Номер 6, страница 62 - гдз по химии 8 класс рабочая тетрадь Габриелян, Сладков

ч. II. § 15. Водород. Глава 2. Важнейшие представители неорганических веществ. Количественные отношения в химии - номер 6, страница 62.

6. Используя дополнительные источники информации, напишите эссе по теме «Водород — экологически чистое моторное топливо».

Решение

В условиях нарастающего климатического кризиса и истощения запасов ископаемого топлива человечество активно ищет альтернативные, экологически чистые источники энергии для транспорта. Одним из самых многообещающих направлений в этой области является использование водорода (H₂) в качестве моторного топлива. Идея водородной энергетики заключается в замене традиционных углеводородов на самый распространенный элемент во Вселенной, продуктом сгорания которого является обычная вода.

Главное и неоспоримое преимущество водорода — его экологическая чистота в момент использования. При сгорании водорода в двигателе внутреннего сгорания или при его использовании в топливном элементе для выработки электроэнергии происходит химическая реакция соединения водорода с кислородом из воздуха. В идеальных условиях единственным продуктом этой реакции является водяной пар: $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$. Это означает полное отсутствие выбросов углекислого газа ($CO_2$), который является основным парниковым газом, а также угарного газа ($CO$), оксидов серы ($SO_x$), сажи и других вредных веществ, характерных для бензиновых и дизельных двигателей. Кроме того, водород обладает чрезвычайно высокой удельной теплотой сгорания — около 120 МДж/кг, что почти в три раза превышает показатель бензина (≈44 МДж/кг). Это позволяет достигать высокой энергоэффективности и увеличивать запас хода транспортного средства при той же массе топлива.

Однако, несмотря на очевидные преимущества, переход на водородное топливо сопряжен с рядом серьезных технологических и экономических трудностей. Во-первых, это проблема производства водорода. Хотя водород и является самым распространенным элементом, в свободном виде на Земле он практически не встречается. Его необходимо получать из соединений, в первую очередь из воды или углеводородов. На сегодняшний день около 95% водорода в мире производится методом паровой конверсии метана ($CH_4$), который сопровождается значительными выбросами $CO_2$ («серый» водород). Такой способ производства нивелирует экологические преимущества водорода как топлива. Наиболее перспективным является метод электролиза воды ($2H_2O \rightarrow 2H_2 + O_2$), при котором для расщепления воды используется электричество. Если это электричество получено из возобновляемых источников (солнечные, ветряные, гидроэлектростанции), то полученный водород называют «зелёным», и именно он является по-настоящему экологически чистым. К сожалению, «зелёный» водород пока остается самым дорогим в производстве.

Во-вторых, существуют сложности с хранением и транспортировкой водорода. Являясь очень легким газом, он занимает большой объем. Для использования в автомобиле его необходимо либо сжимать до очень высокого давления (до 700 атмосфер), что требует тяжелых, прочных и дорогих баллонов из композитных материалов, либо сжижать при криогенной температуре –253 °C, что само по себе является энергозатратным процессом. В-третьих, на данный момент практически отсутствует необходимая инфраструктура: сети водородных заправочных станций, трубопроводы для его транспортировки и заводы по его массовому «зелёному» производству.

Таким образом, водород действительно обладает потенциалом стать идеальным экологически чистым моторным топливом. Его использование в транспорте способно кардинально снизить загрязнение воздуха в городах и уменьшить углеродный след человечества. Однако путь к «водородной экономике» долог и тернист. Для его реализации требуются не только технологические прорывы в области дешевого «зелёного» производства и безопасного хранения, но и колоссальные инвестиции в создание новой глобальной инфраструктуры. Успех водородной энергетики напрямую зависит от того, сможем ли мы сделать его производство таким же чистым, как и его использование.

Ответ: Водород является перспективным экологически чистым моторным топливом, так как при его сгорании образуется только вода ($2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$), что исключает выбросы парниковых газов и вредных веществ. Он обладает высокой энергоемкостью, превосходящей бензин почти в три раза по массе. Однако широкому внедрению водородного транспорта препятствуют серьезные проблемы: экологичность производства водорода напрямую зависит от источника энергии (предпочтительно «зелёный» электролиз от ВИЭ, который пока дорог), а также существуют сложности с его безопасным и компактным хранением на борту транспортного средства и отсутствие необходимой заправочной инфраструктуры. Решение этих задач является ключом к переходу на водородное топливо в будущем.