Aktualne i potencjalne procesy otrzymywania wodoru na skalę przemysłową

Wodór na skalę przemysłową wytwarzany jest w procesie reformingu parowego gazu ziemnego i innych gazów naturalnych. Problemem tego procesu jest konieczność odsiarczania gazu przed reformingiem. W tym procesie powstają wodór oraz dwutlenek węgla. Również można go otrzymać przeprowadzając reakcję koksu (węgla) z parą wodną lub przeprowadzając zgazowania węgla. Dodatkowe ilości wodoru można uzyskać z reformingu parowego poprzez reakcję powstałego tlenku węgla z wodą, w obecności katalizatora (np. tlenków żelaza). Inną ważną metodą produkcji wodoru jest częściowa oksydacja (utlenianie) węglowodorów:

2CH₄ + O₂ → 2CO + 4 H₂

Z uwagi na duże chęci stosowania wodoru jako źródła czystej energii, jak i na wzrastający poziom jego zużycia w wielu dziedzinach przemysłowych (np. w przemyśle chemicznym) należy intensywnie poszukiwać bardziej tanich oraz jeszcze wydajniejszych technologii i sposobów na pozyskiwanie go. 

Dużym postępem wydaje się być  metoda katalitycznego rozkładu wody, bądź mieszaniny wodnej pary z gazami. Używa się w tym celu kompozytowych katalizatorów (metalowo-ceramiczne) i membran przewodzących zarówno protony, jak i elektrony, które są prostym i zarazem wydajnym urządzeniem wytwarzającym oraz separującym wodór. 

Ważną zaletą tej technologii jest duża dostępność, w dodatku taniego, surowca - wody. Kolejne korzyści to niższe nakłady inwestycyjne, czy eksploatacyjne (dzięki obniżeniu temperatury całego procesu do poziomu od 600 do 900^oC). Dodatkowo wskutek stosowania tego rozwiązania technologicznego nie powstają uciążliwe produkty uboczne, tymczasem poza wodorem możliwe jest dzięki niej wytworzenie także tlenu w czystej postaci. Przyszłość w pozyskiwaniu wodoru należy do energii słonecznej. Proces ten składa się z dwóch etapów:

Pierwszym jest przemiana światła słonecznego do energii elektrycznej dzięki rozbudowanemu systemowi baterii ogniw słonecznych.

Drugi wykorzystuje pozyskaną energię do wytworzenia wodoru podczas powodującej rozpad wody elektrolizy. Jednak niezbędna jest tu bardzo wysoka temperatura, ponieważ do bezpośredniego rozpadu wody do wodoru i tlenu potrzebne jest uzyskanie 2730^oC. Możliwe jest to w jądrowym reaktorze lub słonecznym kolektorze, posiadającym soczewki skupiające w ognisku światło. 

Na dzień dzisiejszy metody te są zbyt kosztowne, porównując z najtańszą metodą pozyskiwania wodoru z ziemnego gazu.

 

VI. Postulat o wartości średniej

Wynik średni (spodziewany) wielkiej liczby pomiarów wielkości fizycznej A przeprowadzony na wielu układach w tym samym stanie początkowym opisuje funkcja falowa

W stanie własnym ϕ_n operatora  Ᾱ wielkość fizyczna A jest dokładnie określona tzn. każdy pojedynczy pomiar da ten sam rezultat a_n.

Literatura:

[1]   Roman F. Nalewajski: „Podstawy i metody chemii kwantowej (wykład)”

[2]   Lucjan Piela: „Idee chemii kwantowej”

 

V. Postulat o zagadnieniu własnym

W wyniku pojedynczego pomiaru własności mechanicznej A uzyskana może być wyłącznie pewna wartość własna a­_K operatora Â, która odpowiada funkcji własnej φ_K spełniającej zagadnienie własne Âφ_K= a­_Kφ_K  K=1,2,3,…

     Notacja Diracka

Zbiór funkcji własnych operatora Âφ_K= a­_Kφ_K  musi być zbiorem zupełnym funkcji tzn. dowolną funkcję stanu można rozwinąć w szereg funkcji własnych operatora

Jeżeli zbiór funkcji własnych liniowo niezależnych operatora  spełnia równanie własne dla tej samej wartości własnej

    

To taką funkcję własną określa się, jako g- krotnie zdegenerowaną a funkcję własną określa się mianem zdegenerowanej.

 

Literatura:

[1]   Roman F. Nalewajski: „Podstawy i metody chemii kwantowej (wykład)”

[2]   Lucjan Piela: „Idee chemii kwantowej”