把地球上的水当成燃料,这真的做得到吗(水解电)

2023-08-31 14:54:17 丰彩网 lxstsg.com
根据我们所学的知识,我们可以知道水的化学式是H2O,每个水分子由两个氢原子和一个氧原子组成。如果我们找到一种方法来将氢原子和氧原子从水中分离出来,我们就可以获得氢和氧。因此,水可以经过一系列反应后燃烧。那么问题来了,既然水可以燃烧,我们是否能将其用作燃料呢?

将水分解为氢和氧是一种广为人知的技术,可以通过直流电解水来实现。早在1800年,Nielsen和Carell就尝试了电解水的过程。1902年,著名的Oerkon开始从水中提取氢用于商业用途。1934年,科学家法拉第提供了一个完整的理论,以解释电解水的现象。但是,使用水作为燃料则是另一回事。让我们先来看看电解水的能量转换过程,以及将其产物用作燃料的过程。

首先将水通过电解,将电能转化为化学能;然后将氢气燃烧,将化学能转化为热能;再将氢气燃烧的热能用于驱动发电机,将热能转化为机械能;最后,发电机产生电流,将机械能转化为我们可以使用的电能。根据我们现有的技术,这一系列的能量转换中会损失很多能量。因此,即使我们从10焦耳的能量开始,最终获得的能量也只有1焦耳,这显然是不可行的。

即使能够实现100%的能量转换效率,水也不能作为燃料。根据能量守恒定律,无论能量损失如何,无论我们输入了多少电,我们得到的能量总是相同的。那么,使用水作为燃料真的是不行的吗?精明的科学家已经找到了答案。

1972年,日本东京大学的藤岛A教授和本田K教授发现了一种利用太阳能通过半导体的光解水,将水分解成氢和氧的方法,称为“光解”。光解水的原理比较复杂,我们简单了解一下。当半导体被能量加热或激发时,从一些电子会与空穴分离。阳光照射到半导体上,当程度达到一定程度时,半导体中的电子和空穴分离,然后与水反应产生氢和氧。从能量转换的角度来看,光解水就是将太阳能转化为化学能。科学家还在水中加入了光催化剂,如钽酸盐、铌酸盐、多硫化物等,以提高反应效率。

氢能具有无可比拟的优势,是一种高效、清洁、可持续的绿色能源。虽然光解水的技术仍处于研究阶段,还不可能实现大规模民用,但随着人类文明的发展,对能源的需求会越来越高。各国也在重视开发和利用新能源。相信水作为燃料在不久的将来成为现实。