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365bet微博,宇宙中最普遍的元素构成了物理宇宙的75%

氢是自然界甚至宇宙中大多数“朋友”中最常见的元素。根据相关的保守估计,它占宇宙质量的75%。在我们生活的地球上,空气中的一些氢还以化合物的形式在水中存储其他氢,这是地球上最广泛的物质。据估计,如果所有的氢都被提取到海水中,燃烧产生的总热量是地球上所有化石燃料释放的热量的9000倍。现在,让我们去了解氢气,并了解其背景和能源发展的可能性。
在“大爆炸”的那一刻,氢出现并在自然界度过了一段漫长的未知时间。16世纪末,一位名叫Barazés的化学家在瑞士意外地将废铁掉入硫酸中,许多气泡像旋风一样上升。可惜的是,这个年轻人缺乏经验,停止学习,并且错过了成功的机会。直到1766年,这位著名的英国科学家才发现Cavendish,这些气泡中的物质可以在空气中燃烧产生水,因此称其为易燃的空气。随着科学的发展和思维方式的变化,受人尊敬的法国化学家拉瓦西(Ravasi)于1787年产生了氢气。
尽管它每升仅含0.09克氢,但它是“可变的”:在常温常压下为气态,在极低的高温和高压下可变成液体。当压力低于几百个大气压时,液态氢会变成固态氢。氢具有所有气体中最佳的导热率,是大多数气体的十倍,并且是最佳的传热载体之一。
除了发热量最高的核燃料外,氢对人类的贡献并不常见。氢火焰的温度可以高达2500°C。只要与空气轻微接触(在3%到97%的范围内),它就会在遇到火花时燃烧。与其他燃料相比,氢燃烧是最干净的。除了产生水和少量的氮化氢外,没有对环境有害的污染物,例如一氧化碳,二氧化碳和灰尘。少量的氮化氢经过适当的处理会污染环境。另外,氢循环是可行的。燃烧反应产生的水可用于产生氢气。
氢的使用价值是如此之高,以至于人们不会忽视它。由于普通水有阴影,因此我们开始远离它。
很少有人能想象氢和氧在水中如此强烈地“结合”,以至于需要大量的努力才能将它们分离。例如,在水进入氢和氧之前,需要将其加热到两到三千摄氏度的高温。不幸的是,如果以这种方式收集氢,它不仅消耗大量能量,而且需要高温和高压设备。为了避免这种技术问题,人们主要以天然气,煤炭和石油产品为原料来生产氢气。但是,使用这些化石材料仍然需要高温和多种催化剂,因此它不是一种有前途的制氢技术。
随着科学家的不断研究,他们发现太阳还可以帮助将催化剂“放入”水阳光中。催化剂可以刺激发光的化学反应,将水转化为氢和氧。该过程最困难的部分是寻找可靠和稳定的催化剂。迄今为止发现的二氧化钛和一些钌化合物是合适的光催化剂,但不能满足实际的应用要求。一旦获得了更有效的催化剂,就有可能“燃烧”水以产生氢气。此时,只要汽车和飞机的油箱中充满水和光催化剂,阳光下的水就会进一步分解为氢气和发动机的能量。使用氢气作为燃料不仅清洁,容易在低温下启动,但对发动机的腐蚀也较小,这可以延长发动机的寿命。由于氢气和空气的均匀混合,因此可以完全消除普通汽车中使用的燃料系统,从而简化了现有汽车的结构。
化学家在黑暗中摸索时,生物学家提出了新的想法:他们发现了许多产氢细菌,一种是化学异养细菌,另一种是光合自养细菌。据了解,产生氢的异养细菌有30多种,它们可以发酵糖,醇和有机酸等有机物质,吸收一些化学能以满足生命活动的需要,并释放一些氢形式的能量。光合自养细菌比化学异养细菌更具耐受性。它们不需要消耗有机养分,可以像绿色植物一样吸收阳光,可以将简单的无机化合物合成为有机化合物以满足自己的需求,同时释放出无穷无尽的氢,无机物质无处不在,光合自养细菌具有氢气生产前景广阔。到目前为止,已经发现大约13种类型的紫色硫细菌和紫色非硫细菌会产生氢气。据报道,NASA是Bring空间中的一种光合细菌Rhodospirillum,因此释放出氢作为宇宙飞船的能源。除细菌外,生物学家还发现,绿藻在缺氧条件下暴露于阳光下也会释放氢气,即使是一些高大的植物也是光合作用释放氢气的好材料。
有思想的研究人员提出了从植物中提取叶绿体并将其转变为“产氢植物”的想法。第一家叶绿素制氢厂于1973年在美国投产。问题是天然叶绿体的寿命很短。因此,必须找到延长其寿命的方法。
一些科学家还提出了种植“氢树”的想法。他们认为,如果植物的光合作用保持在水的分解阶段,则氢不会与二氧化碳相互作用,而是直接与植物分离,每棵“氢树”都可以直接为我们提供纯净的氢。
但是,这个充满想象力的“未来故事”只能丰富人们的知识世界。让我们用氢来进行实际工作。
假期期间,我们总能看到大小不一的彩色气球,飘扬和跳舞-全部归功于氢气。但是,已经发现氢泄漏和外部摩擦会导致静电,爆炸并引起灼伤。为什么燃烧?我们知道燃烧的先决条件是可燃气体达到一定浓度。当安装在气球中时,氢气浓度相对较高,但燃烧时间不是很长,因为氢气在气球破裂后迅速溶解并很快燃烧掉所有东西,因此不会永久燃烧,其中大部分会立即发生高温燃烧。现在,使用更多的氦气代替氢气来填充气球。
但是,使氢成为“最自豪”的原因是氢在航空领域已经活跃了很长一段时间,但这是人们飞越地球的大梦想。
氢气被用作A-2火箭发动机的液体推进剂。1960年,液态氢首次用作太空燃料。1970年,美国发射的阿波罗号航天器的发射火箭也使用了液态氢。氢与我们的神舟系列航天器有关,已成为导弹领域中广泛使用的燃料。
对于航天飞机来说,减轻燃油重量和增加有效载荷更为重要。由于氢的能量密度高,燃烧后每千克氢的热量大约是汽油的三倍,这意味着燃料的重量可以减少三分之二,这无疑对航天飞机非常有利。有两种存储氢的方法:物理的和化学的。物理方法有两种:一种是能量密度最高的液态氢方法。困难在于液态氢容器的温度低于253°C是一项非常困难的隔热技术,另一种是金属容器中存储的高压(2000-3000 kpa),即能量密度低且储氢量低的是高压气瓶法。目前最流行的研究是金属是氢“吸收”并在放出热量时反应形成金属氢化物。然后将这些金属氢化物加热并分解,释放出储存在其中的氢。这些“吸收”氢的金属被称为“储氢合金”。储氢合金都是固态的。当使用氢时,通过加热或减压释放的氢储氢被释放。因此,它们是简单且理想的储氢方法,主要包括钛储氢合金,锆储氢合金,铁储氢合金和稀土储氢合金。科学家正在开发一种称为“固体氢”的航天器。固体氢Canas结构材料和航天器燃料。在飞行过程中,航天器的所有非必要组件都可以转换为能量“消耗”,因此航天器可以在太空中飞行更长的时间。

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