Химический источник тока это: Химические источники тока — это… Что такое Химические источники тока?

Содержание

Химические источники тока — это… Что такое Химические источники тока?

Химические источники тока

Хими́ческие исто́чники то́ка (аббр. ХИТ) — устройства, в которых энергия протекающих в них химических реакций непосредственно превращается в электрическую энергию.

История создания

Первый химический источник тока был изобретён итальянским учёным Алессандро Вольта в 1800 году. Это был элемент Вольта — сосуд с солёной водой с опущенными в него цинковой и медной пластинками, соединенными проволокой. Затем учёный собрал батарею из этих элементов, которая впоследствии была названа Вольтовым столбом. Это изобретение впоследствии использовали другие учёные в своих исследованиях. Так, например, в 1802 году русский академик В. В. Петров сконструировал Вольтов столб из 2100 элементов для получения электрической дуги. В 1836 году английский химик Джон Дэниель усовершенствовал элемент Вольта, поместив цинковый и медный электроды в раствор серной кислоты.

Эта конструкция стала называться «элементом Даниэля».

В 1859 году французский физик Гастон Плантэ изобрёл свинцово-кислотный аккумулятор. Этот тип элемента и по сей день используется в автомобильных аккумуляторах.

В 1865 году французский химик Ж. Лекланше предложил свой гальванический элемент (элемент Лекланше), состоявший из цинкового стаканчика, заполненного водным раствором хлористого аммония или другой хлористой соли, в который был помещён агломерат из оксида марганца(IV) MnO2 с угольным токоотводом. Модификация этой конструкции используется до сих пор в солевых батарейках для различных бытовых устройств.

В 1890 году в Нью-Йорке Конрад Губерт, иммигрант из России, создаёт первый карманный электрический фонарик. А уже в 1896 году компания National Carbon приступает к массовому производству первых в мире сухих элементов Лекланше «Columbia».

Принцип действия

Основу химических источников тока составляют два электрода (катод, содержащий окислитель и анод, содержащий восстановитель), контактирующих с электролитом. Между электродами устанавливается разность потенциалов — электродвижущая сила, соответствующая свободной энергии окислительно-восстановительной реакции. Действие химических источников тока основано на протекании при замкнутой внешней цепи пространственно разделённых процессов: на катоде восстановитель окисляется, образующиеся свободные электроны переходят, создавая разрядный ток, по внешней цепи к аноду, где они участвуют в реакции восстановления окислителя.

В современных химических источниках тока используются:

  • в качестве восстановителя (на аноде) — свинец Pb, кадмий Cd, цинк Zn и другие металлы;
  • в качестве окислителя (на катоде) — оксид свинца(IV) PbO2, гидроксооксид никеля NiOOH, оксид марганца(IV) MnO2 и другие;
  • в качестве электролита — растворы щелочей, кислот или солей.

Классификация

По возможности или невозможности повторного использования химические источники тока делятся на:

  • гальванические элементы (первичные ХИТ), которые из-за необратимости протекающих в них реакций, невозможно перезарядить;
  • электрические аккумуляторы (вторичные ХИТ) — перезаряжаемые гальванические элементы, которые с помощью внешнего источника тока (зарядного устройства) можно перезарядить;
  • топливные элементы (электрохимические генераторы) — устройства, подобные гальваническому элементу, но отличающееся от него тем, что вещества для электрохимической реакции подаются в него извне, а продукты реакций удаляются из него, что позволяет ему функционировать непрерывно.

Следует заметить, что деление элементов на гальванические и аккумуляторы до некоторой степени условное, так как некоторые гальванические элементы, например щелочные батарейки, поддаются подзарядке, но эффективность этого процесса крайне низка.

По типу используемого электролита химические источники тока делятся на кислотные (например свинцово-кислотный аккумулятор, свинцово-плавиковый элемент), щелочные (например ртутно-цинковый элемент, ртутно-кадмиевый элемент, никель-цинковый аккумулятор, никель-кадмиевый аккумулятор) и солевые (например, марганцево-магниевый элемент, цинк-хлорный аккумулятор).

Некоторые виды химических источников тока

Гальванические элементы

Смотри также Категория:Гальванические элементы.

Другие типы:

Аккумуляторы

Смотри также Категория:Аккумуляторы.

Топливные элементы

Смотри также Категория:Топливные элементы.

Ссылки

Химические источники электрического тока

Химические источники тока – это устройства, работа которых обусловлена преобразованием выделяемой при окислительно-восстановительном процессе химической энергии в энергию электрическую.

К преимуществам химических источников тока относится универсальность их применения. Источником питания многих бытовых устройств, а также приборов, используемых в научных лабораториях или на производстве, являются именно

химические источники питания. Востребованность химических источников тока в обеспечении функционирования аппаратуры связи или портативной электронной аппаратуры заслуживает особого внимания, так как в этом случае они являются незаменимыми.

Химические источники электротока

Конструктивно химические источники тока представляют собой два металлических электрода, разделенных электролитом. Электроды изготавливаются из металла, который является проводником электронов (электронная проводимость), а электролит изготавливается из жидкого или твердого вещества, являющегося проводником ионов (ионная проводимость).

Если для питания, какого либо потребителя, требуется высокое напряжение, то электрические аккумуляторы соединяются последовательно.

В случае, когда для электропитания требуется большой ток, электрические аккумуляторы соединяются параллельно и носят название аккумуляторной батареи.

Последовательное соединение
(согласное включение)

 

 

Еобщ = Е1 + Е2 + Е3

Смешанное соединение
(встречное)

 

 

Еобщ = Е1 – Е2

+ Е3

Параллельное соединение источников питания.
( Такое соединение применяется
для увеличения тока в цепи. )

 

 

 

Еобщ = Е1 = Е2 = Е3

В зависимости от характера работы различные типы химических источников питания носят название гальванических элементов либо электрических аккумуляторов.

К отличительной особенности химических источников тока, называемых гальваническими элементами, относится возможность одноразового применения, так как их выделяющие электрическую энергию активные вещества подлежат полному распаду в процессе химической реакции.

При полном разряде гальванического элемента его дальнейшее применение невозможно.

Особенностью таких химических источников тока, как электрические аккумуляторы, является их многоразовое использование за счет обратимости основных действующих процессов.

Разряженный электрический аккумулятор обладает способностью регенерировать свои дающие электрическую энергию активные вещества за счет процесса пропускания через него постоянного тока, источником которого служит другое устройство.

При заряде электрического аккумулятора постоянный тока другого источника должен протекать в направлении, противоположном разрядному току. Такое условие способствует замене реакции окисления на реакцию восстановления на положительном электроде, и наоборот, на отрицательном электроде реакция окисления заменяется на реакцию восстановления.

К химическим источникам тока предъявляется ряд общих и специальных технических требований. Все требования оговорены в соответствующей нормативной документации.

Общими являются требования: к габаритно-массовым характеристикам; к надежности; к отсутствию вредного влияния на окружающую среду; к безопасному использованию обслуживающим персоналом; к сроку службы; к минимальному саморазряду.

Специальными техническими условиями являются требования к удельным характеристикам, к механической прочности, к температурному диапазону рабочего режима, к невысокому значению внутреннего сопротивления, к работоспособности в любом положении, к удобству в эксплуатации.

Физика 8 класс. Источники электрического тока :: Класс!ная физика

Физика 8 класс. ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Источник тока — это устройство, в котором происходит преобразование какого-либо вида энергии в электрическую энергию.
В любом источнике тока совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц, которые накапливаются на полюсах источника.


Существуют различные виды источников тока:

Механический источник тока

— механическая энергия преобразуется в электрическую энергию.


К ним относятся : электрофорная машина (диски машины приводятся во вращение в противоположных направлениях. В результате трения щеток о диски на кондукторах машины накапливаются заряды противоположного знака), динамо-машина, генераторы.

Тепловой источник тока

— внутренняя энергия преобразуется в электрическую энергию.


Например, термоэлемент — две проволоки из разных металлов необходимо спаять с одного края, затем нагреть место спая, тогда между другими концами этих проволок появится напряжение.
Применяются в термодатчиках и на геотермальных электростанциях.

Световой источник тока

— энергия света преобразуется в электрическую энергию.

Например, фотоэлемент — при освещении некоторых полупроводников световая энергия превращается в электрическую. Из фотоэлементов составлены солнечные батареи.
Применяются в солнечных батареях, световых датчиках, калькуляторах, видеокамерах.

Химический источник тока

— в результате химических реакций внутренняя энергия преобразуется в электрическую.

Например, гальванический элемент — в цинковый сосуд вставлен угольный стержень. Стержень помещен в полотняный мешочек, наполнен-ный смесью оксида марганца с углем. В элементе используют клейстер из муки на растворе нашатыря. При взаимодействии нашатыря с цинком, цинк приобретает отрицательный заряд, а угольный стержень — положительный заряд. Между заряженным стержнем и цинковым сосудом возникает электрическое поле. В таком источнике тока уголь является положительным электродом, а цинковый сосуд — отрицательным электродом.
Из нескольких гальванических элементов можно составить батарею.

Источники тока на основе гальванических элементов применяются в бытовых автономных электроприборах, источниках бесперебойного питания.
Аккумуляторы — в автомобилях, электромобилях, сотовых телефонах.


УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Условное обозначение источника тока на электрической схеме

или батареи, состоящей из нескольких источников

Устали? — Отдыхаем!

Химические источники тока вторичные — Справочник химика 21

    Химические цепи имеют большое практическое значение. Разнообразные химические источники тока — первичные (гальванические элементы) и вторичные (аккумуляторы) — представляют собой химические цепи. Рассмотренная водородно-кислородная, цепь является одним из видов так называемых топливных элементов. Такие элементы представляют собой электрохимические системы, которых протекает реакция окисления топлива или продуктов его переработки (водорода, оксида углерода, водяного газа и др.). Элементы характеризуются высоким коэффициентом использования топлива (70—80%) по сравнению с 30—40% теплосиловых установок, производящих электроэнергию. Несмотря на то что при создании топ- [c.488]
    Пропускание электрического тока через электролитическую ячейку вызывает в ней определенные изменения. Если протекающие электрохимические процессы обратимы, то можно вновь получить электрическую работу за счет накопленной химической энергии. Такие обратимые элементы называются аккумуляторами, или вторичными химическими источниками тока. [c.107]

    Химические источники тока. К ним относятся гальванические, или так называемые первичные, элементы, теряющие работоспособность после разряда, аккумуляторы, или вторичные элементы, которые после разряда можно многократно заряжать снова, а также топливные элементы, в которых на нерасходуемых электродах идет реакция между окислителем и восстановителем, поступающими извне.[c.219]

    Химическим источником тока называют устройство, в котором химическая энергия активных веществ при протекании окислитель-йо-восстановительных процессов превращается непосредственно в электрическую энергию. Химические источники тока подразделяются на первичные источники, или элементы, и вторичные, Или электрические аккумуляторы. [c.13]

    Работа 18. Вторичные химические источники тока (аккумуляторы) [c.110]

    ХИТ состоят из одного или нескольких гальванических элементов, соединенных параллельно или последовательно, ХИТ генерируют постоянный ток. Химические источники тока, применяемые на практике, можно разделить на три основных типа первичные, вторичные и топливные элементы. [c.274]

    Все химические источники тока можно разделить на первичные элементы и вторичные источники, или аккумуляторы. [c.9]

    Химический источник тока. Первичные элементы и ЭА используются как химические источники тока (ХИТ). Первичные элементы называют первичными ХИТ, а ЭА называют вторичными ХИТ. Кроме окислителя, восстановителя и ионного проводника ХИТ обычно включает сепараторы для отделения катода от анода, токоотводы, уплотнители, корпуса, клеммы. К реагентам некоторых ХИТ добавляют вещества, повышающие электронную или ионную электрические проводимости, замедляющие коррозию металлов, улучшающие стабильность электролита и т.д. [c.12]

    Так как напряжение ПЭ и ЭА обычно лежит в пределах 1-3 В, то для повышения напряжения многих ХИТ последовательно соединяют два или более ПЭ и ЭА. Химический источник тока, состоящий из двух или более электрически соединенных первичных ХИТ, называют гальванической батареей. Вторичный ХИТ, состоящий из двух или более электрически соединенных ЭА, называют аккумуляторной батареей (АБ). [c.12]

    В отличие от простых (первичных) гальванических элементов (см. 8.4) аккумуляторы являются вторичными химическими источниками тока. [c. 219]


    От электродов химических источников тока требуется, прежде всего, чтобы электродные реакции протекали с высокими скоростями. Электроды вторичных источников тока должны быть к тому же обратимыми. Кинетику электродной реакции характеризует величина тока обмена. Подходя с этих позиций к литиевому электроду, можно отметить, что в водных растворах по всем признакам литиевый электрод характеризуется быстрым протеканием электродной реакции. [c.84]

    По характеру работы все известные химические источники тока делятся на две группы гальванические элементы, или первичные источники тока, и электрические аккумуляторы, или вторичные источники тока. [c.67]

    Вторичными химическими источниками тока, или электрическими аккумуляторами, называются такие источники тока, работоспособность которых после разряда может быть восстановлена путем заряда, т. е. путем пропускания постоянного электрического тока через аккумулятор в направлении, противоположном тому, в котором протекал ток при разряде.[c.67]

    Из сказанного следует, что один и тот же электрод вторичного химического источника тока может являться и анодом и катодом в зависимости от того, подвергается ли источник заряду или разряду. Поэтому, чтобы правильно применять при рассмотрении вторичных ХИТ термины анод и катод, необходимо знать природу процессов, протекающих на данном электроде при заряде и разряде источника тока, учитывая при этом, что процессу окисления отвечает термин анод, а процессу восстановления — термин катод. [c.10]

    Вторичные химические источники тока допускают многократное их использование — это аккумуляторы. Они характеризуются обратимостью после разрядки их работоспособность может быть восстановлена пропусканием тока от внешнего источника в обратном направлении (электролиз). Анод аккумулятора при разрядке служит катодом при зарядке. Наиболее распространены свинцовый (кислотный) и железо-никелевый (щелочной) аккумуляторы. [c.225]

    В реализованных ХИТ используются электрохимические системы как с обратимыми, так и необратимыми электрохимическими реакциями. Если хотя бы на одном электроде окислительно-восстановительный процесс протекает необратимо, источник тока называется первичным химическим источником тока или элементом. Он обеспечивает непрерывный или прерывистый разряд до полного исчерпания запаса реагентов, участвующих в суммарной токообразующей реакции. Вторичные химические источники тока (перезаряжаемые ХИТ, аккумуляторы) создаются на основе систем с обратимо работающими электродами. При исчерпании запасенной емкости разряженный аккумулятор подвергают заряду от внешнего источника постоянного тока, в результате чего активные вещества приходят в исходное состояние. Большинство аккумуляторов допускает проведение большого числа зарядно-разрядных циклов (сотни и тысячи). [c.8]

    Электрокристаллизация включает процессы катодного или анодного электроосаждения в свою очередь последний процесс включает анодное образование окислов, гидроокисей и солей металлов на самом электроде, а также фазовые изменения, происходящие в анодных осадках, когда электронный переход приводит к окислению катионов. Феноменологически к этим процессам относятся осаждение металла, электрохимия первичных и вторичных электродов химических источников тока, за исключением газовых электродов, и основные процессы коррозии. При изучении кинетики этих процессов возникают разного рода проблемы, которые отличаются от проблем, изложенных в остальных разделах данной главы, поскольку невозможно рассматривать гетерогенную электродную реакцию как реакцию, скорость которой одинакова по всей поверхности электрода и к которой применим общий подход, развитый в разд. П. [c.303]

    Представленная в табл. 1.1 информация о характеристиках и особенностях химических источников тока разных электрохимических систем, первичных и вторичных, позволяет сравнить их возможности только в первом приближении. Детально особенности работы ХИТ разных электрохимических систем и все разнообразие изделий, стандартных и специальных серий, описываются в соответствующих главах. [c.18]

    Кислотные свинцовые аккумуляторы являются наиболее распространенными среди вторичных химических источников тока. Разнообразие их электрических и эксплуатационных параметров в зависимости от назначения обеспечивается прежде всего различием технологии и конструкции электродных пластин. [c.194]

    Группу щелочных аккумуляторов с окисно-никелевым электродом составляют вторичные химические источники тока трех систем никель-железный (сокращенно НЖ), никель-кадмиевый (сокращенно НК) и никель-цинковый. Последний обладает рядом существенных недостатков и прежде всего — малым сроком службы (меньше 200 циклов) и большим саморазрядом (до 90% за месяц), поэтому в настоящее время его не применяют. Одпако высокая удельная энергия никель-цинкового аккумулятора, достигающая 60 Вт-ч/кг, дает основания считать его перспективным в будущем. Что касается [c.203]

    Химический источник тока первичный (элемент) или вторичный (аккумулятор). Допускается знаки полярности не указывать [c.262]

    Химические источники тока, в основу действия которых положены практически обратимые электрохимические системы, называются аккумуляторами или вторичными элементами. Источники тока, действие которых основано на необратимых электрохимических системах, называются гальваническими или первичными элементами. [c.11]


    Химическими источниками тока (ХИТ) называются устройства, в которых химическая энергия при разряде за счет окислительно-восстановительных процессов превращается в электрическую. По характеру работы все известные разновидности ХИТ делятся на две группы гальванические элементы или первичные источники тока и электрические аккумуляторы или вторичные источники тока. [c.4]

    Все химические источники тока можно разделить на первичные источники, или гальванические элементы, и вторичные источники, или аккумуляторы. [c.9]

    Кислотные свинцовые аккумуляторы являются наиболее распространенными среди вторичных химических источников тока. Обладая сравнительно высокой удельной мощностью в сочетании с надежностью и относительно низкой стоимостью, эти аккумуляторы находят разнообразное практическое применение. Своей популярностью и широким масштабом производства они обязаны стартерным батареям, предназначенным для различных средств передвижения и прежде всего автомобилей. В этой области их монопольное положение устойчиво и сохранится долгое время. На базе свинцовых аккумуляторов комплектуется подавляющее большинство стационарных и значительная часть вагонных батарей. Успешно конкурируют с щелочными тяговые свинцовые аккумуляторы. [c.164]

    Срок службы химических источников тока определяется временем, в течение которого они сохраняют характеристики, регламентированные нормативно-технической документацией. Но для первичных и вторичных ХИТ он характеризуется по-разному. [c.13]

    Профессиональное микропроцессорное оборудование для отбора и тестирования первичных и вторичных химических источников тока с выводом информации на ПК. [c.147]

    Главные проблемы при организации эксплуатации вторичных химических источников тока, решение которых определяет эффективность их работы и длительный срок службы  [c. 196]

    Орлов С. Б., Суслов В. М., Тарасов В. П. Перспективы развития первичных и вторичных источников тока с анодами на основе лития // Материалы III Международного симпозиума «Приоритетные направления в развитии химических источников тока». Плес, 7-10 сент. 2004. С. 78-83. [c.256]

    Химические источники тока [10—12] принято подразделять на первичные и вторичные. Первичные источники тока обеспечивают требуемые характеристики, без предварительного заряда, вторичные—могут быть использованы лишь после их заряда. Вторичные химические источники тока называют также аккумуляторами. [c.50]

    Свинцовые аккумуляторы пользуются наибольшим спросом среди вторичных химических источников тока. Многообразие их электрических и эксплуатационных параметров в зависимости от назначения обеспечивается прежде всего различием технологии и конструкции электродных пластин. Наибольшее распространение получили стартерные аккумуляторы с пастиро-ванными пластинами, которые изучаются в предлагаемой лабораторной работе.[c.213]

    В развитии теоретической и прикладной электрохимии немалая роль принадлежит русским и советским ученым. Начало развитию электрохимии в России положили работы В. В. Петрова по электровосстановлению металлов из их окислов (1803). В 1805 г. Т Гротгус дал первое объяс-ТГениё механизма электролиза. Б. Я.коби предложил ряд конструкций химических источников тока и разработал метод гальванопластики (1837), что способствовало практическому использованию электролиза. Закономерности явления поляризации, впоследствии использованного для создания вторичных источников тока — аккумуляторов, были установлены в России Э. X. Ленцем и А. С. Савельевым (1842—1845). [c.255]

    ГОСТ 12.2.007.12—75 ССБТ. Источники тока химические. Требования безопасности. Распространяется на первичные и вторичные химические источники тока. Устанавливает требования безопасности к конструкции источников тока. [c.144]

    Аккумуляторы (вторичные химические источники тока) [16]. Если через электрохимическую цепь пропускается электрический ток, то он вызывает электрохимические изменения и электрическая энергия превращается в химическую. Если протекающие в элементе процессы обратимы, то, удаляя источник тока и соединяя электроды элемента проводником, можно обнаружить, что по проводнику будет итти ток, и получить электрическую энергию за счет накопленной химической энергии. Подобное устройство представляет собой вид аккумулятора или вторичного элемента . При заряжении аккумулятора электричеством в нем протекают определенные процессы, которые при разряде протекают в обратном направлении. Теоретически любой обратимый электрод должен быть способен аккумулировать электрическую энергию, но для практических целей большинство из них непригодно вследствие малой электрической емкости, неполной обратимости физических состояний содержащихся в них веществ, химических или других изменений, протекающих при хранении, и т. д. До настоящего времени лишь два типа аккумуляторов получили более или менее широкое применение, и поскольку оба они представляют собой окислительно-восстановительные системы (в широком смысле этих слов), теория их может быть рассмотрена здесь.[c.402]

    Химическими источниками тока (ХИТ) называются устройства, превращающие химическую энергию окислительно-восстановительных процессов в электрическую. Для такого превращения необходимо, чтобы окислительный и восстановительный процессы, связанные с изменением зарядов у электродов, были разделены пространственно и электроны проходили через в ещнюю цепь 1]. Процесс превращения химической энергии в электрическую в химическом источнике тока называется разрядом. По характеру работы все известные разновидности ХИТ подразделяют на гальванические элементы, или первичные источники тока, и электрические аккумуляторы, или вторичные источники тока. [c.5]

    Вторичные химические источники тока, или аккумуляторы (аккумуляторные батареи), создают на основе систем с обратимо работающими электродами и могут быть использованы многократно. Для этого разряженный аккумулятор подвергают заряду —поляризации от внешнего источника постоянного тока, при котором на положительном электроде реализуется анодная реакция окисления, а на отрицательном — катодная реакция восстановления. В результате активные вещества приходят в исходное. состояние. При переходе от разряда к заряду положительный электрод (катод) становится анодом, а отрицательный электрод (анод) — катодом. Такое чередование отражает сущность электрохимических реакций и делает нецелесообразным использование терминов катод и анод применителыно к аккумуляторным электродам. [c.13]

    Первая публикация об откоытии обратного тока принадлежит И. Риттеру (1803). Он пропускал ток через пластинки, разделенные влажными прокладками, добиваясь разложения воды, и после прекращения электролиза наблюдал ток обратного направления. А. Вольта объяснил эгот эффек накоплением на электродах водорода и кислорода. У. Гроув (1839) создал на этом принципе батарею, состоящую из элементов с платиновыми электродами и сернокислотным электролитом. При заряде (электролизе) на электродах образовывались кислород и водород, при разряде протекала обратная реакция синтеза воды. Батарея Гроува — первый опыт создания вторичного химического источника тока.[c.163]


урок по химии «Химические источники тока». Денис Жилин. Лекторий. Прямая речь.


Наши уроки химии – это увлекательные шоу с превращениями одного вещества в другие. Химия — наука, способная творить чудеса. Современные гаджеты и автомобили, аккумуляторы и лекарства, строительные конструкции и маски для лица – все это стало возможным благодаря достижениям химической науки. Химия — это нескучно!

Ваш учитель химии — Денис Жилин, кандидат химических наук, школьный учитель, руководитель Лаборатории химии Политехнического музея, автор школьных учебников. Разработчик детских развивающих игр из серии «Научные развлечения» («Юный химик», «Свет и цвет», «Азбука парфюмерии»). Разработчик компьютеризированного практикума по химии для вузов, национальный представитель России в комитете по химическому образованию ИЮПАК.

Информация о мероприятии:

— урок будет проходить в режиме онлайн — прямой эфир, без аудитории в зале,
— продолжительность — 55 минут, включая ответы на вопросы /время московское/.

Ответы на наиболее часто задаваемые вопросы про онлайн-трансляцию:

1) Вы приобретаете доступ к просмотру онлайн-трансляции в удобном для вас месте на вашем личном компьютере, планшете, мобильном устройстве. Приезжать для просмотра трансляции никуда не надо. Билет на онлайн-трансляцию не дает права на посещение мероприятия.

2) Смотреть трансляцию можно как в прямом эфире, так и позже — в удобное для вас время в течение 30 дней. В плеере трансляции доступны пауза и перемотка. Запись лекции нельзя будет скачать или скопировать.

3) После оплаты вы получите письмо со ссылкой на плеер трансляции. Одновременный доступ к просмотру трансляции с разных устройств по одной ссылке невозможен.

4) При возникновении проблем с просмотром трансляции:

— попробуйте открыть ссылку плеера в другом браузере,
— перезагрузите страницу (в Windows нажмите F5, в macOS — комбинацию command+R).

Мы рекомендуем перед участием в трансляции просмотреть тестовое видео. Если оно проигрывается в хорошем качестве, то и с просмотром трансляции будет все в порядке.

2. Электрический ток. Электрическая цепь. Гальванические элементы. Аккумуляторы

Электрический ток — направленное, упорядоченное движение электрических зарядов.

Электрические заряды могут быть разными. Это могут быть электроны или ионы (положительно или отрицательно заряженные).
Чтобы получить электрический ток в проводнике, надо создать в нём электрическое поле. Под действием поля электрические заряды начнут перемещаться, возникнет электрический ток.

 

Обрати внимание!

Условия существования электрического тока:

• наличие свободных электрических зарядов;
• наличие электрического поля, которое обеспечивает движение зарядов;
• замкнутая электрическая цепь.
Электрическое поле создают источники электрического тока.

Источник тока — это устройство, в котором происходит преобразование какого-либо вида энергии в электрическую энергию.

В любом источнике тока совершается работа по разделению положительно и отрицательно заряженных частиц, которые накапливаются на полюсах источника.

 

Существуют различные виды источников тока:

  

• Механический источник тока — механическая энергия преобразуется в электрическую энергию. Сюда относятся: электрофорная машина, динамо-машина, генераторы.


 

Рис. \(1\). Электрофорная машина

 

Диски электрофорной машины приводятся во вращение в противоположных направлениях. В результате трения щёток о диски на кондукторах машины накапливаются заряды противоположного знака.

 

• Тепловой источник тока — внутренняя энергия преобразуется в электрическую энергию.

 

 

 

Рис. \(2\). Тепловой источник тока

 

К нему относится термоэлемент. Две проволоки из разных металлов спаяны с одного края. Затем место спая нагревают, тогда между другими концами этих проволок появляется напряжение.

 

• Световой источник тока — энергия света преобразуется в электрическую энергию. Сюда относится фотоэлемент.


 

Рис. \(3\). Световой источник тока

 

При освещении некоторых полупроводников световая энергия превращается в электрическую. Из фотоэлементов составлены солнечные батареи.

 

• Химический источник тока — внутренняя энергия преобразуется в электрическую в результате протекающих химических реакций.
Примером такого источника является гальванический элемент. 

 

 

Рис. \(4\). Химический источник тока

 

Угольный стержень У (с металлической крышкой М) помещают в полотняный мешочек, наполненный смесью оксида марганца с углём С, а затем  в цинковый сосуд Ц. Оставшееся пространство заполняют желеобразным раствором соли Р. При протекании химической реакции цинк заряжается отрицательно (отрицательный электрод), а угольный стержень — положительно (положительный электрод). Между заряженным угольным стержнем и цинковым сосудом возникает электрическое поле.

Из нескольких гальванических элементов можно составить батарею.

 

 

Рис. \(5\). Батарея гальванических элементов

 

Источники тока на основе гальванических элементов применяются в бытовых автономных электроприборах, источниках бесперебойного питания. Они являются одноразовыми. В быту часто используют батарейки, которые можно подзаряжать многократно. Их называют аккумуляторами.

 

 

 

Рис. \(6\). Аккумуляторы

 

Простейший аккумулятор состоит из сосуда, наполненного слабым раствором серной кислоты в воде, в который опущены две свинцовые пластины (электроды). Чтобы аккумулятор стал источником тока, его надо зарядить. Если обе пластины соединить с полюсами какого-либо источника электрической энергии, то электрический ток, проходя через раствор, зарядит один электрод положительно, а другой — отрицательно. Такие аккумуляторы называют кислотными или свинцовыми. Кроме них ещё существуют щелочные или железоникелевые аккумуляторы. В металлогидридных аккумуляторах отрицательный электрод состоит из порошкообразного железа, а положительный из гидроокиси никеля с добавками графита и окиси бария. Электролитом служит раствор едкого калия с добавками моногидрата лития. 
Аккумуляторы используют в автомобилях, электромобилях, сотовых телефонах, железнодорожных вагонах и даже на искусственных спутниках Земли.
Наряду с источниками тока существуют различные потребители электроэнергии: лампы, пылесосы, компьютеры и многие другие.

 

Элементы электрической цепи:

  • источник напряжения;
  • потребители: резисторы, лампы, реостат…
  • измерительные приборы: вольтметр, амперметр, ваттметр, омметр;
  • соединительные провода;
  • ключи для размыкания и переключения цепи.

Для поддержания электрического тока в цепи необходимы источники электрической энергии: источники электрического тока, источники электрического напряжения.

Источник ЭДС (идеальный источник напряжения) — двухполюсник, на зажимах которого электродвижущая сила (и напряжение) всегда поддерживается постоянным значением.

Источник электрического тока — двухполюсник, создающий ток постоянного значения, не зависящего от значения сопротивления на подключенной нагрузке. Внутреннее сопротивление такого источника приближается к бесконечности.

 

Необходимое условие существования тока  — замкнутая цепь! Это означает, что все элементы цепи должны быть проводниками электричества и в цепи не должно быть разрывов. В случае размыкания цепи ток прекращает течь. Именно размыкание цепи и лежит в основе работы всех реле, кнопок и выключателей.

  

Порядок сборки электрической цепи указывается на специальном чертеже, который принято называть схемой.

  

 

Рис. \(7\). Схема 

 

Приборы на схемах обозначают условными знаками. Вот некоторые из них:


Таблица 1. Некоторые приборы и их обозначения

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Источники:

Рис. 2. Тепловой источник тока. © ЯКласс.
Рис. 3. Световой источник тока. © ЯКласс.
Рис. 4. Химический источник тока. © ЯКласс.
Рис. 5. Батарея гальванических элементов. © ЯКласс.

http://www.fizika.ru/kniga/index.php?mode=paragraf&theme=09&id=9010
http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669ba06a-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/3_8.swf

Электрический Химические источники — Энциклопедия по машиностроению XXL

Химические источники тока (ХИТ) или, точнее, химические источники электрической энергии, были первыми системами, способными генерировать в течение достаточно длительного времени устойчивую по характеристике электрическую энергию в виде постоянного тока низкого напряжения.  [c.82]

К ингибиторам, предназначенным для использования в ХИТ,, помимо общих требований, предъявляется ряд специальных. В химических источниках тока защита от коррозии обеспечивается преимущественным торможением частной катодной реакции. Анодная реакция в присутствии ингибитора не должна или почти не должна замедляться. Эффективность работы другого электрода ХИТ (катода) не зависит от присутствия ингибитора, т. е. электрические, характеристики не ухудшаются при введении ингибитора и не являются функцией его концентрации. Ингибитор не восстанавливается и не окисляется даже при наиболее отрицательных и наиболее-положительных потенциалах рабочих электродов ХИТ, т. е. не подвергается электрохимическим превращениям с потерей ингибирующей способности.  [c.83]


Химические источники тока служат для превращения химической энергии самопроизвольной реакции в электрическую (рабочую) энергию и теплоту. Например, в элементе Даниеля (рис. 1,4) используется химическая энергия реакции  [c.14]

Химические источники 356 Электрический ток в электролитах 354 Электрическое поле 330  [c. 557]

В качестве источников электрической энергии на летательных аппаратах применяются авиационные генераторы постоянного и переменного тока и химические источники тока.  [c.226]

Аккумуляторная батарея. Аккумулятором называют химический источник электрической энергии, в котором при прохождении по нему электрического тока происходит преобразование электрической энергии в химическую. В это время аккумулятор заряжается и в нем запасается химическая энергия. При подключении к зажимам аккумулятора потребителей происходит его разряд. Во время разряда химическая энергия преобразуется в электрическую.  [c.67]

Химические источники электрического тока  [c.318]

Химические источники электрического тока представляют устройства, в которых происходит непосредственное преобразование химической энергии в электрическую. Они подразделяются на гальванические элементы, топливные элементы и аккумуляторы.  [c. 318]

Аккумуляторами называются химические источники электрического тока, основанные на обратимых электрохимических процессах, способные многократно накапливать в себе электрическую энергию, получаемую от внешнего источника, сохранять ее в течение определенного времени и затем по мере надобности отдавать обратно во внешнюю цепь.  [c.318]

Процесс превращения электрической энергии в химическую в химическом источнике тока называется зарядом. Процесс превращения химической энергии в электрическую в химическом источнике тока называется разрядом.  [c.13]

Указанное выше, наряду с другими причинами, затянет на многие годы замену в эксплуатации автомобилей электромобилями. Поэтому работы по уменьшению выброса в атмосферу городов и промышленных центров токсичных компонентов автомобилями и двигателями внутреннего сгорания являются весьма актуальными и неотложными. Так как стоимость и весовые показатели химических источников энергии не позволят в течение ближайших 10-15 лет перевести на электрическую тягу большое количество автомобилей, то целесообразно, наряду с работами по уменьшению токсичности отработавших газов автомобилей, расширить проводимые в последнее время под руководством профессора И. Л. Варшавского работы по созданию уже несколько лет пропагандируемой мной для автомобилей комбинированной энергосиловой установки (КЭСУ), в которой совместно используются двигатель внутреннего сгорания малой мощности в стационарном режиме и буферная аккумуляторная батарея.  [c.398]


Принцип действия свинцового аккумулятора. Свинцовый аккумулятор является химическим источником тока. В общем случае химические источники тока характеризуются тем, что электрическая энергия для питания потребителей возникает в результате преобразования химической энергии в электрическую внутри источника. Процесс преобразования химической энергии в электрическую происходит при разряде аккумулятора через внешнюю цепь в результате протекающих в нем химических реакций. Он может продолжаться до тех пор, пока в процессе реакций не будут израсходованы активные вещества.  [c.6]

Для многих современных машин и аппаратов требуются автономные источники электрической энергии. Ими служат химические источники тока (ХИТ), производство которых стало важной отраслью электротехнической промышленности.  [c.107]

Химические источники тока — устройства, в которых химическая энергия окислительно-восстановительных реакций превращается в электрическую. Состоят из одного или нескольких гальванических элементов.  [c.107]

Последовательное расположение металлов по значению их стандартных потенциалов называется электрохимическим рядом напряжений. Более отрицательные значения потенциалов соответствуют большей способности металлов вступать в химические реакции. Чем дальше один от другого в ряду напряжений расположены металлы, тем большую ЭДС можно от них получить. При замыкании внешней цепи электродов возникает электрический ток. На этом основан принцип действия химических источников электрической энергии — гальванических элементов.  [c.13]

Основными электрическими параметрами стартерных аккумуляторных батарей являются ЭДС, напряжение, мощность и емкость. ЭДС химического источника тока представляет собой разность электродных потенциалов при разомкнутой внешней цепи. ЭДС Е свинцового аккумулятора зависит от химических свойств активных веществ. Температура мало влияет на величину ЭДС. При работе аккумулятора ЭДС меняется вследствие изменения концентрации серной кислоты в электролите, т. е. изменения плотности электролита. Она не зависит от количества заложенных в аккумулятор активных материалов и от геометрических размеров электродов и увеличивается пропорционально числу последовательно включенных аккумуляторов.  [c.64]

Свинцово-кислотная аккумуляторная батарея является вторичным химическим источником постоянного тока. Прежде чем она будет отдавать электрическую энергию, ее необходимо зарядить — сообщить ей определенное количество электрической энергии. На автомобилях применяют стартерные аккумуляторные батареи, конструкция которых позволяет разряжать их токами, в 3—5 раз превышающими их номинальную емкость.  [c.89]

В качестве ПИП для РЭА используют сети переменного тока, химические источники тока (ХИТ) (автономные одноразовые гальванические элементы, батареи и аккумуляторы, преобразователи внутренней химической энергии вещества в электрическую), термо-и фотоэлектрические преобразователи энергии, а также акустические, топливные, биологические, атомные и другие типы преобразователей.  [c.27]

Для питания потребителей при неработающем двигателе, а также когда сила тока, потребляемая потребителями, превышает максимальную для генератора, используют химический источник постоянного тока — аккумуляторную батарею, в которой химическая энергия превращается в электрическую. Характерной особенностью аккумуляторных батарей является их способность вырабатывать ток и после разряда, если через них пропустить постоянный ток в обратном направлении в течение определенного времени.  [c.114]

Аккумулятор является химическим источником электрической энергии, способным накапливать в себе электрическую энергию от постороннего источника тока, а затем отдавать ее во внешнюю цепь.  [c.100]

Источником энергии в общем случае может быть работа электрических, химических и ядерных сил. В нашем случае работа производится внешними силами Р/г и силами давления и внутреннего трения, характеризуемыми тензором давления Поскольку расчет ведется на единицу объема среды и на единицу времени, работа сил будет равна произведению сил на скорость.  [c.15]


Процесс превращения в химическом источнике тока электрической энергии в химическую называется зарядом, а химической энергии в электрическую — разрядом.  [c.10]

С целью защиты от воздействия щелочи и электрического тока, а также комплекса механических воздействий корпуса химических источников тока защищают различными материалами и способами никелированием с изоляцией резиновым чехлом, окраской эпоксидной эмалью с последующей оклейкой капроновой тканью, чехлами из фторопласта-4. Достаточно отметить, что полный цикл изоляции некоторых изделий составляет 2-3 суток.  [c.38]

К классу 3 относятся решающие электрические блоки, электри-[ ческие Машины, электротехнические устройства, электровакуумные изделия, химические источники тока, электроугольные изделия, К оптические, акустические и тепловые приборы, г К классу 4 относятся механические приборы, ящики приборные,  [c.27]

Основные источники тепла нагревают металл под сварку или огневую резку. Вспомогательные источники, здесь не рассматриваемые, используются для предварительного, сопутствующего или последующего подогрева металла, например, для того чтобы улучшить структуру, уменьшить напряжения, предотвратить образование трещин и т. д. Тепло для нагрева получают за счет превращения в тепловую различных видов энергии электрической, химической, механической, лучистой, атомной и т. д.  [c.57]

Форма энергии, применяемой в источнике энергии для сварки (электрическая, химическая и др.), как классификационный признак не используется, так как он характеризует главным образом не процесс, а оборудование для сварки.  [c.22]

Аккумуляторами называются химические источники электрической энергии, принцип действия которых основан на использовании обратимых химических реакций. Аккумулятор представляет собой накопитель энергии, характеризующийся такими параметрами как ЭДС, напряжение, сопротивление, емкость, отдача, саморазряд и срок службы.  [c.385]

Аккумуляторная батарея — химический источник электрического тока, поэтому на стенах помещения много плакатов с описанием приемов оказания первой помощи при ожогах кислотой, попадании щелочи в глаза или на кожу. В двух местах висят большие аптечки с медикаментами — таковы требования техники безопасности. Ремонт аккумуляторов — производство вредное. Работающие здесь носят специальную защитную одежду и обувь и имеют ряд льгот им полагается дополнительный отпуск, они получают бесплатно молоко.  [c.69]

Выбирают химический источник для питания аппаратуры по следующим электрическим параметрам ЭДС, напряжению, нестабильности напряжений в процессе  [c.15]

Для стационарной аппаратуры таким источником является электрическая сеть переменного тока общего назначения и реже система резервного аварийного электропитания, для самолетов и вертолетов — это генераторы переменного, реже постоянного тока, которые приводятся во вращение маршевыми двигателями самолета, редуктором несущего винта вертолета или автономной силовой установкой, для корабля — это бортовая генераторная установка н береговая сеть, для автономного устройства — химический источник электрической энергии постоянного тока.  [c.20]

С — емкость конденсатора, емкость химического источника тока с — относительное отклоне-нение выходного тока вверх от номинального Е — э. д. с., действующее значение напряженность электрического поля  [c.5]

Очевидно, однако, что ни одна из рассмотренных возможностей не монщт быть использована применительно к анодам ХИТ, так как во всех этих случаях резко замедляется анодный процесс, что приводит к ухудшению электрических характеристик источников тока. В химических источниках тока наиболее перспективным представляется применение в качестве ингибиторов солей тяжелых металлов — ртути, свинца, кальция, таллия и некоторых других, защитное действие которых связано [192 2561 с тем, что на них перенапряжение водорода заметно выше, чем на защищаемых металлах — железе и цинке (табл. 20).  [c.85]

Наконец, обсудим место лазеров на динамических решетках в квантовой электронике. Первые квантовые генераторы оптического диапазона, созданные уже более 25 лет назад, использовали для усиления явления вынужденного излучения света в среде с инвертированной населенностью (рубин [1], газовые смеси [2]). Активная среда в этих лазерах становилась усиливающей под действием стороннего источника накачки (оптического,, электрического, химического и т.д.), создающего в среде инверсию. Однако достаточно скоро появились также генераторы, использующие нелинейнооптические процессы усиления — вынужденные рассеяния [3] и параметрические многоволновые взаимодействия [4] ). Необходимым условием их реализации было использование для накачки оптического излучения с достаточной степенью монохроматичности.  [c.258]

По рассмотренным примерам сборочных блоков для сопряжения двух деталей, представляющих собой твердые тела, нетрудно представить себе и блоки для операций, связанных с сыпучими телами или жидкостями. Эти операции очень часто встречаются при сборке и как самостоятельные (засыпка угольного порошка в телефонные капсули, заливка ртути в ртутные контакты, заливка кислот или щелочей в аккумуляторы и химические источники и т.д.), и как вспомогательные при изготовлении комбинированных, например, армированных пластмассовых деталей (засыпка пластмасс при опрессовке деталей в металлопластмассовых деталях, заливка различных масел и смол для крепления и герметизации и т. п.). Блоки для этих операций по устройству и кинематике обычно совершенно аналогичны рассмотренным ранее блокам с двухсторонней центрирующей матрицей. Деталь, подлежащая засыпке или заливке и поступающая в нижний проем блока инструмента, перемещением вверх вводится в нижнее очко этой матрицы до упора в ее торец. Верхнее очко, которое может быть выполнено в виде приемной воронки с достаточно широким раструбом, служит для приема сыпучего или жидкого материала, поступающего непосредственно из дозатора или из питающего транспортного ротора. Так же, как и в роторах для сборки твердых тел, при засыпке и заливке в условиях автоматических линий необходим контроль наличия или уровня жидкости или сыпучей массы. Контроль уровня сыпучей массы выполняется (аналогично размерному контролю) посредством верхнего пуансона. Контроль же наличия и уровня жидких материалов требует применения либо непосредственно электрических датчиков, либо (для непроводя-248  [c.248]


Для преобразования различных видов энергии в электрическую используются специальные преобразователи. В автомобильной технике широко применяются механические генераторы (динамомашнны) и химические источники тока — аккумуляторы.  [c.117]

ППМ широко применяются в прикладной химии в качестве пористых электродов, химических источников тока. Примером могут служить пористые электроды никелькадмиевых аккумуляторов, никелевые пористые пластины для создания щелочных батарей. Большой интерес представляет использование пористых электродов в электрохимических генераторах (топливных элементов) при преобразовании химической энергии топлива непосредственно в электрическую.  [c.228]

Электрическим, аккумулятором (элементом) называется химический источник тока, способный накапливать (аккумулировать) подведенную к нему при заряде электрическую энергию и при необходимости отдавать эту энергию во внешнюю цепь. Аккумуляторные батареи, установленные на тепловозах, предназначены для питания током тягового генератора при пуске дизеля, цепей управления и освещения при неработающем вспомогательном генераторе, а также для питания обмотки возбуждения вспомогательного генератора до перехода его на самовозбуждение. После включения в работу вспомогате льныц генератор питает все низковольтные цепи тепловоза и одновременно заряжает аккумуляторную батарею.  [c.88]

Аккумулятором называется химический источник электрической энергии, способный накапливать в себе электрическую энергию от постороннего источника тока, а затем отдавать ее во внешнюю цепь. В заряженном свинцовом аккумуляторе (см. рис. 33, а) положительный электрод + (положительная пластина) состоит из перекиси свинца РЬОг, а отрицательный — (отрицательная. пластина) из чистого свинца РЬ. Электролитом служит раствор серной кислоты в воде. Растворенная кислота диссоциирует на положительные ионы водорода 2Н+ и отрицательные ионы кислотного остатка 504. Под действием серной кислоты пластины начнут растворяться. При растворении перекиси свинца на пластинах остаются положительные ионы свинца РЬ++++, отчего пластина получает положительный потенциал. При растворении чистого свинца пластина получает отрицательный потенциал, так как в раствор переходят положительные ионы свинца, а на пластинах остаются избыточные электроны. В результате между положительной и отрицательной пластинами возникает разность потенциалов, или, что то же самое, э. д. с. При подключении к выводным зажимам пластин потребителей тока под действием э. д. с. во внешней цепи начнется движение избыточных электронов от отрицательной пластины к положительной (ток пойдет от положительной пластины к отрицательной). Внутри аккумулятора ток будет направлен от отрицательной пластины к положительной. При этом отрицательные ионы кислотного остатка 5О4 будут переносить электроны к отрицательной пластине, а положительные ионы водорода Н+, двигаясь к положительной пластине, будут по-86  [c.86]

Дальнейшее развитие современной техники невозможно без совершенствования свойств и получения новых видов материалов из углерода. Это связано с возрастающими требованиями к качественным сталям, электрощеткам для электрических машин новых типов, конструкционным жаропрочным материалам, химическим источникам тока.  [c.7]

Аккумуляторные батареи и отдельные аккумуляторы характеризуются целым рядом показателей, из кот( пых наиоо ьшее практическое значение имеют электродвижущая сила (э. д. с.), напряжение, электрическая емкость и срок службы. Электродвижущая сила любого химического источника тока зависит от химических свойств материалов, из которых изготовлены электроды, и концентрации ионов этих материалов в электролите. Концентрация ионов свинца в растворе серной кислоты , свиниово-кислотш. м аккумуляторе зависит от концентрации серной кислоты в электролите (плотности электролита), а его химические свойства не изменяются. Поэтому практически э. д. с. аккумулятора находится в линейной зависи.мости от плотности электролита и может быть определена по простой эмпирической формуле  [c.122]

На отечественных тракторах и автомобилях применяют стартерные свинцовокислотные аккумуляторные батареи. Аккумуляторная батарея — это химический источник тока многократного действия, который необходимо предварительно заряжать. В процессе зарядки аккумуляторы получают определенное количество электрической энергии от источника постоянного тока. При этом происходит превращение электрической энергии в химическую. В процессе разрядки происходит обратное превращение, и потребители получают электрическую энергию.  [c.173]

ИНОГО знака. В результате энергия переносится от тел, имеющих более высокую температуру, к телам, имеющим более низкую температуру. Это явление и называется передачей тепла излуче-1П1ем. В том случае, когда теплоемкости тел ограничены и посторонние источники энергии отсутствуют, теплопередача излучением приводит к постепенному выравниванию температ р рзаимодей-ствующих тел. Нужно заметить, что, помимо температурного эффекта, тепловое излучение может оказывать на некоторые специальные приемники еще механическое, электрическое, химическое действие. Поэтому, например, возможно фотографирование невидимых объектов, имеющих неоднородную температуру. Однако такого рода вопросами мы заниматься не будем.  [c.171]

Химические источники тока используют в автономной переносной аппарату ре и аппаратуре подвижных объектов Химическими источниками электроэнергии (или просто тока) называются устройства, превращающие химическую энергию окислительно-восстановительных процессов в электрическую. По характеру работы их подразделяют на гальванические элементы, или первичные источники тока и электрические аккумуляторы или вторичные источники тока. Гальванические элементы допускают лишь однора-зсвое использование заключенных в них активных  [c.13]

Энергию могут создавать только первичные источники энергии — зода, ветер, солнце, пар, химическая реакция, атомный распад, топливо, мышцы и др. Электропитающие источники, преобразующие энергию первичных источников в электрическую, называются источниками первичного электропитания (ИПЭП). К ним относятся, например, вращающиеся генераторы с приводом от паровой турбины, ветряного или бензинового двигателей гальванические элементы солнечные и атомные батареи.  [c.10]

Химический источник тока (ХИТ) устройство, в котором хими-. ческая энергия заложенных в нем активных веществ непосредственно преобразуется в электрическую энергию при протекании электрохимических реакций.  [c.19]


Произошла ошибка при установке пользовательского файла cookie

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.


Настройка вашего браузера для приема файлов cookie

Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:

  • В вашем браузере отключены файлы cookie. Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
  • Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, нажмите кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
  • Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
  • Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie. Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
  • Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.

Почему этому сайту требуются файлы cookie?

Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.


Что сохраняется в файле cookie?

Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.

Как правило, в файле cookie может храниться только информация, которую вы предоставляете, или выбор, который вы делаете при посещении веб-сайта. Например, сайт не может определить ваше имя электронной почты, пока вы не введете его. Разрешение веб-сайту создавать файлы cookie не дает этому или любому другому сайту доступа к остальной части вашего компьютера, и только сайт, который создал файл cookie, может его прочитать.

Chemistry News — ScienceDaily

Дикое синее чудо: рентгеновский луч исследует белок пищевого красителя

2 декабря 2021 г. — Натуральный пищевой краситель под названием фикоцианин придает безалкогольным напиткам веселый ярко-синий оттенок, но на полках продуктовых магазинов он нестабилен. Синхротрон помогает стабилизировать …


Модели качества воздуха могут повысить точность прогнозов суточного производства солнечной энергии в будущем

2 декабря 2021 г. — Расширение использования возобновляемых источников энергии предъявляет повышенные требования к электросетям.Точные прогнозы количества солнечной энергии, которая будет подаваться в сеть, является ключом к эффективной энергии …


Поскольку движение в Лос-Анджелесе замедлилось из-за пандемии, исследователи получили новое представление о загрязнении воздуха

30 ноября 2021 года — автомобильные выхлопные трубы выбрасывают молекулы аммиака, вредного загрязнителя воздуха, который может приводить к тысячам преждевременных смертей ежегодно. Новое исследование показывает, что автомобили могут производить намного больше этих …


Преобразование жизненного цикла пластика в круг

Ноябрь30 января 2021 г. — Новое исследование дает представление о масштабах производства пластика во всем мире с высоты птичьего полета, отслеживая, где он производится, где он заканчивается, а также с точки зрения окружающей среды …


Исследования подталкивают автомобильную промышленность к очистке автомобилей, работающих на топливных элементах с прямым этанолом

29 ноября 2021 г. — Исследования в области альтернативных источников энергии намечают путь к массовому внедрению экологически чистых автомобилей, работающих на прямом топливе этанолом …


Исследователи открывают путь к органическим светящимся в темноте материалам

Ноябрь29 января 2021 г. — Вскоре органические материалы могут быть использованы для производства светящихся в темноте продуктов, что может способствовать диверсификации и расширению отрасли, которая уже оценивается в 400 миллионов долларов США, благодаря новым …


«Super Jelly» может выжить после наезда автомобилем

25 ноября 2021 г. — Исследователи разработали желеобразный материал, который может выдержать эквивалент стоящего на нем слона и полностью восстановиться до своей первоначальной формы, даже если это 80% …


Новый способ производства электроэнергии из отходящего тепла: использование антиферромагнита для твердотельных устройств

Ноябрь24 февраля 2021 г. — Исследователи обнаружили гигантский термоэлектрический эффект в антиферромагнетике. Исследование неожиданно показывает, что антиферромагнетики могут иметь такое же значение аномального эффекта Нернста, как …


Микробы могут обеспечить нефтехимическую промышленность экологически чистыми углеводородами

23 ноября 2021 г. — Нефтехимическая промышленность превращает нефть и газ в прекурсоры, используемые для синтеза смазочных материалов и других важных продуктов. Химики показывают, что бактерии могут быть метаболически модифицированы, чтобы производить аналогичные…


AI Используется для оптимизации свойств нескольких проточных батарей одновременно

23 ноября 2021 г. — Чтобы найти правильные молекулы батареи, исследователи обратились к силе искусственного интеллекта для поиска в огромном химическом пространстве, состоящем из более чем миллиона молекул, и оптимизации для нескольких …


Исследователи разрабатывают новый подход к наночастицам, останавливающим внутреннее кровотечение

23 ноября 2021 г. — Исследователи разработали уникальный способ модификации поверхности наночастиц в составе жизненно важных лекарств для создания инфузий, которые можно вводить быстрее, но с меньшим риском…


Бесплатные экологические услуги могут значительно снизить выбросы

23 ноября 2021 г. — Использование налогов на выбросы углерода для финансирования бесплатной зеленой электроэнергии и общественного транспорта может значительно сократить выбросы парниковых газов отдельными домохозяйствами, как показало новое исследование. Предоставляя эти …


Химические исследователи изобрели бионефть для экологически чистых материалов

23 ноября 2021 г. — Исследователи разработали химическую технологию комбинированной ферментации и химической очистки, которая позволяет производить жидкости, похожие на нефть, из возобновляемых источников.Эти возобновляемые жидкости могут служить …


Химия: исследователи разрабатывают новые недорогие катализаторы, способствующие химии благородных металлов

23 ноября 2021 г. — Алкины находят множество применений в промышленности. До сих пор считалось, что катализаторы на основе золота или платины абсолютно необходимы для определенных химических реакций с алкинами. Химики теперь преуспели …


Новый процесс делает каждый атом важнее для устойчивого производства катализаторов

Ноябрь23 февраля 2021 г. — Ученые открыли новый процесс разбиения металла на атомы для производства гетерогенных катализаторов без каких-либо химических отходов, что приведет к новым устойчивым способам производства и использования …


Изменение климата: до геоинженерии, некоторая фундаментальная химия

22 ноября 2021 г. — Новое исследование изучает химический состав предложения по ограничению воздействия изменения климата — создания солнцезащитного козырька в верхних слоях атмосферы из серной кислоты — и обнаруживает, что есть еще много работы…


Путь к «зеленому аммиаку» открыт в комбинированном экспериментальном и вычислительном исследовании

22 ноября 2021 г. — Комбинированное экспериментальное и вычислительное исследование показывает многообещающие результаты для нового класса катализаторов, производящих аммиак при мягких …


Тайна новых высокоэффективных материалов для солнечных батарей раскрыта с потрясающей четкостью

22 ноября 2021 г. — Исследователи использовали ряд методов микроскопии, чтобы понять, почему перовскитовые материалы кажутся такими устойчивыми к дефектам…


Как сахаролюбивые микробы могут помочь в создании автомобилей будущего

22 ноября 2021 г. — Это похоже на современную алхимию: превращение сахара в углеводороды, содержащиеся в бензине. Но именно это и сделали ученые. Исследователи сообщают об использовании чудес биологии и …


Квантовые точки перестают мигать

22 ноября 2021 г. — Квантовые точки имеют множество возможных применений, но они ограничены своей тенденцией мигать через случайные промежутки времени.Химики придумали способ контролировать это нежелательное мигание без …


Четверг, 2 декабря 2021 г.

Вторник, 30 ноября 2021 г.

Понедельник, 29 ноября 2021 г.

Четверг, 25 ноября 2021 г.

Среда, 24 ноября 2021 г.

23 ноября 2021 г., вторник

Понедельник, 22 ноября 2021 г.

пятница, 19 ноября 2021 г.

Четверг, 18 ноября 2021 г.

Среда, 17 ноября 2021 г.

16 ноября 2021 г., вторник

Понедельник, 15 ноября 2021 г.

пятница, 12 ноября 2021 г.

Четверг, 11 ноября 2021 г.

10 ноября 2021 г., среда

9 ноября 2021 г., вторник

понедельник, 8 ноября 2021 г.

пятница, 5 ноября 2021 г.

Четверг, 4 ноября 2021 г.

Среда, 3 ноября 2021 г.

Пятница, 29 октября 2021 г.

Четверг, 28 октября 2021 г.

Среда, 27 октября 2021 г.

26 октября 2021 г., вторник

Понедельник, 25 октября 2021 г.

Суббота, 23 октября 2021 г.

Пятница, 22 октября 2021 г.

Четверг, 21 октября 2021 г.

19 октября 2021 г., вторник

Понедельник, 18 октября 2021 г.

пятница, 15 октября 2021 г.

Четверг, 14 октября 2021 г.

13 октября 2021 г., среда

Вторник, 12 октября 2021 г.

Понедельник, 11 октября 2021 г.

Пятница, 8 октября 2021 г.

Четверг, 7 октября 2021 г.

Среда, 6 октября 2021 г.

5 октября 2021 г., вторник

Разъяснение

PFAS | Агентство по охране окружающей среды США

EPA стремится предоставить американскому обществу значимую, понятную и полезную информацию о PFAS.Информация, представленная здесь, предназначена для объяснения некоторой важной исходной информации, необходимой для понимания деталей конкретных действий, предпринимаемых EPA в отношении PFAS, и других возникающих событий, связанных с PFAS. Он охватывает следующие темы:

  1. Наше текущее понимание рисков для здоровья человека и окружающей среды PFAS
  2. Повышение нашего понимания рисков для здоровья, связанных с PFAS, и способов борьбы с ними
  3. Значимые и достижимые действия, которые могут быть предприняты для снижения риска

Что изучило EPA

  • ПФАС — широко используемые химические вещества длительного действия, компоненты которых со временем разрушаются очень медленно.
  • Из-за их широкого использования и стойкости в окружающей среде многие ПФАС обнаруживаются в крови людей и животных во всем мире и в небольших количествах присутствуют в различных пищевых продуктах и ​​в окружающей среде.
  • PFAS обнаружены в воде, воздухе, рыбе и почве по всей стране и по всему миру.
  • Научные исследования показали, что воздействие некоторых ПФАС в окружающей среде может быть связано с вредными последствиями для здоровья людей и животных.
  • Существуют тысячи химикатов PFAS, и они встречаются во многих различных потребительских, коммерческих и промышленных товарах. Это затрудняет изучение и оценку потенциальных рисков для здоровья человека и окружающей среды.
  • Узнайте больше о нашем текущем понимании PFAS.

То, что мы еще не до конца понимаем

  • Исследователи и партнеры EPA по всей стране прилагают все усилия, чтобы ответить на важные вопросы о PFAS:
    • Как лучше и эффективнее обнаруживать и измерять ПФАС в воздухе, воде, почве, рыбе и дикой природе
    • Сколько людей подвергаются воздействию PFAS
    • Насколько вредны ПФАС для людей и окружающей среды
    • Как удалить ПФАС из питьевой воды
    • Как обращаться с PFAS
    • и утилизировать его

Основная концепция: зеленый аммиак может обеспечить безопасные для климата способы хранения энергии и удобрения ферм

Сдерживание изменения климата идет рука об руку с декарбонизацией производства энергии.Но как сообщества могут продолжать удовлетворять мировой спрос на электроэнергию, не выбрасывая больше CO 2 ? Кадры химиков говорят, что один раствор может скрываться в маловероятном источнике: аммиаке — едком, прозрачном, богатом азотом газе или жидкости, которые чаще всего используются в качестве сельскохозяйственных удобрений. Большая часть производимого в мире аммиака идет на сельскохозяйственные культуры, а остальная часть попадает в пластмассы, взрывчатые вещества, ткани и другие материалы.

Аммиак привлекателен как средство хранения и транспортировки энергии, и он может предложить способ упаковки и хранения водорода.Но традиционный процесс производства аммиака на таких заводах, как этот, включает выделение водорода из углеводородов в ископаемом топливе и, следовательно, приводит к выбросам CO 2 . Изображение предоставлено: Shutterstock / saoirse2013.

Но для исследователей, ищущих углеродно-нейтральную энергию, аммиак является привлекательным топливом. Сделанный из азота и водорода, он горит, не выделяя углерода. [В 2014 году японские исследователи представили первую турбину, работающую на сжигании аммиака (1).] Аммиак также привлекателен как способ хранения энергии, которая транспортируется от места производства к месту, где она необходима.Некоторые исследователи говорят, что аммиак можно использовать для упаковки и хранения водорода, который можно легко выделить из жидкости или газа и использовать в топливных элементах.

И все же, если аммиак хочет помочь решить глобальную головоломку с огромными выбросами углерода, остается несколько проблем. Обычный процесс производства аммиака включает выделение водорода из углеводородов в ископаемом топливе, часто метана, который добавляет CO 2 в атмосферу. По некоторым оценкам, на производство аммиака приходится примерно 2% использования ископаемого топлива во всем мире и выделяется более 400 миллионов тонн CO 2 , что составляет более 1% от общих годовых глобальных выбросов парниковых газов.Эти цифры вряд ли упадут: согласно прогнозам, спрос на аммиак в сельском хозяйстве в ближайшие несколько десятилетий вырастет вдвое. Кроме того, в большинстве случаев применения аммиака могут запускаться побочные реакции с образованием соединений оксида азота, которые являются мощными парниковыми газами, улавливающими больше тепла, чем CO 2 . Двигатели, работающие на аммиаке, потребуют каталитических систем, подобных тем, которые давно используются на других электростанциях для улавливания и повторного использования этих газов, отмечает Дуглас Макфарлейн из Университета Монаша в Мельбурне, Австралия.

Даже если он сделан без углерода, с аммиаком нужно обращаться осторожно, чтобы не допустить ухудшения климата другими способами. Большая часть азота, содержащегося в современных удобрениях на основе аммиака, попадает в сток; если, например, слишком много рыбы окажется в ручье, это может вызвать массовую гибель рыбы. Денитрификация — часть азотного цикла, в котором почвенные микробы превращают нитриты и нитраты в газ — может производить оксиды азота.

Также необходимо решить проблемы безопасности. Аммиак опасен при вдыхании.По словам Макфарлейна, если аммиак будет играть огромную роль в будущей энергетической экономике, исследователи должны убедиться, что с ним можно безопасно обращаться, транспортировать и использовать. Кроме того, потребуются серьезные усилия по масштабированию, потому что технологии производства аммиака, которые работают в лаборатории, необходимо будет адаптировать к реальным условиям.

Но в принципе у этих проблем есть решения, и аммиак может служить и топливом, и энергоносителем. Химики и инженеры начали разрабатывать способы производства аммиака без использования ископаемого топлива, вместо этого полагаясь на электрохимические реакции или электролиз.Обнадеживающие результаты пилотных проектов, таких как завод по переработке аммиака из ветра в Миннесоту или модели завода по переработке аммиака из ветра и солнца, выполненные исследователями из Финляндии, предполагают, что аммиак можно производить чисто в больших масштабах. «В настоящее время в области зеленого аммиака происходит целая космическая гонка, — говорит инженер-химик Патрик« П.Дж. »Каллен из Сиднейского университета, Австралия.

Азотный цикл влечет за собой фиксацию атмосферного азота, как правило, с помощью молнии, микробов или добавления синтетических удобрений.Это может производить нитраты, нитриты или аммиак, которые помогают в растениеводстве. Зеленый аммиак добавляет удобрения в цикл, не выделяя почти столько же парниковых газов. Изображение предоставлено: Shutterstock / VectorMine.

Ферма и не только

Аммиак уже сейчас является основой хозяйств. Вот где Каллен, который разрабатывает новые технологии производства аммиака с использованием нетепловой атмосферной плазмы, хотел бы видеть будущие аммиачные заводы. По словам Каллена, вместо того, чтобы покупать и хранить удобрения, фермеры могли бы производить их сами на месте, когда им это нужно (в идеале, используя ветер или другие возобновляемые источники энергии).То, что они не используют для удобрений, они могут использовать в качестве топлива — например, для зерносушилок или тракторов.

«Это концепция объединения секторов — объединения сельского хозяйства и производства электроэнергии», — говорит Майк Риз, который руководит программой по возобновляемым источникам энергии в Центральном исследовательском и информационном центре Западного университета Миннесоты в Моррисе. Программа реализует пилотный проект, финансируемый Министерством энергетики США, по преобразованию энергии ветра на аммиак. «Когда вам нужна энергия, а в июле или августе нет ветра, вам понадобится аммиак.

Удобрения на основе аммиака стали основным игроком в сельском хозяйстве только на рубеже 20-го века, когда пара немецких химиков нашла новый способ производить их в больших количествах. Эта химическая реакция, названная в честь изобретателей процессом Габера-Боша, навсегда изменила мир. Теперь аммиак используется во всем мире в качестве удобрения, поскольку он обеспечивает эффективный способ доставки азота, который, помимо прочего, важен для образования хлорофилла, к растениям. Процесс Хабера-Боша позволил производить аммиак в больших масштабах и отправлять куда угодно; в результате резко выросли урожаи.

В воздухе атомы азота образуют пары. Процесс Габера-Боша удаляет эти молекулы азота и разрывает связь между ними. Пройдя серию шагов, он затем связывает эти атомы азота с водородом, извлеченным из нефти, угля или природного газа в промышленной химической реакции, в которой в качестве катализатора используется металл — обычно железо. Для этого процесса требуется температура более 400 ° C и давление не менее 200 атмосфер. Это означает, что углерод является дорогостоящим, поскольку на каждую тонну годного к употреблению аммиака в атмосферу выделяется 1–3 тонны CO 2 (2).Хотя усовершенствования этого процесса привели к более энергоэффективному производству, исследователи прогнозируют, что при нынешних темпах мировое производство аммиака, вероятно, удвоится в следующие 30 лет по сравнению с примерно 150 миллионами метрических тонн в 2019 году до 350 миллионов к 2050 году (2). .

Решение состоит не в отказе от аммиака, утверждает Макфарлейн, а в том, чтобы сделать его более экологически чистым. Некоторые исследователи рекламируют связывание углерода, то есть улавливание и хранение CO 2 , произведенного по процессу Габера-Боша.Технология улавливания углерода для электростанций существует с 1970-х годов, но широкомасштабные попытки внедрить эти системы часто сталкиваются с финансовыми или логистическими проблемами. Во всем мире две трети из 149 систем улавливания углерода, которые было предложено ввести в эксплуатацию к 2020 году, были заброшены или отложены на неопределенный срок. Прогресс был медленным, несмотря на десятки миллиардов долларов, вложенных в проекты секвестрации за последние 20 лет, что означает, что это также может оказаться невыполнимым для заводов по производству аммиака (3).(В аммиачной промышленности обычный аммиак называется «серым», а аммиак с улавливанием углерода классифицируется как «синий».)

Второй вариант, по словам Макфарлейна, — это извлечение водорода из чего-то другого, кроме парникового газа, такого как метан. Таким источником может быть вода, использующая электролиз для расщепления молекул воды. Но электролиз стоит очень дорого. Несмотря на это, заводы объявили о планах установить электролизеры на некоторых заводах по производству аммиака.

В поисках альтернатив

Третий вариант, внедряемый постепенно со временем, мог бы быть более привлекательным в долгосрочной перспективе: полностью отказаться от процесса Габера-Боша и найти другие способы исправить азот с помощью возобновляемых источников энергии.Это мечта об «зеленом» аммиаке. «Это вариант немного дальше, но в конечном итоге он будет наиболее гибким», — говорит Макфарлейн. «Аммиак можно производить гораздо меньшими партиями, даже если они расположены на индивидуальных фермах».

Это предполагает, например, что удобрения можно производить на месте и по запросу, что, по словам Макфарлейна, снизит как финансовые, так и экологические затраты, связанные с транспортировкой и хранением аммиака. В то же время он признает недостаточность исследований того, как распределенное производство (и использование) зеленого аммиака повлияет на выбросы NH 3 и оксидов азота, а также на то, как эти химические вещества обрабатываются в планетарном азотном цикле.По его словам, потери неизбежны, и необходимо лучше понимать эти процессы и циклы, чтобы найти и исправить недостатки, которые могут привести к дополнительному выбросу парниковых газов.

Один из способов обойти компанию Haber-Bosch — это электрохимическая реакция восстановления азота, или ENRR, которая плавит водород из воды и газообразный азот из воздуха с получением аммиака. Выход аммиака из ENRR ниже, чем у Haber-Bosch, но несколько исследований, опубликованных за последние два года, показывают, что новые металлические катализаторы и подходы, основанные на возобновляемых источниках энергии, могут улучшить текущие характеристики (4, 5).

«Этот процесс не работает эффективно в существующих подходах», — говорит Макфарлейн. «Есть много побочных реакций, которые, как правило, происходят одновременно». Однако в статье, опубликованной в июне, его группа сообщила об эффективном и продуктивном подходе к ENRR с использованием нового типа протонного челнока — молекулы, которая переносит ион водорода от источника к аммиаку. По его словам, предыдущие подходы требовали «жертвенных» молекул, которые после высвобождения протона вызывали нежелательные побочные эффекты.Его группа нашла новый носитель, который может повернуть вспять и повторно использоваться в клетке, чтобы нести больше протонов (6).

ENRR в целом перспективен, говорит Каллен, потому что его можно проводить при комнатной температуре и обычном давлении, он легко адаптируется к возобновляемым источникам энергии и может использоваться в небольших масштабах. Но этому процессу все еще препятствуют низкие скорости, отчасти потому, что молекулы атмосферного азота становятся нестабильными при разрыве на части. В статье, опубликованной в январе, Каллен предлагает другой способ получения азота: использование холодной плазмы (7).

Плазма может быть получена путем подачи электрического тока через газ, включая воздух в атмосфере. Высокое напряжение высвобождает электроны из их атомов, создавая смесь ионов, зарядов и нейтральных атомов. Ионы азота обладают высокой реакционной способностью — их называют «реактивными частицами» — и могут легко соединяться с водородом с образованием аммиака. Каллен говорит, что энергия, необходимая для производства плазмы, может исходить от ветряной турбины. Он представляет себе ферму будущего с собственной ветроэнергетической плазменной установкой по производству аммиака, способной производить удобрения и жидкую энергию — для использования на месте или доставки в другое место.

«Вся цель — сделать это на месте, на ферме», — говорит Каллен. «Но потом вы также используете его непосредственно в качестве топлива. В тракторах.

Аммиачный трубопровод

В 2010 году Университет Миннесоты запустил финансируемый государством пилотный проект в Моррисе, в котором использовалась турбина для преобразования энергии ветра в водород; в 2013 году они добавили процесс, который мог захватывать и расщеплять молекулы азота, чтобы начать производство аммиака. «Мы считаем, что в то время это был первый в мире завод по переработке аммиака из ветра», — говорит Риз, принимавший участие в этом с самого начала.Сейчас в мире существует как минимум три подобных завода, все экспериментальные и несколько запланированных коммерческих проектов. Министерство энергетики также финансирует более крупный пилотный проект нового поколения университета по преобразованию энергии ветра и солнца в аммиак.

Великие равнины представляют собой естественный полигон для испытаний этой технологии, — говорит Риз. Зона попутных ветров совпадает с той частью страны, где выращивается больше всего кукурузы. Весной и летом аммиак, вырабатываемый ветром, можно использовать в качестве удобрения, а в остальное время года его можно генерировать и хранить или использовать в качестве носителя водорода при производстве электроэнергии или для производства тепловой энергии.

Районы, такие как западная Миннесота и Дакота, обладают огромными ветровыми ресурсами, но только ограниченные линии электропередач для передачи этой энергии в городские районы, отмечает Риз. «Мы можем значительно снизить углеродоемкость сельского хозяйства, используя аммиак в качестве топлива», — говорит он.

Однако создание аммиачной инфраструктуры не означает начинать с нуля. Риз отмечает, что сегодняшние ресурсы можно перепрофилировать. По мнению Ammonia Energy Association и исследователей из фирмы Black & Vietch, более чем в 100 портах по всему миру уже есть объекты для транспортировки и погрузки аммиака, а некоторые терминалы природного газа могут быть полезны.

Крупное испытание аммиачного потенциала будет разыграно в северо-восточном королевстве Саудовская Аравия. В прошлом году международная группа энергетических компаний объявила, что построит завод по производству зеленого аммиака стоимостью 5 миллиардов долларов в NEOM, городе с нулевым выбросом углерода, строительство которого начнется в начале 2021 года. Завод будет использовать электролиз, работающий от солнечных и ветровых источников, для производства 1,2 мегатонны аммиака в год, в дополнение к 650 ежедневным тоннам водорода.

В прошлом году Макфарлейн и его коллеги опубликовали «дорожную карту», ​​описывающую, как можно производить возобновляемый зеленый аммиак в эффективных и экономических масштабах, которые могут значительно снизить нашу зависимость от углеродсодержащего топлива, как в качестве удобрения, так и в качестве источника топлива (8) .«Расширение масштабов, безусловно, является следующим шагом», — говорит он, будь то тестирование новых технологий или адаптация существующих заводов к экологизации.

CSAC | Служба национальной безопасности

Расположение: Абердинский полигон, MD

В 2006 году указом президента Министерство внутренней безопасности (DHS) создало Центр анализа химической безопасности (CSAC) для выявления и оценки химических угроз и уязвимостей в Соединенных Штатах и ​​разработки наиболее эффективных мер реагирования на потенциальные химические опасности.Под надзором Управления науки и технологий DHS (S&T) CSAC поддерживает сообщество национальной безопасности, предоставляя важнейшее хранилище знаний с информацией о химических угрозах, разработке и проведении лабораторных и полевых испытаний, а также возможности анализа угроз и рисков на основе научных данных, среди прочего. другие услуги. Присутствие CSAC в районе Эджвуд Абердинского испытательного полигона армии США, штат Мэриленд, позволяет тесно сотрудничать с армейскими учеными и инженерами.

Предлагая возможности технической помощи в случае расследований и кризисных ситуаций

Для запросов, связанных с химическими угрозами и химическими опасностями, CSAC предлагает круглосуточную службу информационного реагирования семь дней в неделю, известную как «Техническая помощь CSAC», для федеральных, государственных, местных, территориальных органов и служб быстрого реагирования. агентства.Техническая поддержка CSAC является ключевым ресурсом для Национального операционного центра. Служба технической поддержки CSAC обычно отвечает на 70–80 запросов в год. Ключевые клиенты включают Министерство здравоохранения и социальных служб, Агентство по охране окружающей среды, Федеральное бюро расследований и многие другие агентства и заинтересованные стороны.

Поддержка усилий S&T по устранению национальных опасностей, угроз и рисков

CSAC применил ранее разработанные и проверенные многозонные модели химического загрязнения в самолетах, чтобы понять передачу тяжелого острого респираторного синдрома, коронавируса 2 (SARS-CoV-2) на коммерческих самолетах.Эти модели были разработаны совместно с Центром защиты национальной инфраструктуры Соединенного Королевства (Великобритания), Министерством транспорта Великобритании, TSA и CTTSO с использованием программного обеспечения CONTAM Национального института стандартов и технологий. Выбор возможных мер по смягчению последствий, таких как использование высокоэффективной фильтрации воздуха с помощью твердых частиц, регулировка скорости обмена воздуха и универсального ношения маски, оценивался на предмет воздействия на пассажиров с учетом одного заразного пассажира и нескольких заразных пассажиров в полете.

Через программу DHS S&T Вероятностная оценка национальных угроз, опасностей и рисков (PANTHR) и Центр технологий определения опасностей DHS S&T (HAC-TC), ключевые параметры, такие как скорость выделения вирусов и распределение частиц по размерам для общих видов деятельности, таких как дыхание, разговоры и кашель были оценены на основе обширного обзора литературы. Исследование включало оценки выбросов как небольших аэрозолей, которые наиболее полезны для характеристики переносимых по воздуху опасностей и воздействия систем фильтрации, так и более крупных капель, которые наиболее важны для характеристики поверхностного загрязнения.Результаты этого исследования были использованы для оценки потенциальных мер по снижению риска передачи патогенов во время авиаперелетов.

Проект «Кролик Джек» — помощь DHS и его партнерам в снижении риска крупномасштабных выбросов токсичных химических веществ при вдыхании

Ежегодно сотни миллионов тонн химических веществ, таких как хлор и аммиак, транспортируются через населенные пункты США. Хотя эти химические вещества имеют важное значение, они токсичны и представляют опасность для населения из-за случайного выброса или террористического акта.Чтобы лучше понять и устранить этот риск, CSAC провела проект «Кролик Джека» в 2010 году, а затем программу «Информационный бюллетень программы Джека Кролика II» в 2015–2016 годах.

Jack Rabbit I включал серию испытаний по выбросу хлора и аммиака объемом от 1 до 2 тонн на открытом воздухе с участием группы заинтересованных сторон из правительства, промышленности и научных кругов.

Jack Rabbit II продолжился там, где остановился Jack Rabbit I. Эти эксперименты были беспрецедентными и заполнили важные пробелы в знаниях и данных.До появления Джека Кролика I и II крупномасштабные выбросы хлора никогда не тестировались в объемах, соответствующих железнодорожным цистернам, автоцистернам, баржам или резервуарам для хранения сыпучих материалов. Джек Кролик улучшил моделирование прогнозирования опасностей, аварийное планирование, стратегии реагирования и смягчения последствий, а также повысил устойчивость США к инцидентам с выбросами химических веществ.

Заключительные и последующие отчеты об испытаниях программ Jack Rabbit I и II S&T CSAC были одобрены для публичного выпуска. Заключительный отчет об испытаниях программы JR II документирует крупномасштабные испытания на выброс хлора на открытом воздухе, проведенные в U.Испытательный полигон S. Army Dugway, штат Юта, стал возможным благодаря прямой поддержке Агентства по уменьшению угрозы обороны США, Министерства транспорта Канады (TC) и Министерства оборонных исследований и разработок Канады (DRDC). В отчете «Реакционная способность хлора с материалами окружающей среды в моделях атмосферной дисперсии» описаны кинетические измерения и максимальные эффекты осаждения выбранной растительности, подвергшейся воздействию токсичного газа, а также описаны работы, выполненные в партнерстве и сотрудничестве с Университетом Арканзаса и TC / DRDC.

Jack Rabbit III, непрерывный проект, будет состоять из лабораторных, камерных и полевых экспериментов для сбора научных данных и определения технологий для заполнения критических пробелов в данных.В центре внимания Jack Rabbit III — обеспечение безопасности и устойчивости цепочки поставок химических веществ путем экспериментов в течение следующих пяти лет. Jack Rabbit III включает в себя работу совместной группы партнеров и коспонсоров из правительства, промышленности и академических кругов по выявлению и приоритизации критических пробелов в данных для моделирования атмосферной дисперсии выбросов токсичных веществ (TIH); Готовность к чрезвычайным ситуациям и реагирование; и процедуры снижения опасностей и рисков.

Наше влияние

Знаете ли вы?

В 2019 году S&T CSAC ответила на запрос Национального оперативного центра (NOC) DHS о предоставлении информации об урагане Дориан, чтобы предоставить информацию о важнейших химических объектах и ​​анализ токсичных химических опасностей и рисков в зонах потенциального воздействия урагана.Ураганы представляют значительный риск даже для самых безопасных химических предприятий, поскольку в результате урагана отключение электроэнергии, сильный ветер и наводнения могут привести к утечкам химических веществ, взрывам или пожарам. Анализ S&T CSAC задокументировал химический тип и количество, хранящееся на более чем 2000 химических объектах на юго-востоке США, в Пуэрто-Рико и на Багамах.

Информационные бюллетени

Мы хотели бы услышать от вас! Свяжитесь с нами по адресу: [email protected]

Может ли мир производить необходимые химикаты без масла? | Наука

Черное липкое жирное масло — это исходный материал не только для топлива для транспортных средств. Это также источник десятков нефтехимических продуктов, которые компании превращают в универсальные и ценные материалы для современной жизни: блестящие краски, жесткие и пластичные пластмассы, пестициды и моющие средства. Промышленные процессы производят что-то вроде красоты из ила. Разбивая углеводороды в нефти и природном газе на более простые соединения, а затем собирая эти строительные блоки, ученые давно научились конструировать молекулы исключительной сложности.

Ископаемое топливо — не только сырье для этих реакций; они также обеспечивают тепло и давление, которые ими движут. В результате на использование нефти в промышленной химии приходится 14% всех выбросов парниковых газов. Теперь все большее число ученых и, что более важно, компаний думают, что те же самые конечные соединения могут быть получены путем использования возобновляемых источников энергии вместо выкапывания и перегруппировки углеводородов и выброса отработанного углекислого газа (CO 2 ) в воздух. Во-первых, возобновляемая электроэнергия расщепит многочисленные молекулы, такие как CO 2 , вода, кислород (O 2 ) и азот, на реактивные фрагменты.Тогда больше возобновляемой электроэнергии поможет соединить эти химические элементы вместе для создания продуктов, на которые опирается современное общество и от которых вряд ли откажется.

«Сейчас эта тема находится на переднем крае», — говорит Дэниел Каммен, физик из Калифорнийского университета в Беркли.

Химики в академических кругах, в стартапах и даже в промышленных гигантах тестируют процессы — даже прототипы заводов — которые используют солнечную и ветровую энергию, а также воздух и воду в качестве сырья. «Мы превращаем электроны в химические вещества», — говорит Николас Фландерс, генеральный директор одного из претендентов, стартапа под названием Opus 12.Компания, расположенная в небольшом офисном парке в Беркли, разработала устройство размером со стиральную машину, которое использует электричество для преобразования воды и CO 2 из воздуха в топливо и другие молекулы без необходимости в масле. На другом конце коммерческого масштаба находится Siemens, производственный конгломерат, расположенный в Мюнхене, Германия. Эта компания продает крупномасштабные электролизеры, которые используют электричество для разделения воды на O 2 и водород (H 2 ), которые могут служить топливом или химическим сырьем.Даже нефтяные компании, такие как Shell и Chevron, ищут способы превратить возобновляемую энергию в топливо.

Замена источника жизненной силы промышленной химии с ископаемого топлива на возобновляемую электроэнергию «не произойдет в течение 1-2 лет», — говорит Максимилиан Флейшер, главный эксперт по энергетическим технологиям компании Siemens. Возобновляемых источников энергии все еще слишком мало, и они пока что нестабильны. Однако он добавляет: «Это общая тенденция, которую принимают все» в химической промышленности.

За этой тенденцией стоит резкий рост поставок солнечной, ветровой и других форм возобновляемой электроэнергии.В 2018 году мировая установленная мощность солнечной и ветровой энергии превысила 1 тераватт (ТВт). Второй TW ожидается к середине 2023 года, всего за половину стоимости первого, и темпы, вероятно, увеличатся. Один недавний анализ показывает, что более низкие цены на возобновляемую генерацию могут подтолкнуть к развитию 30–70 ТВт мощностей только солнечной энергии к 2050 году, что достаточно для покрытия большей части глобальных потребностей в энергии. «В ближайшем будущем вокруг появится куча возобновляемых электронов», — говорит Эдвард Сарджент, химик из Университета Торонто в Канаде.«И многие из них будут дешевыми». По данным Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии, стоимость солнечной энергии для коммунальных предприятий должна снизиться на 50% к 2050 году, а стоимость энергии ветра — на 30%.

Этот всплеск использования возобновляемых источников энергии уже привел к кратковременным периодам, когда поставки электроэнергии превышают спрос, например, в полдень в солнечной Южной Калифорнии. Результат — резкое падение цен. Иногда коммунальные предприятия даже платят потребителям за то, чтобы они брали электричество, чтобы избыточное предложение не растопило линии электропередачи.«Это дает нам возможность сделать что-то ценное из этих электронов», — говорит Сарджент.

Взлет и падение

По мере увеличения использования ветровой и солнечной энергии в масштабах коммунальных предприятий за последнее десятилетие стоимость электроэнергии из этих источников резко упала. Обе тенденции должны сохраниться в ближайшие десятилетия, что повысит привлекательность поддержки промышленной химии с помощью зеленых электронов. (ГРАФИКА) N. DESAI / SCIENCE ; (ДАННЫЕ) ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ ИННОВАЦИЯ

Одной из потенциальных ролей этих электронов является вытеснение ископаемого топлива, которое теперь обеспечивает тепло, необходимое для запуска промышленных реакций.В выпуске журнала Science от 24 мая Себастьян Висманн и Иб Чоркендорф из Технического университета Дании в Конгенс Люнгби и его коллеги сообщили о модернизации обычного реактора, работающего на ископаемом топливе, который производит H 2 из метана и пара для работы на электричестве. В их новом реакторе электричество, протекающее через трубку из сплава железа, встречает сопротивление, повышая температуру до 800 ° C. Тепло заставляет метан и пар, протекающие через трубу, вступать в реакцию, отделяя H 2 от метана более эффективно, чем традиционные методы, и потенциально предлагая как экономию затрат, так и меньшее воздействие на климат.

Но даже если тепло исходит от электричества, при таких реакциях, как образование топлива из метана, по-прежнему выделяются отходы CO 2 . Химики хотят пойти дальше, используя электроны не только как источник тепла, но и как прямой вход в реакции. Промышленные химики уже используют электричество для выплавки алюминия из бокситовой руды и получения хлора из соли — реакции присоединения электронов, для которых химия с электрическим приводом идеально подходит. Но, как и в случае с H 2 , большинство товарных химикатов производится из ископаемого топлива, преобразованного под воздействием тепла и давления, создаваемых большим количеством ископаемых видов топлива.

Отказ от этого топлива не требует химической магии. Ключевые промышленные химические вещества, такие как окись углерода (CO) и этилен, уже могут быть получены путем добавления электронов к многочисленным исходным материалам, таким как CO 2 и вода, если эффективность не имеет значения. Уловка состоит в том, чтобы сделать это экономно.

Для этого процесса требуется дешевый источник возобновляемой электроэнергии. Но, согласно анализу, опубликованному в выпуске Science от 26 апреля, проведенному Сарджентом и Томасом Харамилло, инженером-химиком из Стэнфордского университета в Пало-Альто, Калифорния, это не единственное необходимое условие.Сарджент, Харамилло и его коллеги сравнили затраты на создание множества простых промышленных соединений с ископаемым топливом или возобновляемой электроэнергией. Они обнаружили, что электросинтез будет конкурентоспособным для производства основных химических продуктов, таких как CO, H 2 , этанол и этилен, если электричество будет стоить 4 цента за киловатт-час (кВтч) или меньше — и если преобразование электрической энергии в энергию, хранящуюся в химических веществах. облигации были эффективны не менее 60%.

Если стоимость электроэнергии еще больше упадет, в пределах досягаемости появятся и другие комплексы.В ходе анализа, проведенного в мае 2018 года для Джоуля , Сарджент и его коллеги обнаружили, что при более строгих рыночных предположениях, включая цену на электроэнергию в 2 цента / кВт · ч, синтез муравьиной кислоты, этиленгликоля и пропанола будет возможным. «Это дает нам четкий набор целей», — говорит химик Фил Де Луна, сотрудник Сарджента в Национальном исследовательском совете Канады в Торонто.

Работы Сарджента «точны», — говорит Гарри Грей, химик из Калифорнийского технологического института (Калифорнийский технологический институт) в Пасадене, который проанализировал, что необходимо для вытеснения ископаемого топлива с помощью электросинтеза.О производстве товаров с помощью электросинтеза он говорит: «Думаю, мы будем там через 10 лет».

Лучшая жизнь за счет возобновляемых источников энергии

Промышленные химики производят большинство молекул путем расщепления и переработки углеводородов в нефти и природном газе на более мелкие соединения. Теперь исследователи хотят использовать возобновляемую электроэнергию, чтобы активизировать простые исходные материалы, такие как вода и углекислый газ (CO2), и сшить их вместе в одни и те же соединения. ALTOUNIAN / SCIENCE

Каммен отмечает, что несколько проектов в области солнечной и ветровой энергетики уже соответствуют одному эталону, обеспечивая мощность на уровне 4 цента / кВтч или ниже, а стоимость возобновляемых источников энергии продолжает снижаться.Но достижение 60% эффективности преобразования электрической энергии в химическую является более сложной задачей, и именно на этом исследователи сосредотачивают свои усилия.

Самые простые процессы, те, которые производят H 2 и CO, уже достигают этого второго эталона. По словам Флейшера, коммерческие электролизеры от Siemens и других компаний уже демонстрируют эффективность более 60% при расщеплении воды для получения H 2 . Компания Siemens использует известную технологию, называемую электролизерами с протонообменной мембраной (PEM), которые подают напряжение между двумя электродами, по одному с каждой стороны полимерной мембраны.Напряжение разделяет молекулы воды на покрытом катализатором аноде на O 2 , ионы водорода и электроны. Мембрана только позволяет ионам водорода проходить к другому покрытому катализатором электроду, катоду, где они встречаются с электронами, образуя газ H 2 . Стоимость производимого H 2 резко упала в последние годы, поскольку размер электролизеров увеличился до промышленных масштабов. Тем не менее, Билл Тумас, заместитель директора лаборатории Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии в Голдене, штат Колорадо, в прошлом месяце на заседании Американского химического общества отметил, что стоимость электролизеров, а также материалов электродов и катализаторов, входящих в их состав, должна быть снижена. упадите дальше, чтобы получить H 2 по цене, конкурентоспособной с массивными тепловыми установками, которые разрушают метан.

Opus 12 и другие компании также полагаются на электролизеры PEM, но добавляют дополнительный катализатор к катоду для разделения поступающего по трубопроводу CO 2 на CO и O 2 . CO можно улавливать и продавать для использования в химическом производстве. Или он может быть объединен с ионами водорода и электронами, генерируемыми на аноде, для создания ряда других строительных блоков для промышленной химии, включая газы, такие как этилен — сырье для определенных пластмасс, — и жидкости, такие как этанол и метанол.По словам Этоша Кейв, главного научного директора Opus 12, компания уже произвела 16 товарных химикатов. И он работает над расширением своих реакторов в течение следующих нескольких лет для переработки тонн CO 2 в день, скорее всего, улавливаемых из дымовых газов электростанций и других промышленных источников.

Растущее предложение возобновляемой энергии заставило некоторых химиков задуматься о способах получения углеродно-нейтрального топлива. В прошлом месяце в Дрездене, Германия, компания Sunfire завершила испытание высокотемпературного электролизного реактора, известного как твердооксидный топливный элемент, который обещает даже более высокую эффективность, чем электролизеры на основе PEM.Реактор находится в центре четырехступенчатой ​​испытательной установки, которая вырабатывает топливо из воды, CO 2 и электричества. Первая ступень завода размером с товарный вагон отделяет CO 2 от воздуха, а затем подает CO 2 в топливный элемент Sunfire. Он работает немного иначе, чем его аналоги из PEM: он использует электричество для разделения воды и CO 2 на катоде, генерируя смесь CO, H 2 и отрицательно заряженных атомов кислорода или оксидных ионов. Эти ионы проходят через проницаемую для кислорода твердую мембрану к аноду, где они отдают электроны и объединяются с образованием O 2 .Смесь CO и H 2 , известная как синтез-газ, затем перемещается в третий реактор, который собирает их в более сложные углеводороды. На четвертом этапе эти углеводороды объединяются с дополнительным количеством H 2 и превращаются в смесь углеводородов в бензине, дизельном топливе и реактивном топливе. Поскольку установка работает при высоких температурах, реакции расщепления воды и CO 2 преобразуют электрическую энергию в химические связи с эффективностью почти 80%, сообщает компания.

Испытательная установка Sunfire в настоящее время производит около 10 литров топлива в день.Компания уже расширяет масштабы технологии и планирует открыть свой первый коммерческий завод в Норвегии в следующем году. Установка будет частью более крупного завода, который будет использовать 20 мегаватт гидроэлектроэнергии для производства 8000 тонн транспортного топлива в год, чего достаточно для поставки 13000 автомобилей. Его метод позволит избежать производства 28 600 тонн CO 2 ежегодно из ископаемого топлива.

Еще одно достижение может также повысить эффективность: использование промышленных отходов в качестве источника электронов, необходимых для отделения CO от CO 2 .Образование кислорода на аноде с образованием электронов обычно настолько медленное, что на эту реакцию уходит 90% всей электрической энергии всего процесса. В выпуске журнала Nature Energy от 22 апреля химик Пол Кенис из Университета Иллинойса в Урбане и его коллеги сообщили о добавлении в анод глицерина — прозрачной вязкой жидкости, являющейся побочным продуктом производства биодизеля, — которая с большей готовностью отдает свои электроны. Таким образом, метод может снизить потребность в энергии для расщепления CO 2 на 53%.И в качестве бонуса, когда глицерин теряет электроны, он производит комбинацию муравьиной кислоты и молочной кислоты, двух обычных промышленных соединений, используемых в качестве консервантов, а также в чистящих средствах и косметике. «Вы берете отходы и превращаете их во что-то ценное», — говорит Кенис.

Хотя простые промышленные химические вещества могут быть готовы к экологизации, прямой синтез наиболее сложных углеводородов с помощью электричества остается слишком неэффективным и дорогостоящим. Даже создание соединений, содержащих всего два атома углерода, таких как этилен и этанол, обычно улавливает только около 35% энергии, потребляемой в конечном соединении.С трехуглеродными соединениями и выше эффективность может упасть ниже 10%. Проблемы двоякие: во-первых, каждый раз, когда создаются новые связи, теряется некоторая энергия. А производство более сложных углеводородов неизбежно означает создание большего количества побочных продуктов. Такой результат вынуждает производителей отделять желаемый состав за дополнительную плату.

Но и здесь начинают помогать инновации, в том числе более совершенные катализаторы. Например, в онлайн-выпуске Joule от 21 августа Сарджент и его коллеги сообщают о создании устройства, в котором используется мембрана, покрытая медным катализатором, для преобразования CO 2 и пара в смесь двухуглеродных соединений, включая этилен. и этанол с эффективностью 80%.Они достигли этой эффективности, прижимая один электрод непосредственно к мембране, тем самым устраняя заполненный жидкостью зазор, который истощал энергию и приводил к быстрой поломке устройства.

BENDETTO CRISTOFANI / SALZMANART

Углеродные нанотрубки — это один из классов сложных молекул, которые легче создать с помощью электричества. Эти длинные, полые, похожие на соломку молекулы, ценимые за их силу и электронные возможности, обычно создаются путем химического осаждения из паровой фазы: в нагретой кварцевой трубке кобальтовые и железные катализаторы удаляют атомы углерода из закачанного газа ацетилена и добавляют их в растущие нанотрубки. которые захватывают семена на металлических частицах.Этот процесс энергоемкий и дорогостоящий, обычно он стоит около 100 000 долларов на производство 1 тонны нанотрубок. Но в 2015 году в статье Nano Letters Стюарт Лихт, химик из Университета Джорджа Вашингтона в Вашингтоне, округ Колумбия, и его коллеги сообщили о подходе к электролизу, который, по расчетам, стоит в одну сотую меньше.

Установка Licht начинается с расплавленного карбоната лития с добавлением металлических катализаторов. Электрический ток отделяет атомы углерода от карбоната лития и добавляет тепло, которое поддерживает реакцию.Катализаторы собирают углерод и вставляют его в растущие нанотрубки. Барботирование CO 2 в смесь затем регенерирует карбонат лития. Эффективность процесса составляет 97,5%. Поскольку он использует отходы CO 2 , Лихт отмечает, что он отрицательный по количеству углерода: для производства каждой тонны углеродных нанотрубок требуется 4 тонны CO 2 .

Нанотрубки затем могут быть смешаны с цементом для создания высокопрочного композита, который связывает углерод, предотвращая его окисление и возвращение в атмосферу.Трубы также можно смешивать с металлами, такими как алюминий, титан и нержавеющая сталь, для их усиления. C2CNT, компания, созданная Licht для коммерциализации технологии, является одним из 10 финалистов конкурса Carbon XPrize, который присудит 20 миллионов долларов за успешные технологии по превращению CO 2 в продукты.

Насколько быстро огромные химические предприятия, расположенные в промышленных зонах мира, перейдут с ископаемого топлива на экологически чистую энергию, является предметом споров. Нейт Льюис, инженер-химик из Калифорнийского технологического института, говорит, что переход будет медленным.Он отмечает, что одним из основных препятствий является то, что возобновляемые источники энергии работают с перебоями, а это означает, что химические предприятия, использующие их, будут неэффективными. Экономисты улавливают эту идею с помощью показателя, называемого коэффициентом мощности, — соотношением производительности завода с течением времени по сравнению с теоретически возможным. Химические заводы, работающие на ископаемом топливе, могут работать круглосуточно, хотя простои из-за технического обслуживания и других проблем обычно снижают их коэффициент мощности примерно до 60%. Но сами входы в электростанцию, работающую на возобновляемых источниках энергии, имеют низкие коэффициенты мощности: ветровая и гидроэнергетика обычно составляет чуть менее 50%, а солнечная энергия падает до уровня ниже 25% из-за ночных и пасмурных дней.«Ваша полная мощность используется только в течение нескольких часов в день», — говорит Гарри Этуотер, химик из Калифорнийского технологического института и глава Объединенного центра искусственного фотосинтеза, сотрудничества в области солнечного топлива между Калифорнийским технологическим институтом, Национальной лабораторией Лоуренса Беркли и другими учреждениями. В результате, отмечает Льюис, любой электростанции, работающей на возобновляемых источниках энергии, потребуется больше времени, чтобы получить прибыль, из-за чего инвесторы неохотно поддерживают такие проекты.

Установки, работающие на возобновляемых источниках энергии, могли бы оставаться в сети дольше, если бы они использовали несколько источников энергии или имели более стабильное энергоснабжение благодаря батареям или другой форме хранения энергии, отмечает Каммен.Но эти решения могут увеличить стоимость, говорит Льюис. «Мы все еще очень далеки» от получения большинства товарных химикатов с прибылью из возобновляемых источников энергии. Производство электроэнергии из возобновляемых источников в количестве, достаточном для перестройки химической промышленности, также является проблемой. Например, в анализе, опубликованном в выпуске Proceedings of the National Academy of Sciences от 4 июня, исследователи пришли к выводу, что для работы мировой химической промышленности на возобновляемых источниках энергии потребуется более 18 петаватт-часов электроэнергии, или 18000 тераватт-часов, ежегодно. .Это 55% от общего мирового производства электроэнергии, ожидаемого из всех источников в 2030 году.

Возможно, наиболее вероятным прогнозом для промышленной химии является постепенное озеленение. Пока химики не найдут катализаторы, способные производить сложные углеводороды с высокой эффективностью, компании могут использовать возобновляемую электроэнергию для производства простых молекул, таких как H 2 и CO, а затем вернуться к ископаемым видам топлива, чтобы стимулировать реакции, чтобы сшить их вместе в более сложные углеводороды. .

Но по мере того, как химики разрабатывают новые реакторы и находят все более привлекательные комбинации катализаторов — и по мере того, как возобновляемая энергия продолжает расти, — растения, производящие основные химические продукты, неизбежно станут больше похожими на зеленые растения, полностью поддерживаемые солнцем, воздухом и т. Д. и вода.

Электрохимия — обзор | Темы ScienceDirect

1.02.2.1 Электронные и электролитические материалы: две стороны электрифицированного интерфейса

Электрохимия — это наука, а также промышленная область, основанная на физико-химических явлениях, происходящих всякий раз, когда обмены электрической и химической энергией вмешиваются в реактивную схему . В этом смысле электрохимия чаще всего исследует системы, в которых протекают электрические токи, как в случае электрохимических генераторов или батарей, используемых в многочисленных повседневных применениях, таких как автомобили, мобильные телефоны и т. Д.С этой точки зрения архетипический процесс коррозии, то есть металлической детали, свободно подвергающейся воздействию данной агрессивной среды, в некоторой степени незначителен в том смысле, что общий ток, наблюдаемый снаружи системы, равен нулю; система спонтанно развивается и, как говорят, находится в состоянии покоя или разомкнутой цепи. Очевидно, что это реальный практический сценарий коррозии, если только не применяется внешний источник, как в случае определения характеристик коррозии или измерений, а также в некоторых методах защиты от коррозии, таких как катодная или анодная защита.Несмотря на эту особенность, концепции и инструменты, используемые в общей электрохимии, остаются в силе и составляют краеугольный камень описания и понимания коррозии.

Можно найти окислительно-восстановительные реакции в одной фазе, как в объемном растворе. Тем не менее, когда говорят об электрохимии и, в частности, о коррозии, речь идет только о гетерогенных системах, что означает, что реактивная система состоит из двух или более отдельных фаз. В качестве примера давайте рассмотрим классическую электрохимическую систему, предполагающую обмен электрической энергией, такую ​​как аккумулятор, подключенный либо к электрической нагрузке (аккумулятор, следовательно, разряжается), либо к внешнему источнику электроэнергии (следовательно, аккумулятор заряжается).Обычно это достигается с помощью многофазного «сэндвича», по крайней мере, из трех различных материалов с двумя разными металлами на клеммах батареи. Поскольку они включают обмен электрической энергией, в электрохимических системах используются только проводящие материалы. Электропроводность существует, если материалы имеют подвижные заряды. Не проводя исчерпывающего обзора, эти ключевые материалы можно разделить на три основные категории в зависимости от природы носителей заряда: электронные проводники, такие как металлы или полупроводники, ионные проводники (или электролиты) и, наконец, смешанные проводники (например, некоторые проводящие полимеры). ), когда сосуществуют два типа электропроводности.Чтобы проиллюстрировать явления коррозии ниже, текст будет сосредоточен только на металлах, которые являются электронными проводниками, подвергающимися коррозии, и на электролитах, которые могут быть водными или органическими растворами, расплавленными солями, ионными твердыми веществами, полимерами или даже газами.

Помимо электропроводности этих материалов, особенность электрохимических систем определяется способом их сборки. Области, в которых различные материалы (например, металл и электролит) находятся в контакте и в которых обеспечивается электрическая непрерывность между электронной и ионной проводимостью, обычно называют интерфейсами.(Термин « межфазный », вероятно, будет более подходящим для выражения идеи о том, что это не одна поверхность с чисто математической точки зрения, а небольшой физический объем, обычно слой в несколько нанометров, как примерно описано ниже в Раздел 1.02 .2.4.2 ) Таким образом, простейшая электрохимическая сборка состоит из двух металлов, имеющих поверхность раздела с одним и тем же электролитом. Такая система называется гальванической цепочкой, где каждая граница раздела схематически представлена ​​вертикальной чертой, как в следующих примерах:

[1] Pt | водный раствор | AuPt | Fe2 +, водный раствор Fe3 + | Au

В первом примере, где процесс коррозии не ожидается, по крайней мере, в нормальных экспериментальных условиях (концентрация, температура и т. Д.)) оба интерфейса считаются непроницаемыми и нереактивными. Во втором примере, где электролит состоит из водного раствора, содержащего катионы Fe 2+ и Fe 3+ , одну из наиболее реактивных пар и одну, часто используемую в аналитической электрохимии, границы раздела по-прежнему будут непроницаемыми, но могут тогда будет реактивным — даже если коррозия платины и золота считается незначительной — поскольку при определенных условиях должно наблюдаться окисление Fe 2+ на одной границе раздела и восстановление Fe 3+ на другой.Термин «непроницаемый» означает, что подвижные частицы (носители заряда) на каждой стороне границ раздела различны. Свободные электроны подвижны и, следовательно, могут обеспечивать прохождение тока через металлические фазы, но не присутствуют в фазе электролита, в которой ионы подвижны и обеспечивают перенос электрического заряда между двумя металлическими фазами. В некоторых более сложных ситуациях, таких как определенные корродирующие системы, где оксид с большей или меньшей ионной проводимостью может частично или полностью покрывать металлическую поверхность, тем самым создавая промежуточный слой между металлом и электролитом, устанавливается и упоминается граница раздела между двумя ионными проводниками. как ионный переход.

В отличие от конфигурации с двумя интерфейсами, с макроскопической точки зрения, большинство коррозионных процессов происходит на одном интерфейсе. Это случай, например, простейшей коррозионной ситуации: кусок металла, погруженный в электролит. Очевидно, что чистый электрический ток не может проходить в эту замкнутую систему или из нее. Как более подробно обсуждается далее в этой главе, это не означает, что на границе раздела не происходит электрохимическая реакция.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.