Возобновляемая энергия
(для решения требуется авторизация)
Возобновляемые источники энергии (солнечная энергия, ветер) имеют четкую суточную, сезонную структуру и обладают существенным недостатком – неравномерностью генерации энергии: например, летом солнечной энергии очень много, в зимний сезон же, наоборот, мало – а нагрузка на энергосистему возрастает из-за необходимости отопления. Большие надежды связывают с накоплением и использованием энергии в форме водорода – однако серьёзным препятствием является организация его хранения и транспортировки.
Хранение свободного газообразного водорода проблематично из-за проблем с герметичностью, а использование жидкого водорода требует постоянного охлаждения и затрат энергии. Потенциальным решением для долгосрочного аккумулирования водорода может быть использование веществ, способных выделять его в химических реакциях. Один из вариантов такой «батарейки» основан на обратимой реакции железно-парового синтеза, открытой ещё в 1784 году:
𝐹𝑒3𝑂4(тв.) + 4𝐻2(г.) ⇌ 3𝐹𝑒(тв.) + 4𝐻2𝑂(г.) − 149, 9 кДж/моль
Реакция не требует повышенного давления, железо и его оксид являются распространенными веществами и могут долго храниться без потребности в энергии, а запасенный водород может быть извлечен в нужном количестве при обработке железа паром и легко конвертирован в электроэнергию или тепло.
-
Определите количество тепла, необходимое для «зарядки» батареи в процессе запасания 10 л (н.у.) водорода. Ответ выразите в кДж, округлите до десятых.
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Ограничением метода является необходимость осуществления реакции при высокой температуре (400 °C). Рассчитайте, какое количество теплоты потребуется для нагрева реагентов при подготовке «разрядки» для высвобождения 10 л (н.у.) водорода, если теплоемкость железа составляет 25,1 Дж/(моль·°С), теплоемкость жидкой воды 75,4 Дж/(моль·°С), теплота парообразования воды при 100 °С 40,7 кДж/моль, теплоемкость пара 39,6 Дж/(моль·°С). Считайте, что теплоемкость от температуры не зависит, а исходная температура реагентов составляет 20°С. Ответ выразите в кДж, округлите до десятых. Сколько процентов энергии, с точностью до целых, получаемой при окислении водорода, затрачивается на его высвобождение из батареи? Теплоту сгорания водорода с образованием жидкой воды принять 286 кДж/моль.
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Рассчитайте минимальный теоретический объём батареи, м3, с точностью до десятых, способной обеспечить за счет водорода годовое потребление 1 домохозяйства (в России составляет около 3 тыс. кВтч), кг/м3 , если насыпная плотность оксида желе- за составляет 2800 кг/м3, 1 Втч равен 3,6 кДж. Общие потери энергии при окислении водорода принять 50 %.
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
-
Как вы думаете, в чём главное преимущество, помимо описанных в задаче фактов, хранения водорода в химически связанном состоянии, по сравнению с хранением в жидком или газообразном состоянии?
Решение задачи доступно только авторизованным пользователям — Войти
Решение
