Номер 4, страница 93 - гдз по химии 8 класс учебник Оспанова, Аухадиева

4. Где применяется водород и каковы перспективы его применения в будущем?

Применение водорода в настоящее время

Водород является важнейшим химическим продуктом с широким спектром применения в различных отраслях промышленности. Его основные сферы использования сегодня включают:

• Химическая промышленность: Это крупнейший потребитель водорода.
  • Синтез аммиака (процесс Габера-Боша): Более половины всего производимого водорода идет на производство аммиака ($N_2 + 3H_2 \rightleftharpoons 2NH_3$), который является основой для азотных удобрений.
  • Синтез метанола: Водород используется в реакции с оксидом углерода для получения метанола ($Co + 2H_2 \rightarrow CH_3OH$), важного сырья для химической промышленности.
  • Гидрогенизация: Насыщение водородом органических соединений, например, при производстве маргарина из растительных масел, а также в производстве спиртов, нейлона и других полимеров.
• Нефтепереработка:
  • Гидрокрекинг: Расщепление тяжелых углеводородов на более легкие и ценные фракции (бензин, дизельное топливо).
  • Гидроочистка (гидродесульфуризация): Удаление серы и других примесей из нефти и нефтепродуктов для снижения вредных выбросов ($SO_2$) при их сжигании.
• Металлургия:
  • Восстановитель: Водород используется для получения чистых тугоплавких металлов (например, вольфрама, молибдена) из их оксидов.
  • Защитная среда: Предотвращает окисление металлов при их термической обработке.
• Энергетика: Используется в качестве охладителя в мощных турбогенераторах электростанций благодаря своей высокой теплопроводности и низкой плотности.
• Аэрокосмическая отрасль: Жидкий водород в паре с жидким кислородом является одним из самых эффективных видов ракетного топлива, обеспечивая высокий удельный импульс.
• Пищевая промышленность: Помимо гидрогенизации жиров, используется в качестве пропеллента и упаковочного газа (пищевая добавка E949).
• Электроника: Применяется для создания особо чистой атмосферы при производстве полупроводников и микросхем.

Ответ: В настоящее время водород преимущественно используется как химическое сырье в производстве аммиака, метанола, в нефтепереработке для улучшения качества топлива, в металлургии в качестве восстановителя, а также как ракетное топливо и охладитель в энергетике.

Перспективы применения водорода в будущем

Перспективы использования водорода связаны прежде всего с переходом к безуглеродной экономике и развитием "водородной энергетики". Водород рассматривается как универсальный и экологически чистый энергоноситель.

• Транспорт:
  • Водородные автомобили (FCEV - Fuel Cell Electric Vehicle): Автомобили на водородных топливных элементах, которые вырабатывают электричество в результате реакции водорода с кислородом ($2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2o + \text{энергия}$). Единственным "выхлопом" является чистая вода. Их преимущество перед электромобилями (BEV) — быстрая заправка (3-5 минут) и большой запас хода.
  • Тяжелый и дальнемагистральный транспорт: Водород особенно перспективен для грузовиков, автобусов, поездов, морских судов и даже самолетов, где использование тяжелых и долго заряжающихся аккумуляторов нецелесообразно.
• Энергетика и хранение энергии:
  • Хранение возобновляемой энергии: Водород может производиться методом электролиза воды за счет избыточной энергии от солнечных и ветряных электростанций. Затем он может быть сохранен и использован для выработки электроэнергии (в топливных элементах или газовых турбинах) в периоды пикового спроса или безветренной/пасмурной погоды, решая проблему нестабильности ВИЭ.
  • Децентрализованное энергоснабжение: Водородные топливные элементы могут служить автономными источниками энергии для зданий, больниц и критической инфраструктуры.
• "Зеленая" промышленность:
  • Производство стали: Замена угля и кокса "зеленым" водородом (полученным с помощью ВИЭ) в процессе прямого восстановления железа из руды ($Fe_2O_3 + 3H_2 \rightarrow 2Fe + 3H_2O$) позволит кардинально сократить выбросы $CO_2$ в металлургии.
  • Химическая промышленность: Перевод производства аммиака, метанола и других химикатов на "зеленый" водород для декарбонизации сектора.
• Теплоснабжение: Водород может подмешиваться в существующие газовые сети или использоваться в чистом виде в специальных водородных котлах для отопления зданий.

Основными вызовами на пути к водородной экономике являются высокая стоимость производства "зеленого" водорода, необходимость создания сложной инфраструктуры для его хранения и транспортировки, а также решение вопросов безопасности.

Ответ: Перспективы применения водорода связаны с его ролью как экологически чистого энергоносителя в транспорте (особенно тяжелом), в качестве способа хранения энергии от возобновляемых источников, а также для декарбонизации промышленности (металлургии, химии) и теплоснабжения, что является ключом к построению безуглеродной экономики будущего.