Номер 9, страница 145 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 19. Природный газ и энергетика. Глава 4. Научные основы химического производства - номер 9, страница 145.

Условие.

9. Какие виды топлива в будущем могут прийти на смену природному газу? В чём заключается преимущество водородной энергетики?

Решение.

Решение 2.

Какие виды топлива в будущем могут прийти на смену природному газу?

Природный газ, являясь ископаемым топливом, в будущем может быть заменен более экологичными и возобновляемыми альтернативами. Поиск замены обусловлен как исчерпаемостью запасов природного газа, так и необходимостью снижения выбросов парниковых газов. Основные кандидаты на замену:

• Водород ($H_2$): Считается одним из самых перспективных видов топлива. Его можно получать из воды методом электролиза с использованием энергии от возобновляемых источников (так называемый "зелёный" водород), что делает его экологически чистым.

• Биогаз: Газ, получаемый в результате анаэробного брожения органических отходов (сельскохозяйственных, бытовых, промышленных). После очистки от $CO_2$ и других примесей он превращается в биометан ($CH_4$), который по составу почти идентичен природному газу и может использовать существующую газовую инфраструктуру.

• Синтетический природный газ (SNG): Производится путем реакции водорода с диоксидом углерода (реакция Сабатье: $CO_2 + 4H_2 \rightarrow CH_4 + 2H_2O$). Если водород получен "зелёным" способом, а $CO_2$ уловлен из атмосферы или промышленных выбросов, то такое топливо становится углеродно-нейтральным.

• Прямое использование возобновляемой электроэнергии: Отказ от сжигания газа в пользу электрификации. Отопление, приготовление пищи и промышленные процессы могут быть переведены на электричество, генерируемое солнечными, ветровыми, гидро- и геотермальными электростанциями.

Ответ: На смену природному газу могут прийти водород, биогаз, синтетический природный газ, а также прямое использование электроэнергии из возобновляемых источников.

В чём заключается преимущество водородной энергетики?

Водородная энергетика представляет собой совокупность технологий производства, хранения, транспортировки и использования водорода в качестве энергоносителя. Её ключевые преимущества перед традиционными видами топлива, включая природный газ, заключаются в следующем:

• Экологическая чистота: Главное преимущество. При сжигании водорода или его использовании в топливных элементах единственным продуктом реакции является вода: $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$. Это означает полное отсутствие выбросов парниковых газов ($CO_2$), оксидов серы и азота, сажи и других вредных веществ в месте использования энергии.

• Высокая удельная теплота сгорания: Водород обладает самой высокой энергоемкостью на единицу массы среди всех известных видов топлива (около 120 МДж/кг). Это почти в три раза больше, чем у бензина или природного газа. Данное свойство делает его особенно привлекательным для транспорта, особенно авиационного и космического.

• Возобновляемость: Водород можно производить из воды — одного из самых распространенных веществ на планете. Если для процесса электролиза воды использовать электроэнергию из возобновляемых источников (солнце, ветер), то весь цикл производства и использования водорода становится полностью устойчивым и экологически чистым.

• Универсальность применения: Водород может служить для накопления и хранения энергии, что решает проблему нестабильности возобновляемых источников. Его можно использовать для выработки электроэнергии и тепла, как топливо для транспорта (в двигателях внутреннего сгорания или топливных элементах) и как важное сырье в химической промышленности.

Ответ: Главное преимущество водородной энергетики заключается в её высокой экологичности (продуктом сгорания является только вода), а также в высокой энергоемкости, возобновляемости сырья (вода) и универсальности применения.