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学好数理化,理解“南阳水氢燃料汽车”都不怕!

来源:罗孟飞 氢思语 编辑:James&Ani 时间:2019-05-26 08:40:05

这几天,全国人民都在关注“南阳水氢燃料汽车”一事,弄得沸沸扬扬。本不想参与这个无聊的讨论,但是今天与两个微信朋友的交流:一个朋友发给我如下文章,说明这个水氢汽车不是瞎搞瞎吹的;另一位朋友内心觉得也是可信的。因此,触动了我应该写点什么,我觉得首先必须要澄清一些相关的基本概念。

首先,向各位展示一下我在2017年8月22日在中国经济网第一次看到和前几天几乎一样版本,当时我忍不住的在微信朋友圈里发表了我的观点:一个企业不遵守科学,必定走向死亡!

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为了分辨水氢燃料汽车是否是骗局,我觉得几个必须搞清楚和认识几个基本概念,最近几天出现频率最高的是:水(H2O)、氢气(H2)、水制氢、催化剂、水氢燃料车、氢燃料汽车、氢燃料电池汽车、氢用铝合金。

1. 水(H2O)和氢(H2)

水,化学分子式为H2O,由氢、氧两种元素组成。在常温常压下为无色无味的透明液体,被称为人类生命的源泉。

氢气,化学分子式为H2,由单一的氢元素组成。百度上是这样介绍氢气的:常温常压下,氢气是一种极易燃烧,无色透明、无臭无味且难溶于水的气体。氢气是世界上已知的密度最小的气体,氢气还可用作还原剂。

氢气(H2) 最早于16世纪初被人工制备,当时使用的方法是将金属置于强酸中。氢气燃烧生成水(2H₂+O₂点燃=2H₂O),放出热。工业上一般从天然气或水煤气制氢气,而不采用高耗能的电解水的方法。

2.水制氢气

前面讲到了氢气可以在空气中燃烧生成水,这个反应的逆反应就是水制氢气反应:2H2O==2H2+O2。氢气燃烧,类似于我们在家里煤气燃烧,是强放热反应,输出能量。因此,逆反应(水制氢气)是强吸热反应,需要能量输入。工业上常见的是电解水生成氢气,发生的反应就是:2H2O==2H2+O2;当前学术界在水制氢气研究领域的热点是光分解制氢气。电和光通过能量输入,实现水的分解,光分解制氢气过程,还必须在催化剂帮助下才能实现,不过现在还处在基础研究阶段。

3.化学反应发生的必要条件

一个化学反应能否可自发进行,取决于反应过程化学热力学和动力学。热力学参数是自由能变化ΔG;动力学参数是反应活化能ΔE。化学热力学的核心理论有三个:所有的物质都具有能量,能量是守恒的,各种能量可以相互转化;事物总是自发地趋向于平衡态。化学动力学是研究化学反应速率及各种因素(如浓度、温度、压力、催化剂、介质等)对反应速率的影响,以及反应物按什么途径、经过哪些步骤才转变为产物的。

以上可能说的太专业了,我就用通俗一点方式来介绍:热力学参数是标准自由能变化ΔG;动力学参数是反应活化能ΔE,对化学反应的影响。以水库为例:水库水位高,下游水位低。一个化学反应的ΔG好比喻就是水库水位与下游的落差ΔH1,只要落差的存在,水就具备了向下流动的动力。在化学反应中,反应物分子的能量必须高于反应产物的能量,才能具备发生化学反应的条件,这就是化学反应的ΔG。但是水库有大坝存在,虽然水库水位与下游的落差ΔH1,但是水依然无法流到下游,这就是因为水库水位低于大坝高度ΔH2,好比是化学反应的活化能。只有水位超过大坝高度,水才能流到下游。

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如果大坝下方有出水口,水就从高处流到低处,放出能量,这是水库电站发电的原理。如果要把水从低处抽到高处就要用抽水机,要输入能量。这也就是抽水蓄能发电的原理,但是抽水需要的能量,必然大于发电放出的能量。但是为什么还要这样做,第一晚上电力过剩,电价便宜,白天电力不足,电价贵。这个过程虽然能量是减少的,但还是有经济效益的。

把水库上游比喻为氢气和氧气,下游比喻为水,也是一样的道理,如果想从水变成氢气和氧气需要能量输入。有人计算过,一摩尔氢气和氧气反应生成水放出242KJ能量,而分解一摩尔水生成氢气和氧气则需要286KJ能量,除非万不得已才会做这样的买卖。

4. 催化剂

先来看看催化剂的定义,根据国际纯粹化学与应用化学联合会(IUPAC)1981年的定义:催化剂是一种改变反应速率但不改变反应总标准吉布斯自由能ΔG的物质。这种作用称为催化作用,涉及催化剂的反应称为催化反应。催化剂自身的组成、化学性质和质量在反应前后不发生变化。

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催化剂实际上是改变化学反应的活化能ΔE,通过降低化学反应的活化能ΔE,来加快化学反应。特别注意催化剂自身的组成、化学性质和质量在反应前后不发生变化。好比,水库大坝里打了一个洞,水就可以流到下游了。但是水库大坝里打一个洞,不可能使下游的水往高处跑的。

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5.水氢燃料车

不知道“水氢燃料车”这个名字是谁发明的?百度里也找不到这个说法。水不是燃料,氢(氢气)是燃料可以燃烧,但水氢是什么东西就不知道了。我估计是想表达从水中获得的氢气?其实就是是氢燃料车。请各位去问问青年集团和南阳市领导吧。

6.氢燃料汽车、氢燃料电池汽车

氢燃料汽车是指以氢气为燃料的汽车。按照字面理解是,将柴油或汽油的内燃机,改成使用气体氢气通过燃烧推动汽车,也就是氢内燃机。

氢燃料电池汽车,氢燃料电池指的是氢通过与氧的化学反应而产生电能的装置(单纯依靠燃烧氢来驱动的“氢内燃机”,也曾出现过,比如宝马的氢能7系)。氢燃料电池负责发电,通过电动机驱动汽车。因此,氢燃料电池车可以理解为一辆“自带氢燃料发电机的电动车”。下图就是氢燃料电池的工作原理。即氢燃料电池的原理是把氢输入燃料电池中,氢原子的电子被质子交换膜阻隔,通过外电路从负极传导到正极,成为电能驱动电动机;质子却可以通过质子交换膜与氧化合为纯净的水雾排出。

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7.氢用铝合金

铝合金相信各位都很熟悉,但是氢用铝合金估计是第一次听说。为什么和氢用铝合金扯上关系呢?是因为看到一篇题为“南阳“水氢汽车”技术领衔人董仕节:这项研究不是瞎搞瞎吹”。仔细查看相关研究就会发现,这是金属铝和水反应制备氢气的技术。原理和100年前的活泼金属和水反应生成氢气一样的。水制氢的基本化学反应为2Al+6H2O==2Al(OH)3+3H2↑。当然,湖北工业大学董仕节教授研究的是利用铝合金材料来阻止金属铝表面的快速化生成氧化膜(三氧化二铝),使反应继续进行。我们用铝壶烧开水很多年,没有产生氢气,原因是铝与氧迅速的形成致密氧化膜(三氧化二铝)阻止反应进一步进行。与南阳说的水氢燃料汽车好像是两码事。

总 结:

从以上基本概念可以看出,水在没有外界能量输入时,是不可能生成氢气的。湖北工业大学董仕节教授研究的制氢原理和南阳水氢燃料汽车的制氢完全不同的原理。董仕节教授研究的铝合金材料不是催化剂,是参与反应的原料。所谓的车载水解制氢技术实现了车载水实时制取氢气,车辆只需加水即可行驶,是不可能的。有人说用“催化剂+水”反应产生氢气,如果催化剂+水反应产生氢气,这“催化剂”是催化剂吗??不仅仅是偷换概念,纯粹是胡说八道!

综上所述,当务之急是要做好科普教学工作,特别是政府管理部门要加强自身科普知识的学习,特别是化学、物理方面的知识。不要再出现像南阳市领导这样大出洋相、大笑话的事件了!!!

注:部分插图来自网络,表示感谢

标签:氢能源汽车   原理  新闻

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