ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 24.10.2023
Просмотров: 31
Скачиваний: 3
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ГАПОУ СО «Базарнокарабулакский техникум агробизнеса»
Индивидуальный проект
по физике на тему
«Топливо будущего»
выполнил студент 1 курса
ППССЗ 35.02.16 Эксплуатация и ремонт
с/х техники и оборудования
Усов Антон
Научный руководитель:
Евдокова Н.А.
Базарный Карабулак 2023г.
| Оглавление | ||
| | | |
| Введение………………………………………………………………………………………3 | | |
| Глава 1. Водород как источник энергии……………………………………………4 | | |
| 1.1 | Существующие виды энергетики……………………………………………..4 | |
| 1.2 | Что такое водород?.....................................................................................................5 | |
| 1.3 | Способы получения водорода………………………………………………….5 | |
| 1.4 | Сферы применения водорода. ………………………………………………...5 | |
| 1.5 | Водородный топливный элемент……………………………………………...6 | |
| Глава 2. Биотопливо……………………………………………………………………….6 | | |
| 2.1 | Что такое биотопливо?..........................................................................6 | |
| 2.2 | Какие еще есть виды биотоплива?......................................................11 | |
| 2.3 | Какие преимущества есть у этого поколения биотоплива?..............11 | |
| 3. Заключение………………………………………………………………13 | | |
| 4. Список литературы……………………………………………………..14 | | |
| | | |
Введение
В современном мире основным источником энергии является нефть и природный газ, но с каждым днем их становится все меньше и меньше, так же они имеют большое количество минусов, но одним из главных является не экологичность. Поэтому сейчас все больший ход набирает возобновляемая или же зеленая энергетика. В ее состав входят: солнечные электростанции, ветряные электростанции, гидроэлектростанции, приливные электростанции, геотермальные электростанции. Так же с недавних пор появилась водородная энергетика. Это не новая технология, но применять ее начали относительно недавно.
Цель: Выяснить является водородная энергетика эффективным и экологичным способом выработки электрической энергии.
Задачи:
-
Разобрать и изучить существующие электростанции. -
Изучить химические и физические свойства водорода. -
Узнать выгодно ли использовать водород как источник энергии. -
Способы добычи водорода. -
Сферы применения водорода. -
Провести эксперименты по получения водорода и выбрать наиболее эффективные методы получения водорода.
Объект исследования: водород как источник электрического тока.
Предметы исследования: использование водорода в топливных ячейках для выработки электрического тока.
Методы исследования: теоретические, практические.
Гипотеза:
-
Водород—самый эффективный и экологичный источник энергии. -
Электролиз является самым экологичным методом выработки водорода.
1.2. Существующие виды электростанций
Тепловая электростанция (ТЭС) — электростанция, вырабатывающая электрическую энергию за счёт преобразования химической энергии топлива в процессе сжигания в тепловую, а затем в механическую энергию вращения вала электрогенератора.
Солнечная электростанция (СЭС) — инженерное сооружение, преобразующее солнечную радиацию в электрическую энергию. Способы преобразования солнечной радиации различны и зависят от конструкции электростанции.
Гидроэлектростанция(ГЭС) — электростанция, использующая в качестве источника энергии движение водных масс в русловых водотоках и приливных движениях. Гидроэлектростанции обычно строят на реках, сооружая плотины и водохранилища.
Атомная электростанция (АЭС) — ядерная установка для производства энергии. Работает по принципу тепловой электростанции, только для нагрева и последующего превращения воды в пар вместо горения какого-либо топлива проходит ядерная реакция, что намного эффективнее, но побочным элементом в данной реакции являются радиоактивные отходы.
Приливные электростанции (ПЭС) – особый вид гидроэлектростанций, работающих за счет энергии, возникающей при приливах. Возникновение энергии основано на глобальных естественных процессах, связанных со сменой гравитационного воздействия Луны и Солнца.
Водородные электростанции—основаны на сжигании водорода и последующим преобразованием тепловой энергии в механическую, а затем и в электрическую.
1.2. Что такое водород?
Водород (H, лат. hydrogenium) — химический элемент периодической системы с обозначением H и атомным номером 1, самый лёгкий из элементов периодической таблицы. Его одноатомная форма — самое распространённое химическое вещество во Вселенной, составляющее примерно 75 % всей барионной массы.
1.3. Способы получения водорода.
В промышленности
-
Конверсия метана с водяным паром при 1000 °C:
{\displaystyle {\ce {H2O + C <=> CO ^ + H2 ^}}}-
Электролиз водных растворов солей:
{\displaystyle {\ce {2NaCl + 2H2O -> 2NaOH + Cl2 ^ + H2 ^}}}
-
Каталитическое окисление кислородом:
{\displaystyle {\ce {2CH4 + O2 <=> 2CO + 4H2}}}
В лаборатории
-
Действие разбавленных кислот на металлы. Для проведения такой реакции чаще всего используют цинк и разбавленную серную кислоту:
{\displaystyle {\ce {Zn + H2SO4 -> ZnSO4 + H2 ^}}}
-
Действие щелочей на цинк или алюминий:
{\displaystyle {\ce {2Al + 2NaOH + 6H2O -> 2Na[Al(OH)4] + 3H2 ^}}}
{\displaystyle {\ce {Zn + 2KOH + 2H2O -> K2[Zn(OH)4] + H2 ^}}}-
С помощью электролиза. При электролизе водных растворов щелочей или кислот на катоде происходит выделение водорода, например
1.4. Сферы применения
Водород сегодня применяется во многих областях: производство аммиака—54%, нефтеперерабатывающая промышленность—35%, производство электроники—6%, металлургия—3%, пищевая промышленность—2% .
1.5. Водородный топливный элемент
Топливный элемент - устройство, эффективно вырабатывающее тепло и постоянный ток в результате электрохимической реакции и использующее богатое водородом топливо.
Глава 2. Биотопливо
В настоящее время большая часть развитых стран в той или иной степени развивает альтернативную энергетику, поскольку понимают, что классические источники энергии исчерпаемы. В этом отношении биоэнергетика обладает явным преимуществом. По мнению кандидата биологических наук, научного сотрудника Лаборатории экологии Института РАН
Зоригто Намсараева, биотопливо может стать один из кандидатов на роль технологии будущего, пишет Postnauka.ru.
2.1. Что такое биотопливо?
Биотопливо — это органические соединения, которые мы можем использовать для получения энергии. Существуют различные виды биотоплива: твердое (древесные пеллеты, щепа и т. д.), газообразное (биогаз, биоводород, синтез-газ) и жидкое. Жидкое биотопливо самое интересное, так как оно может использоваться на двигателях внутреннего сгорания и реактивных двигателях заменяя топливо из нефтепродуктов. Как правило, это особые углеродные молекулы длиной около 14-15 атомов. В живых организмах они встречаются не очень часто, поэтому нам нужно пытаться каким-то образом находить источники таких длинных молекул. Существуют два способа поиска. Первый способ – использовать существующие пути биосинтеза и каким-то образом пытаться их оптимизировать. Другой вариант — это рассчитать на компьютере принципиально новый путь биосинтеза и создать его в организме с использованием средств синтетической биологии.
-
Какие проблемы с топливом существуют на данный момент?
На самом деле проблем с топливом сейчас очень много. Мы живем в мире нефти, вся наша цивилизация построена на нефти, весь транспорт, реактивная авиация. Без этого топлива мы не сможем жить. И здесь существует большая проблема: нефть является ископаемым ресурсом, а это значит, что в какой-то момент у нас может оказаться недостаточно ее запасов, пригодных для индустриальной коммерческой добычи, нефть останется где-то в глубоких залежах, в каких-то экономически невыгодных условиях и так далее. Мир уже начинает готовиться к этому моменту. Существует два вопроса. Первый: когда наступит этот момент? И второй вопрос: успеем ли мы разработать соответствующие технологии? Биотопливо — это один из кандидатов на роль такой технологии будущего.
-
Какие варианты биотоплива были в истории человечества?
Основное топливо во многих странах — это древесина. Например, в Танзании порядка 70% энергии до сих пор происходит именно от нее. Конечно, развитые страны от этого ушли очень далеко. Древесина — это на самом деле ресурс исчерпаемый, то есть если мы будем вырубать деревья слишком быстро, то у нас, естественно, энергия закончится. Такой кризис был в Англии в XVI-XVII веках. У них были огромные леса. Существовала даже пословица, в которой говорилось, что в Англии белка способна пересечь всю страну, не спрыгнув на землю. Но для того чтобы выплавлять сталь, нужно было тратить древесный уголь. В то время на 1 килограмм стали необходимо было 50 килограмм угля. А чтобы получить древесный уголь, нужно было собрать много древесины и обжечь ее. Таким образом, англичане вырубили практически все экономически рентабельные леса. Примерно в начале XVII века из-за этого в Англии резко упала выплавка железа. Они стали импортировать железо из Швеции и России. Это происходило до тех пор, пока они не открыли следующий источник энергии — каменный уголь. Тогда индустриальная машина английской промышленной революции заработала снова.
Сейчас может сложиться похожая ситуация. У Англии были огромные запасы угля, и в свое время они посчитали, что его хватит на три тысячи лет, разделив количество запасов на ежегодную добычу. Но в 1860 году Джевонс написал книгу «Вопрос об угле в Англии», где рассказал о том, что потребление угля увеличивается на 3% в год, и к концу XX века уголь в Англии закончится. Он был абсолютно прав. Сейчас в Англии только 6 крупных шахт, а при Джевонсе было 3 тысячи.
Что появилось после древесины?
После древесины появилось масло. Рудольф Дизель в конце XIX века использовал на своем двигателе растительное масло, и он работал. Сейчас проблема состоит в том, что для обеспечения нашего общества автомобильным топливом, у нас недостаточно места, где мы могли бы выращивать культуры, из которых производится растительное масло. Кроме того, если мы начнем сажать пальмы, сою или рапс для того, чтобы производить топливо, нам будет не хватать земли для производства продуктов питания. Сейчас существует очень серьезная проблема: продукты против топлива. Таким образом, первое поколение биотоплива, произведенное из тех продуктов, которые могут использоваться для производства продуктов питания — это тупиковый путь развития. Ставится задача производить биотопливо таким способом, чтобы оно ни в коем случае не вступало в конкуренцию с производством продуктов питания. Это уже биотопливо второго поколения. Из соломы, различных отходов сельского хозяйства, древесины можно получать те же виды биотоплива, что и из пищевых культур.
Насколько первое и второе поколения биотоплива эффективны и жизнеспособны?
Есть два основных вида биотоплива первого и второго поколения: этанол и биодизель, получаемый из растительных масел. В США много кукурузы, а в Бразилии — сахарного тростника, поэтому там очень удобно получать спирт. Его можно добавлять в определенной концентрации в бензин. Сейчас производится множество автомобилей, которые способны ездить на таком бензине, на «зеленом» бензине с добавкой этанола. В США, Бразилии и Европе производство биотоплива первого поколения используется фактически для дополнительного стимулирования сельского хозяйства и снижения зависимости от нефти.
Первое и второе поколение биотоплива — это попытка задействовать существующие мощности. Потому что строить с нуля индустрию в капиталистическом мире очень сложно и дорого. Гораздо лучше задействовать существующие технологии получения спирта и растительных масел. Первое и второе поколение используют эти технологии. А вот