на пилотные площадки в регионах вместе с компаниями. И запустить сетевую магистратуру, потому что ни один университет в мире не сможет в одиночку сделать на своей базе полную программу водородного образования», – сообщил врио ректора ТПУ.

«Консорциум – нейтральная площадка для сверки планов. Мы привыкли заводить ресурсы на одну организацию или работать в двойках «компания-наука». Нужно вместе освоить совместный протокол работы, такой формат работы поможет сэкономить время за счет целевого поиска знаний», – сказал Андрей Яковлев.

Перспективы десятилетий

«Сетевой», или «распределенный» – это принципиально важный способ организации любых начинаний. В ведущих странах мира ставка сделана именно на децентрализованную модель развития водородных исследований: центры распределены по регионам и имеют четкую специализацию. Их академический потенциал чаще всего связан с мощной химической и энергетической научной школой, а также инжинирингом.

В Германии и Италии, например, по шесть исследовательских водородных центров, в США – семь, в Великобритании – четыре.

В России таких центров формируется несколько. По словам специального представителя президента РФ по вопросам цифрового и технологического развития, председателя наблюдательного совета консорциума Дмитрия Пескова, регионы уходят в глубокую специализацию, очевидные лидеры – это Сахалин и Санкт-Петербург.

По мнению экспертов, на водородной карте России одни регионы выступают как экспортно-ориентированные кластеры, другие – как доноры технологических решений. К последним относятся Самарская, Новосибирская, Томская область – полигонов для отработки технологий там нет, зато там есть очень сильная наука.

Так, Сахалин реализует сейчас пилотный проект по развитию водородного железнодорожного транспорта совместно с РЖД, «Росатомом». Вице-президент по маркетингу и развитию бизнеса АО «Русатом Оверсиз» Антон Москвитин рассказал, что пилот на Сахалине запустили 1,5 года назад:

«Мы проработали технологические и коммерческие аспекты, включая производство и эксплуатацию поездов, создание заправочной инфраструктуры, производство водорода. Надеемся, что это станет первым позитивным опытом эксплуатации экологичных транспортных технологий в России».

Москвитин подчеркнул, что «Росатом» заинтересован в сотрудничестве с консорциумом: «На первом этапе (2021-2023 годы) планируем выступать в качестве технологического партнера и инвестора пилотных проектов. На втором (2024-2026) – в качестве полноценных самостоятельных девелоперов проектов с поставками первых образцов собственного оборудования. На третьем (2027+) – стать поставщиком водорода и конкурентоспособных водородных технологий, одним из мировых лидеров».

Президент РАН Александр Сергеев рассказал: благодаря строящейся в Белоруссии АЭС (и, как следствие, появляющегося у соседей избытка энергии) возможна совместная реализация проекта по производству водорода и созданию автомобиля, работающего на литиевых аккумуляторах и водородных топливных элементах.

«Пока водород для нас – технологический агент, а не конечный продукт. В то же время в компании сформирована цепочка по улавливанию, транспортировке и геологическому захоронению СО2. В этой области мы видим себя как один из центров компетенций и готовы к экспертному сотрудничеству в рамках консорциума», – сказал Вашкевич.

Дмитрий Песков отметил, что ключевая задача консорциума – это порядковое расширение количества игроков, компаний, корпораций, университетов, научных институтов, которые активно участвуют в формировании новых продуктовых линеек водородной тематики.

Правильные приоритеты

Вице-губернатор Санкт-Петербурга Владимир Княгинин, в свою очередь, обратил внимание на необходимость четко выбирать приоритеты консорциума:

«Андрею Александровичу (Яковлеву) большое спасибо – без его энергии, стремления и веры в водородную тематику вряд ли бы все случилось. Но, во-первых, нам срочно нужна экспертиза (чтобы не взяться в рамках консорциума за глупые проекты). Во-вторых, нам нужно международное сотрудничество прямо сейчас, чтобы обмениваться опытом. Неизвестно, прилетят ли с водородной тематикой «белые лебеди», но черные – точно могут, как минимум в химии и металлургии, возможно, в энергетике…

Третье – нам нужно дооформить профессиональную позицию по отношению к рынку, чтобы правильно «нацелить» ниокровскую часть. Пока мы обсуждаем водородную энергетику как рынок, копирующий рынок нефти и газа, в крайнем случае рынок угля. Но водород – это лишь часть энергетического баланса, он берет на себя, как правило, функцию накопления энергии.

Чтобы, например, широко применять водородные технологии в пассажирском транспорте, нам требуется по-другому сконфигурировать рынок. Здесь консорциум может сыграть свою роль, развивая  сеть напряженных контактов профессионалов. «Движок» Томской области позволяет разогнать ситуацию на всю страну», – подытожил Княгинин.

Как сообщил заместитель министра промышленности и торговли Михаил Иванов, совместно с Минэнерго разработана концепция развития водородной энергетики, она может быть утверждена правительством в ближайшее время.

Практическая работа «Получение водорода в лаборатории и изучение его свойств». 8-й класс

Место урока: 8 класс. Тема II: Кислород, водород, вода как растворитель.

Тип урока: практическая работа

Задачи:

• Образовательная – совершенствовать экспериментальные умения — приемы работы с лабораторным оборудованием и веществами; умения наблюдать, делать выводы, оформлять результаты практической работы в тетради.
• Развивающая – работа над развитием навыков умелого обращения с огнем, опасными веществами.
• Воспитательная – расширение кругозора обучающихся, формирование уважения к истории науки.
• Здоровьесберегающая – развитие представлений о здоровом образе жизни в блоках: «Химия в быту — безопасное поведение»

Планируемые результаты обучения:

• Уметь работать с автоматическим прибором Кирюшкина для получения газов
• Уметь собирать газ методом вытеснения воды
• Уметь проверять горючий газ на чистоту
• Уметь делать правильные выводы из наблюдаемых опытов и характеризовать свойства водорода

Оборудование:

1. Мультимедийная презентация 2 (Microsoft Power Point)
2. Спецодежда — халат
3. Наполняемость лабораторного лотка для ученика (13 шт.)
   • лабораторный штатив с лапкой, держатель для пробирок, штатив для пробирок, ложка-дозатор, фильтровальная бумага
   • спиртовка, спички
   • автоматический прибор Кирюшкина для получения газов, 3 пробирки, кристаллизатор с водой
   • гранулы цинка, соляная кислота (разб.), оксид меди (II)
4. Наполняемость лабораторного лотка для учителя:
   • лоток для ученика
   • тигельные щипцы, стакан, стеклянная пластинка, стеклянная палочка
   • «результаты» нарушений правил техники безопасности

Методы и приемы:

• Словесные (рассказ учителя, беседа).
• Наглядные (просмотр слайдов презентации; демонстрация приемов работы с лаборатор-ным оборудованием и веществами).
• Самостоятельная отработка учеником экспериментальных умений.
• Проблемно-поисковый.

(курсивом описаны действия учеников и учителя, особенности методики урока; обычным шрифтом – речь учителя)

отметить наличие халатов у всех учеников, проверить свободны ли от сумок проходы, убраны ли волосы у девочек. На столах оставить только ручки, калькуляторы и тетради.

Слайд 1:

На этом уроке мы получим водород в лабораторных условиях. Это газообразное вещество; является взрывоопасным, если загрязнено воздухом, и поэтому требует к себе повышенного внимания.

Ученики одновременно с обсуждением расписываются в журнале техники безопасности.

Слайд 2:

Ознакомление с планом урока. I.

На предыдущем уроке была проведена подготовка учеников к данной практической работе (Презентация 1) и задано домашнее задание:

Слайд 3:

Слайд проявляется постепенно, в соответствии с беседой

Вопросы:

1. Какие исходные вещества будем использовать мы для получения водорода?
2. Необходимо ли нагревать реакционную смесь?
3. На что обратить внимание при записи наблюдений?
4. Какой прибор будем использовать для получения водорода?
5. Какими способами можно собрать водород, почему?

Слайд 4:

Слайд проявляется постепенно, в соответствии с беседой

Вопросы:

1. Как доказать наличие водорода в пробирке-приёмнике?
2. Какая химическая реакция происходит при этом?
3. На что обратить внимание при записи наблюдений в данном пункте работы?
4. Что из себя представляет гремучий газ?

Просмотр двух видеороликов.

Если взрыв произойдет в стеклянном сосуде, то осколки могут поранить окружающих и экспериментатора.

При проверке водорода на чистоту сжигают небольшой его объем (около 15 мл).

Возможный микровзрыв к травме привести не может.

Правило ТБ: пока нет убежденности, что газ из прибора выделяется чистый, держать отверстие газоотводной трубки подальше от пламени спиртовки.

Слайд 5:

Демонстрация результатов нарушений правил ТБ: пробирка с растресканным дном

Правило ТБ: нагревать пробирку необходимо в том месте, где находится твердое вещество, а не выше – где воздух. От неравномерного нагрева пробирка треснет.

пробирка со следами соляной кислоты в смеси с оксидом меди (II)

Правило ТБ: при зарядке автоматического прибора соляной кислотой нужно следить, чтобы не перелить кислоту (max 2 мл), иначе избыток от экзотермичности и бурного течения процесса попадет в газоотводную трубку.

Слайд 6

Слово учителя с элементами беседы

1. Взять ложкой-дозатором небольшое количество черного порошка оксида меди (II), поместить в пробирку, оставить в штативе для пробирок до проведения опыта по изучению восстановительных свойств водорода.

2. Закрепить автоматический прибор для получения газов в лапке штатива. Зарядить прибор исходными веществами: 4-5 гранул цинка поместить на резиновый кружок, через воронку прилить соляную кислоту так, чтобы ее слой над цинком был не более 2 мл. Прибор закрыть максимально герметично.

3. Для проверки газа на чистоту, мне приходится приготовить спиртовку заранее. Вы работаете вдвоем и зажжете спиртовку после того, как наберете газ в пробирку- приемник.

Правила ТБ: работа со спиртовкой

а) прежде чем зажечь спиртовку, нужно проверить плотно ли диск прилегает к отверстию резервуара (иначе искра может попасть в резервуар и весь объем спирта воспламенится)
б) зажигать только спичкой (нельзя использовать зажигалку, другую спиртовку)
в) спичку класть в лоток следует, убедившись, что она затушена (демонстрация нарушения правил ТБ – прожженный лоток)
г) чтобы погасить пламя, ее следует закрыть колпачком (задувать нельзя)

Выделяющийся водород собрать методом вытеснения воздуха, держа пробирку-приёмник вверх дном. Проверить газ на чистоту: зажать отверстие пробирки пальцем и поднести пробирку к пламени спиртовки, открыть ее.

4. Затем выделяющийся водород собрать методом вытеснения воды: набрать полную пробирку воды, перевернуть ее в кристаллизаторе и подвести к отверстию газоотводную трубку. Когда пробирка-приемник полностью заполнится водородом, зажать отверстие пальцем под водой. Убедиться в чистоте газа.

5. Закрепить пробирку с оксидом меди (II) в держателе.

Правила ТБ: закрепление пробирки в держателе

а) пробирку закрепляют в верхней третьей части ближе к отверстию
б) пробирка не должна выпадать, но проворачиваться (иначе при нагревании стекло расширяется и пробирка может лопнуть)
в) чтобы вынуть пробирку из держателя, нужно ослабить зажим.

Прогреть пробирку на пламени спиртовки 2-3 раза, далее нагревать ее в верхней части пламени, в том месте, где находится оксид меди (II). Внести газоотводную трубку с выделяющимся водородом.

После окончания опыта дать пробирке остыть, затем поставить в штатив для пробирок.

6. Потушить спиртовку, перекрыть зажимом выделение водорода.

Основное правило ТБ: работать уверенными руками!

Слайд 6

1. Ученики выполняют практическую работу самостоятельно. Учитель следит за правиль-ностью выполнения техники эксперимента и соблюдением правил ТБ.

2. Уборка рабочего места: после окончания опыта по изучению восстановительных свойств водорода:

1-й ученик: потушить спиртовку, дать пробирке-реактору остыть, затем поставить ее в штатив для пробирок.

2-й ученик: перекрыть выделение газа в автоматическом приборе, вынуть воронку, остатки цинка поместить на фильтровальную бумагу. Вынуть прибор из лапки штатива, слить отра-ботанный раствор в «СКЛЯНКУ ДЛЯ СЛИВА», сдать прибор учителю.

учитель: собирает лотки и кристаллизаторы с водой.

3. Демонстрационный опыт: изучение продукта реакции цинка с соляной киcлотой

Отработанный раствор слить в стакан и несколько капель с помощью стеклянной палочки перенести на стеклянную пластинку. Укрепить пластинку в тигельных щипцах и упарить раствор на пламени

Что наблюдается?

4. Оформить результаты эксперимента: сформулировать и записать наблюдения, вывод (что узнали про газообразное вещество водород на практической работе), сдать тетрадь.

Проведение урока (Фото-фильм)

Использованные электронные пособия:

1. Химия (8-11 класс). Виртуальная лаборатория. Лаборатория систем мультимедиа, МарГТУ, 2004.
2. Химия для всех XXI. Химические опыты со взрывами и без. Ахлебинин А.К. и др., 2006.

Оформление работы в тетради ученика:

Практическая работа 5: Получение водорода и изучение его свойств

1. Способ получения водорода – взаимодействие активных металлов с кислотами.

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + Н₂↑ + Q — при обычных условиях

Наблюдения:

• реакция взаимодействия гранул цинка с соляной кислотой идет сначала медленно, затем очень бурно, пробирка разогревается
• из газоотводной трубки выделяется бесцветный газ
• при упаривании полученного раствора на стеклянной пластинке остается белый порошок

2. Приборы для получения и собирания водорода

Рис. Прибор для получения водорода – автоматический, который позволяет в любой момент остановить реакцию с помощью зажима (прибор Кирюшкина).

Собирание газа методом вытеснения воды – возможно, т.к. водород малорастворим в ней.

Рис. Собирание газа методом вытеснения воздуха – держа пробирку-приемник вверх дном, т.к.

– следовательно, водород легче воздуха                                             

3. Обнаружение водорода – проверка его на чистоту

Наблюдения:

• при сжигании первой порции газа раздается резкий лающий звук
• при сжигании второй порции газа слышен легкий хлопок Рисунок 5 «п-пах»

4. Свойство водорода – активный восстановитель

Наблюдения:

• порошок меняет цвет с черного на медный
• на стенках пробирки появляются бесцветные капельки жидкости

Вывод:

Одним из способов получения водорода в лаборатории является взаимодействие цинка с разб. соляной кислотой, при этом образуется соль (хлорид цинка) и водород. Водород – бесцветный газ, без запаха, малорастворим в воде, легче воздуха, в смеси с воздухом взрывоопасен, восстанавливает металлы из их оксидов.

Центр данных по альтернативным видам топлива: производство и распределение водорода

Несмотря на то, что водород присутствует в большом количестве на Земле как элемент, он почти всегда присутствует в составе другого соединения, такого как вода (H ₂ O) или метан (CH ₄ ), и он должен быть разделен на чистый водород (H ₂ ) для использования в электромобилях на топливных элементах. Водородное топливо соединяется с кислородом воздуха через топливный элемент, создавая электричество и воду в результате электрохимического процесса.

Производство

Водород можно производить из различных внутренних источников, включая ископаемое топливо, биомассу и электролиз воды с помощью электричества. Воздействие водорода на окружающую среду и энергоэффективность зависят от того, как он производится. Реализуется несколько проектов по снижению затрат, связанных с производством водорода.

Есть несколько способов производства водорода:

• Риформинг / газификация природного газа: Синтез-газ — смесь водорода, монооксида углерода и небольшого количества диоксида углерода — образуется в результате реакции природного газа с высокотемпературным паром.Окись углерода реагирует с водой с образованием дополнительного водорода. Этот метод самый дешевый, эффективный и самый распространенный. На конверсию природного газа с использованием пара приходится большая часть водорода, ежегодно производимого в Соединенных Штатах.

  Синтез-газ также может быть создан путем реакции угля или биомассы с высокотемпературным паром и кислородом в газогенераторе под давлением. Это превращает уголь или биомассу в газообразные компоненты — процесс, называемый газификацией . Полученный синтез-газ содержит водород и монооксид углерода, который реагирует с водяным паром для отделения водорода.

• Электролиз: Электрический ток расщепляет воду на водород и кислород. Если электричество производится из возобновляемых источников, таких как солнце или ветер, образующийся водород также будет считаться возобновляемым и имеет множество преимуществ по выбросам. Проекты по производству водорода из энергии набирают обороты с использованием избыточной возобновляемой электроэнергии, если таковая имеется, для производства водорода посредством электролиза.

• Возобновляемый жидкий риформинг: Возобновляемое жидкое топливо, такое как этанол, реагирует с высокотемпературным паром с образованием водорода вблизи точки конечного использования.

• Ферментация: Биомасса превращается в сырье, богатое сахаром, которое можно сбраживать для получения водорода.

Несколько методов производства водорода находятся в стадии разработки:

Основными производителями водорода являются Калифорния, Луизиана и Техас. Сегодня почти весь водород, производимый в Соединенных Штатах, используется для очистки нефти, обработки металлов, производства удобрений и обработки пищевых продуктов.

Основной задачей производства водорода является снижение стоимости технологий производства, чтобы сделать получаемый водород конкурентоспособным по стоимости по сравнению с обычным транспортным топливом.Государственные и промышленные научно-исследовательские и опытно-конструкторские проекты снижают стоимость, а также снижают воздействие на окружающую среду технологий производства водорода. Узнайте больше о производстве водорода в Управлении технологий производства водорода и топливных элементов.

Распределение

Большая часть водорода, используемого в Соединенных Штатах, производится там или поблизости от того места, где он используется, обычно на крупных промышленных предприятиях. Инфраструктура, необходимая для распределения водорода по общенациональной сети заправочных станций, необходимых для повсеместного использования электромобилей на топливных элементах, все еще нуждается в развитии.Первоначальное развертывание транспортных средств и станций сосредоточено на построении этих распределительных сетей, в первую очередь в южной и северной Калифорнии.

В настоящее время водород распределяется тремя способами:

• Трубопровод: Это наименее затратный способ доставки больших объемов водорода, но его мощность ограничена, поскольку в настоящее время в Соединенных Штатах имеется всего около 1600 миль трубопроводов для доставки водорода. Эти трубопроводы расположены недалеко от крупных нефтеперерабатывающих и химических заводов в Иллинойсе, Калифорнии и на побережье Мексиканского залива.

• Трубчатые прицепы высокого давления: Транспортировка сжатого водородного газа грузовиком, железнодорожным вагоном, кораблем или баржей в трубчатых прицепах высокого давления является дорогостоящей и используется в основном на расстояния до 200 миль или меньше.

• Цистерны для сжиженного водорода: Криогенное сжижение — это процесс, при котором водород охлаждается до температуры, при которой он становится жидкостью. Хотя процесс сжижения является дорогостоящим, он позволяет транспортировать водород более эффективно (по сравнению с трубными прицепами высокого давления) на большие расстояния грузовиком, железнодорожным вагоном, кораблем или баржей.Если сжиженный водород не используется с достаточно высокой скоростью в точке потребления, он выкипает (или испаряется) из резервуаров для хранения. В результате необходимо тщательно согласовывать скорости доставки и потребления водорода.

Создание инфраструктуры для распределения и доставки водорода на тысячи будущих заправочных станций представляет собой множество проблем. Поскольку водород содержит меньше энергии на единицу объема, чем все другие виды топлива, его транспортировка, хранение и доставка к месту конечного использования обходятся дороже в пересчете на один галлон бензина.Строительство новой сети водородных трубопроводов связано с высокими начальными капитальными затратами, а свойства водорода создают уникальные проблемы для материалов трубопроводов и конструкции компрессора. Однако, поскольку водород можно производить из самых разных ресурсов, региональное или даже местное производство водорода может максимально использовать местные ресурсы и минимизировать проблемы с распределением.

Необходимо учитывать компромисс между централизованным и распределенным производством. Производство водорода централизованно на крупных заводах снижает производственные затраты, но увеличивает затраты на сбыт.Производство водорода в точке конечного использования — например, на заправочных станциях — снижает затраты на сбыт, но увеличивает производственные затраты из-за затрат на создание производственных мощностей на месте.

Государственные и промышленные научно-исследовательские проекты преодолевают препятствия на пути к эффективному распределению водорода. Узнайте больше о распределении водорода в Управлении технологий водорода и топливных элементов.

Производство водорода: электролиз | Министерство энергетики

Как это работает?

Подобно топливным элементам, электролизеры состоят из анода и катода, разделенных электролитом.Различные электролизеры работают по-разному, в основном из-за разного типа материала электролита и ионных частиц, которые он проводит.

Мембранные электролизеры с полимерным электролитом

В электролизере с мембраной с полимерным электролитом (PEM) электролит представляет собой твердый специальный пластик.

• Вода реагирует на аноде с образованием кислорода и положительно заряженных ионов водорода (протонов).
• Электроны проходят через внешнюю цепь, а ионы водорода избирательно перемещаются через PEM к катоду.
• На катоде ионы водорода объединяются с электронами из внешней цепи с образованием газообразного водорода. Анодная реакция: 2H ₂ O → O ₂ + 4H ⁺ + 4e ^— Катодная реакция: 4H ⁺ + 4e ^— → 2H ₂

Электролизеры щелочные

Щелочные электролизеры работают за счет переноса гидроксид-ионов (OH ^— ) через электролит от катода к аноду с образованием водорода на катодной стороне.Электролизеры, использующие жидкий щелочной раствор гидроксида натрия или калия в качестве электролита, коммерчески доступны в течение многих лет. Новые подходы, использующие твердые щелочно-обменные мембраны (AEM) в качестве электролита, перспективны в лабораторных условиях.

Электролизеры на твердом оксиде

Твердооксидные электролизеры, в которых в качестве электролита используется твердый керамический материал, который избирательно проводит отрицательно заряженные ионы кислорода (O ^2-) при повышенных температурах, генерируют водород несколько иначе.

• Пар у катода объединяется с электронами из внешней цепи с образованием газообразного водорода и отрицательно заряженных ионов кислорода.
• Ионы кислорода проходят через твердую керамическую мембрану и реагируют на аноде с образованием газообразного кислорода и генерации электронов для внешнего контура.

Твердооксидные электролизеры должны работать при температурах, достаточно высоких для нормального функционирования твердооксидных мембран (около 700–800 ° C, по сравнению с электролизерами из ПЭМ, которые работают при 70–90 ° C, и промышленными щелочными электролизерами, которые обычно работать при температуре ниже 100 ° C).Усовершенствованные лабораторные твердооксидные электролизеры на основе протонпроводящих керамических электролитов обещают снизить рабочую температуру до 500–600 ° C. Электролизеры на твердом оксиде могут эффективно использовать тепло, доступное при этих повышенных температурах (из различных источников, включая ядерную энергию), для уменьшения количества электроэнергии, необходимой для производства водорода из воды.

Почему рассматривается этот путь?

Электролиз — это ведущий способ производства водорода для достижения цели Hydrogen Energy Earthshot по снижению стоимости чистого водорода на 80% до 1 доллара за 1 килограмм за 1 десятилетие («11 11»).Водород, произведенный посредством электролиза, может привести к нулевым выбросам парниковых газов, в зависимости от источника используемой электроэнергии. Источник необходимой электроэнергии, включая ее стоимость и эффективность, а также выбросы в результате производства электроэнергии, необходимо учитывать при оценке выгод и экономической целесообразности производства водорода посредством электролиза. Во многих регионах страны сегодняшняя электросеть не идеальна для обеспечения электроэнергией, необходимой для электролиза, из-за выделяемых парниковых газов и количества топлива, необходимого из-за низкой эффективности процесса производства электроэнергии.Производство водорода посредством электролиза используется для возобновляемых источников энергии (ветровой, солнечной, гидро-, геотермальной) и ядерной энергии. Эти способы производства водорода приводят к практически нулевым выбросам парниковых газов и загрязняющих веществ; тем не менее, необходимо значительно снизить производственные затраты, чтобы быть конкурентоспособными с более зрелыми углеродными технологиями, такими как риформинг природного газа.

Потенциал для синергизма с производством электроэнергии из возобновляемых источников
Производство водорода посредством электролиза может открыть возможности для синергизма с динамическим и прерывистым производством электроэнергии, что характерно для некоторых технологий возобновляемой энергетики.Например, несмотря на то, что стоимость энергии ветра продолжает снижаться, присущая ветру изменчивость является препятствием для эффективного использования энергии ветра. Водородное топливо и производство электроэнергии могут быть интегрированы в ветряную электростанцию, что позволит гибко менять производство, чтобы наилучшим образом согласовать доступность ресурсов с эксплуатационными потребностями системы и рыночными факторами. Кроме того, во время избыточного производства электроэнергии ветряными электростанциями вместо того, чтобы сокращать потребление электроэнергии, как это обычно делается, можно использовать это избыточное электричество для производства водорода путем электролиза.

Важно отметить …

• Сегодняшняя электросеть не является идеальным источником электроэнергии для электролиза, потому что большая часть электроэнергии вырабатывается с использованием технологий, которые приводят к выбросам парниковых газов и являются энергоемкими. Производство электроэнергии с использованием технологий возобновляемой или ядерной энергии, либо отдельно от сети, либо в качестве растущей части структуры сети, является возможным вариантом преодоления этих ограничений для производства водорода посредством электролиза.
• Министерство энергетики США и другие продолжают усилия по снижению стоимости производства электроэнергии на основе возобновляемых источников и развитию более эффективного производства электроэнергии на основе ископаемого топлива с улавливанием, использованием и хранением углерода. Например, производство ветровой электроэнергии быстро растет в Соединенных Штатах и ​​во всем мире.

Исследования направлены на преодоление трудностей

• Достижение целевого показателя затрат на чистый водород Hydrogen Shot в размере 1 долл. США / кг H ₂ к 2030 г. (и промежуточного целевого показателя в 2 долл. США / кг H ₂ к 2025 г.) за счет лучшего понимания компромиссов производительности, стоимости и долговечности электролизера системы в прогнозируемых будущих динамических режимах работы, использующие электроэнергию без CO ₂ .
• Уменьшение капитальных затрат на электролизер и баланс системы.
• Повышение энергоэффективности преобразования электроэнергии в водород в широком диапазоне рабочих условий.
• Повышение уровня понимания процессов деградации ячеек электролизера и батареи и разработка стратегий смягчения последствий для увеличения срока эксплуатации.

Производство, сбор и проверка газов | Эксперимент

Газы создают особую опасность, поэтому при их приготовлении, сборе или испытании необходимо проявлять особую осторожность.

То, как следует использовать газ, будет отличаться от эксперимента к эксперименту — важно внимательно прочитать конкретные инструкции, данные или упомянутые в экспериментальной методике, а также любые сопутствующие технические примечания. Это особенно важно, если нужно осушить газ.

Газы можно собирать восходящей или нисходящей подачей или над водой. См. Конкретную информацию по каждому газу ниже.

Общая подготовка газа

На схеме ниже показан типичный набор аппаратов, которые можно использовать для приготовления ряда газов.

Методы сбора газа

На схемах ниже показаны три различных метода сбора газа.

Подготовка специальных газов

Используйте соответствующие средства защиты глаз. Приведенных ниже количеств достаточно для производства 1 литра (1 дм ³ ) каждого из названных газов.

Двуокись углерода, CO

Медленно добавьте 42 см ³ 2 М соляной кислоты (РАЗДРАЖАЮЩЕЕ) к избытку мраморной крошки.Соберите газ путем подачи вниз или над водой (слаборастворимой).

См. Карты опасностей CLEAPSS HC020a и HC047a, а также книгу рецептов CLEAPSS RB021.

Водород, H

Медленно добавьте 28 см ³ 3 М соляной кислоты (КОРРОЗИОННОЕ) к избытку гранул цинка и 1 г гидратированного сульфата меди (ВРЕДНО). Соберите газ путем подачи снизу вверх или над водой.

См. Карты опасностей CLEAPSS HC048, HC047a, HC107 и HC027c, а также книгу рецептов CLEAPSS RB044.

Газообразный водород ЧРЕЗВЫЧАЙНО ВОСПЛАМЕНЯЕТСЯ — убедитесь в отсутствии открытого огня.

Кислород, O

Медленно добавьте 50 см ³ 20 объемов перекиси водорода (РАЗДРАЖАЮЩИЙ) к порошку оксида марганца (IV) (ВРЕДНО). Соберите газ над водой.

См. CLEAPSS Hazcard HC069, HC050 и HC060, а также книгу рецептов CLEAPSS RB064.

Кислород — ОКИСЛИТЕЛЬ.

Работа в вытяжном шкафу.Метод 2 безопаснее и рекомендуется, но медленнее.

Метод 1

Добавьте 14 см ³ концентрированной соляной кислоты (КОРРОЗИОННОЕ) минимум к 3 г манганата калия (VII) (ОКИСЛЯЮЩИЙ, ВРЕДНЫЙ и ОПАСНЫЙ ДЛЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ).

Еще раз проверьте, является ли кислота соляной, а НЕ серной. См. Карты опасностей CLEAPSS HC022a, HC047a и HC081, а также книгу рецептов CLEAPSS RB024.

Метод 2

Добавьте 5 M соляную кислоту (РАЗДРАЖАЮЩИЙ) на 30 см. ³ недавно приобретенного (10–14% доступного хлора) раствора хлората натрия (I) (КОРРОЗИОННОЕ) при большом перемешивании.Обратите внимание, что хлорат натрия (I) доступен только в виде раствора, который часто называют «гипохлоритом натрия»; его не следует путать с хлоратом натрия (V) (иногда называемым просто «хлоратом натрия»), который представляет собой белое кристаллическое твердое вещество. Школьные образцы часто реагируют слишком медленно из-за использования старого хлората натрия (I). В нем будет менее 10% доступного хлора (что относится к обоим методам). См. Карты опасностей CLEAPSS HC022a, HC047a и HC089, а также книгу рецептов CLEAPSS RB024.