Quale forma di idrogeno è stata discussa come combustibile?
doc-7693
La densità di energia per unità di volume di idrogeno liquido e idrogeno gassoso compresso a qualsiasi pressione praticabile è significativamente inferiore a quella delle fonti di combustibile tradizionali, anche se la densità di energia per unità di massa di combustibile è superiore. Tuttavia, l' idrogeno elementare è stato ampiamente discusso nel contesto dell' energia, quale possibile vettore energetico futuro su scala economica. Ad esempio, la cattura e lo stoccaggio del CO2 2, seguiti dalla cattura e dallo stoccaggio del carbonio, potrebbero essere effettuati nel punto di produzione di CO2 2 a partire da combustibili fossili. L' idrogeno utilizzato nei trasporti brucerebbe in modo relativamente pulito, con alcune emissioni di NOx, ma senza emissioni di carbonio. Tuttavia, i costi di infrastruttura associati alla piena conversione ad un' economia basata sull' idrogeno sarebbero considerevoli. Le celle a combustibile possono convertire l' idrogeno e l' ossigeno direttamente in elettricità in modo più efficiente rispetto ai motori a combustione interna.
None
doc-7644
L' emergere universale dell' idrogeno atomico si è verificato per la prima volta durante l' epoca della ricombinazione. A temperatura e pressione standard, l' idrogeno è un gas diatomico incolore, inodore, insapore, non tossico, non metallico, altamente combustibile con formula molecolare H2. Poiché l' idrogeno forma facilmente composti covalenti con la maggior parte degli elementi non metallici, la maggior parte dell' idrogeno sulla Terra esiste in forma molecolare, ad esempio sotto forma di acqua o composti organici. L' idrogeno svolge un ruolo particolarmente importante nelle reazioni acido-base, in quanto molte reazioni acido-base comportano lo scambio di protoni tra molecole solubili. Nei composti ionici, l' idrogeno può assumere la forma di una carica negativa (cioè anione) quando è noto come idruro, o come specie a carica positiva (cioè catione) indicata dal simbolo H+. Il catione idrogeno è scritto come se fosse composto da un protone nudo, ma in realtà, i cationi di idrogeno nei composti ionici sono sempre specie più complesse di quanto ciò suggerirebbe. Come unico atomo neutro per il quale l' equazione di Schrödinger può essere risolta analiticamente, lo studio dell' energia e del legame dell' atomo di idrogeno ha svolto un ruolo chiave nello sviluppo della meccanica quantistica.
None
doc-7652
Esistono due isomeri di spin diversi delle molecole diatomiche dell' idrogeno che differiscono per lo spin relativo dei loro nuclei. Nella forma ortoidrogeno, le rotazioni dei due protoni sono parallele e formano uno stato di terzina con un quantico di spin molecolare di 1 (1?2+1?2?2); nella forma paraidrogeno le rotazioni sono antiparallele e formano una singola con un quantico di spin molecolare di 0 (1?2-1?2?2). A temperatura e pressione standard, l' idrogeno gassoso contiene circa il 25% della forma para e il 75% dell' orto, detta anche "forma normale". Il rapporto di equilibrio tra ortoidrogeno e paraidrogeno dipende dalla temperatura, ma poiché la forma dell' orto è uno stato eccitato e ha un' energia maggiore della forma para, è instabile e non può essere purificata. A temperature molto basse, lo stato di equilibrio è composto quasi esclusivamente dalla forma para. Le proprietà termiche della fase liquida e gassosa del paraidrogeno puro differiscono significativamente da quelle della forma normale a causa delle differenze nelle capacità termiche di rotazione, come discusso più ampiamente negli isomeri di spin dell' idrogeno. La distinzione orto/para si verifica anche in altre molecole o gruppi funzionali contenenti idrogeno, come l' acqua e il metilene, ma è di scarsa importanza per le loro proprietà termiche.
None
doc-14780
I processi chimici solari utilizzano l' energia solare per produrre reazioni chimiche. Questi processi producono energia di compensazione che altrimenti verrebbe da una fonte di combustibili fossili e possono anche convertire l' energia solare in combustibili immagazzinabili e trasportabili. Le reazioni chimiche indotte dal sole possono essere suddivise in reazioni chimiche termochimiche o fotochimiche. La fotosintesi artificiale può produrre una varietà di combustibili. La chimica catalitica multielettronica coinvolta nella produzione di combustibili a base di carbonio (come il metanolo) dalla riduzione dell' anidride carbonica è impegnativa; un' alternativa praticabile è la produzione di idrogeno dai protoni, anche se l' uso dell' acqua come fonte di elettroni (come fanno le piante) richiede padroneggiare l' ossidazione multielettronica di due molecole di acqua per l' ossigeno molecolare. Alcuni prevedono che entro il 2050 saranno operativi impianti solari nelle aree metropolitane costiere - la scissione dell' acqua di mare che fornisce idrogeno da far passare attraverso le adiacenti centrali elettriche a celle a combustibile e il sottoprodotto puro dell' acqua che entra direttamente nel sistema idrico comunale. Un' altra visione riguarda tutte le strutture umane che ricoprono la superficie terrestre (cioè strade, veicoli ed edifici) facendo la fotosintesi in modo più efficiente rispetto alle piante.
None
doc-7646
La produzione industriale deriva principalmente dal reforming a vapore del gas naturale e, meno spesso, da metodi di produzione di idrogeno ad alta intensità energetica, come l' elettrolisi dell' acqua. La maggior parte dell' idrogeno è impiegata in prossimità del suo sito di produzione, con i due maggiori impieghi: la lavorazione dei combustibili fossili (ad esempio l' idrocracking) e la produzione di ammoniaca, principalmente per il mercato dei fertilizzanti. L' idrogeno è un problema metallurgico perché può infragilire molti metalli, complicando la progettazione di tubazioni e serbatoi di stoccaggio.
None
doc-7653
Sebbene H2 non sia molto reattivo in condizioni standard, forma composti con la maggior parte degli elementi. L' idrogeno può formare composti con elementi più elettronegativi, come alogeni (ad esempio F, Cl, Br, I) o ossigeno; in questi composti l' idrogeno assume una carica parziale positiva. Quando legato a fluoro, ossigeno o azoto, l' idrogeno può partecipare in una forma di legame non covalente di media resistenza con altre molecole simili tra i loro idrogeni chiamato legame idrogeno, che è fondamentale per la stabilità di molte molecole biologiche. L' idrogeno forma anche composti con elementi meno elettronegativi, come metalli e metalloidi, nei quali assume una carica negativa parziale. Questi composti sono spesso noti come idruri.
None
doc-8520
Von Neumann continuò indisturbato nel suo lavoro e divenne, insieme a Edward Teller, uno di quelli che sostennero il progetto delle bombe a idrogeno. Collabora poi con Klaus Fuchs per l' ulteriore sviluppo della bomba, e nel 1946 i due depositano un brevetto segreto su "Miglioramento dei metodi e dei mezzi per l' utilizzo dell' energia nucleare", che delinea uno schema per l' utilizzo di una bomba a fissione per comprimere il combustibile di fusione per avviare la fusione nucleare. Il brevetto Fuchs-von Neumann utilizzava l' implosione da radiazioni, ma non nello stesso modo in cui è stato utilizzato in quello che è diventato il design finale della bomba a idrogeno, il progetto Teller-Ulam. Il loro lavoro è stato, tuttavia, incorporato nel "George" colpo di operazione Greenhouse, che è stato istruttivo nel testare i concetti che sono andati nella progettazione finale. Il lavoro di Fuchs-von Neumann è stato trasmesso da Fuchs all' Unione Sovietica come parte del suo spionaggio nucleare, ma non è stato utilizzato nello sviluppo indipendente del progetto Teller-Ulam dei sovietici. Lo storico Jeremy Bernstein ha sottolineato che, ironicamente,"John von Neumann e Klaus Fuchs, nel 1946 produssero una brillante invenzione che avrebbe potuto cambiare l' intero corso dello sviluppo della bomba a idrogeno, ma che non fu completamente compresa fino a quando la bomba non fu fatta con successo".
None
doc-7676
L' elettrolisi dell' acqua è un metodo semplice per produrre idrogeno. L' acqua attraversa una corrente a bassa tensione e si forma ossigeno gassoso all' anodo mentre si forma idrogeno gassoso al catodo. Tipicamente il catodo è fatto di platino o di un altro metallo inerte quando produce idrogeno per lo stoccaggio. Tuttavia, se il gas deve essere bruciato in loco, è auspicabile l' uso di ossigeno per favorire la combustione e quindi entrambi gli elettrodi dovrebbero essere realizzati con metalli inerti. (Iron, per esempio, si ossiderebbe, e quindi diminuire la quantità di ossigeno rilasciato.) L' efficienza teorica massima (elettricità utilizzata rispetto al valore energetico dell' idrogeno prodotto) è compresa tra l' 80-94%. elettrolisi dell' acqua.
None
doc-7696
L' idrogeno rappresenta un certo numero di pericoli per la sicurezza umana, da potenziali detonazioni e incendi se mescolato con l' aria fino ad essere un asfissiante nella sua forma pura e priva di ossigeno. Inoltre, l' idrogeno liquido è un criogeno e presenta pericoli (come il congelamento) associati a liquidi molto freddi. L' idrogeno si scioglie in molti metalli e, oltre a fuoriuscire, può avere effetti negativi su di essi, come l' infragilimento dell' idrogeno, che porta a crepe ed esplosioni. La fuoriuscita di gas idrogeno nell' aria esterna può innescarsi spontaneamente. Inoltre, il fuoco da idrogeno, pur essendo estremamente caldo, è quasi invisibile e può provocare ustioni accidentali.
None
doc-7673
In condizioni normali sulla Terra, l' idrogeno elementare esiste come gas diatomico, H2. Tuttavia, l' idrogeno gassoso è molto raro nell' atmosfera terrestre (1 ppm in volume) a causa del suo peso leggero, che gli permette di sfuggire alla gravità terrestre più facilmente dei gas più pesanti. Tuttavia, l' idrogeno è il terzo elemento più abbondante sulla superficie terrestre, soprattutto sotto forma di composti chimici come idrocarburi e acqua. L' idrogeno gassoso è prodotto da alcuni batteri e alghe ed è un componente naturale del flatus, così come il metano, esso stesso fonte di idrogeno di crescente importanza.
None
doc-7665
Il primo palloncino pieno di idrogeno fu inventato da Jacques Charles nel 1783. L' idrogeno ha fornito l' ascensore per la prima forma affidabile di viaggio aereo dopo l' invenzione del 1852 del primo dirigibile a idrogeno da Henri Giffard. Il conte tedesco Ferdinand von Zeppelin promosse l' idea di dirigibili rigidi sollevati dall' idrogeno che in seguito furono chiamati Zeppelin, il primo dei quali ebbe il suo volo inaugurale nel 1900. I voli di linea regolari iniziarono nel 1910 e con lo scoppio della prima guerra mondiale nell' agosto 1914, avevano trasportato 35.000 passeggeri senza un grave incidente. I dirigibili a idrogeno sono stati utilizzati come piattaforme di osservazione e bombardieri durante la guerra.
None