如果找到一种催化剂,以很低的成本把水分解成氧气和氢气,人类是不是就摆脱了能源问题?

很多人鼓吹研究一种催化剂,在常温条件下分解水,产生氧气和氢气,就解决能源问题了。

对此,我只想说,说出这种话的人,多半是初中就没毕业的文盲,或者是没怎么读过书的,还是个科学盲,一点物理化学知识都不懂。另外鼓吹未来有了核能,可控核聚变,或者微小核聚变反应,就能大大解决能源问题,这种人你也可以划到这一类人。

首先说催化剂的定义,是改变化学反应的路径,使得难以发生的化学反应,能够容易的发生,前提条件是,这个反应本身倾向于容易发生。举个栗子,你想从一座小山上,把一块大石头推到山脚下,而这块大石头前面有一颗树挡着。这种情况,我们知道石头从山上推下来,只要没什么挡着,是很容易发生的,偏偏有一棵树挡着,你要越过去很难,这时候,如果你设计一条路让石头从侧面走,成功的把大石头推下山,这就是催化剂的作用。

再来说说,水分解产生氧气和氢气。我们知道氢气很容易燃烧,并且容易爆炸,放出大量的热,这就相当于把石头从山上推到山脚下,非常容易,一点火就能发生了。而水分解产生氧气氢气,是一个逆向的反应,就相当于把一块大石头从山脚下推到山顶上,这容易吗?这个反应可以发生,但是前提是你要提供大量的能量,无论你使用什么催化剂,提供什么路径,要想这个反应发生很难很难,电解水需要提供大量的电能。我们来说说,用催化剂,使水在太阳光下电解,产生氢气,这个过程理论上可以做到,但是太阳光的能量太弱了,即使能发生,水分解的速度也非常非常慢,能量不够。

这就来说说氢能源汽车,你花费大量的电能来产生氢气,又让氢气在燃料电池中反应产生电供给汽车,这两个过程都有大量能量损失,成本消耗很高。另外,氢气产生了,非常轻,容易泄露,很不安全,运输储存这都是很大的成本。燃料电池要用到催化剂铂,铂很贵,而且气体不纯铂很容易中毒,这就要求氢气纯度很高,所以成本也会很高,因为纯度不够的氢气或许可以拿来燃烧,但是没法用在电池上。

最后说说核聚变,理论上核聚变在未来或许可以实现,当然这是在理论上。以目前最新的研究水平,没有一个人能保证未来50年一定能实现可控制的核聚变,目前的科技水平还没摸到边。所以提出这种说法的,多半是不了解科技发展的,一个苹果不可能一口吃下,也许可控核聚变未来500年才会实现呢,那时候你都成灰了,现在也就是瞎想而已,毫无根据的瞎想。




可笑的中国新能源车,实际就是电动车。把一次能源(石油,煤,水能等)————损失70%转化成220伏电————损失70%转化成锂电池储存————损失70%转化成小车动能。这是新能源车吗?是大耗能浪费能源车,中国有多少资源浪费啊?哪一个发达国家大力推广电动车啊?而且也不见得多环保,燃烧能源也产生污染,集中处理而已,核能领事故还好,出了事故呵呵,锂电池就是大污染。所以,目前国内所有新能源汽车,都是骗国家补贴的,百害一利(锂电池的研发有利)。另,70%能源转化损耗,是初二物理书本得来的,就是关于能量这章节




能量守恒定律是物理学里的一个中心定律,它描述的是:在一个孤立系统里总能量会保存不变,不会无缘无故的消失,也不会无缘无故的产生。它只能从一种形式转换成另一种形式。所以,能量只能转化不能产生。

在化学反应里同样遵守能量守恒定律,氢和氧燃烧产生水释放出来的能量,和将水分离成氢气和氧气所消耗的能量在理论上是相当的。但实际操作中会损失大量的能量。催化剂的作用只能是让反应更容易发生,而不能凭空产生能量。

由于能量守恒定律看似简单,由于能量转换的形式是多种多样的,所以很具欺骗性。很多骗局就是利用了这点来迷惑大众的。王洪成的“水变油”骗局就是这样。

图:王洪成(左1)

在上世纪80年代,一个叫王洪成的司机声称发明了一种添加剂,可以使水变成油。实际上,他只是采用了魔术、加入乙炔等手法来欺骗验证者。1993年《经济日报》发表《水真能变成油吗?》的文章,宣称这是继四大发明以后的第五大发明。这个骗局从80年代一直持续到90年代,造成了大量的损失,投资者血本无归。最后这家伙被判刑10年。最近这种骗局还在印度流行。

虽然水变油是不可能的(无端产生能量),但用水作为燃料还是可行的,燃料电池就是一种。


图:燃料电池

燃料电池在阳极上,利用催化剂将氢气(燃料)氧化,使其变成一个正电荷离子和一个带负电荷的电子。特殊的电解液可使得带正电荷的离子通过,带负电荷的电子无法通过。电子被释放在导线中流动,从而产生电流。离子通过电解液后到达阴极与电子团聚,并与氧气反应,生产水。

燃料电池技术已经在航天器上大量采用,它不光能够提供能源,还能为航天员提供必须的水。这一技术目前正在走向民用。例如燃料电池汽车,日本在这一领域较为领先。

图:中国的核聚变反应实验装置

水变燃料的另一种方式就是:从水里分离出氢的同位素“氘”,氘和氚的核聚变反应可满足人类未来上百亿年的能源。氘氚核聚变反应过程中会损失质量,质量会转换成能量,并满足质能方程:E=mc²

氚在自然界中很少,且不稳定,可用中子轰击氘来获得。这一技术应该在10年内得以实现。这也是人类的终极能源获得方式之一。

当然,水变燃料还有其他的方式,例如用水来培养藻类,利用藻类来提炼油。但无论哪一种方式都不能违背能量守恒定律。




只要深刻理解能量守恒,就不会有类似的想法了。

能量不会凭空产生,也不会凭空消失。我们用水来分解氢气,为什么?当然是让它在氧气中燃烧,产生大量的内能(热能)。这个过程中,氢气与氧气发生化学反应变成了水。而我们又企图以低能量将水分解成氢气和氧气。氢变成水,水变成氢,氢变成水……还伴随内能的不断增加。如此反复循环,那岂不是稳赚不赔?这里最关键的就是存在循环。物理世界是绝对不允许这类事发生的,违背了能量守恒定律。水分解成氢的能量代价必定等于或高于氢燃烧释放的能量。理论上是等于,高于是因为实际分解过程中施加的能量没有充分利用(比如变成热跑掉了)。

那么科学家有没有可能未来某一天找到一种催化剂,真的实现低能量分解水变成氢呢?肯定不可能!只要是催化剂在整个过程中没有变化,或者说变化了又能够“复原”,构成循环,就注定不可能。催化剂的作用仅仅是加速分解的过程。而对整个过程的能量消耗没有影响。这就好比将一块石头从山顶推向山脚,不管走什么样的路线,它到达山脚的速度都是相等的(理想情况,即忽略摩擦力)。而催化剂的作用就相当于找到了一条更短的路线。

假如催化剂在整个过程中发生了不可逆的变化,则有可能导致水可以以低能量分解氢。但是,此时催化剂就不叫催化剂了。催化剂必然是可逆的,可循环的。如果不可逆,则意味着我们是通过消耗所谓“催化剂”来产生能量。既然东西消耗掉了,越用越少,那自然代价很大,就失去了本身的意义。再次强调,发生消耗的物质不叫催化剂。

有人试图用铀可以廉价产生大量原子能来证明水也可能发生类似的情况。他们最喜欢说的话就是:我们今天没有发现不代表未来就发现不了。事实上,永远不可能发现。铀在发生裂变后,产生大量原子能,其威力惊人,核电站就用了这个原理。但是铀的裂变是不可逆的。也就是说铀永远消耗掉了,而要想凭空再重新合成铀则是不可能的或者说其能量消耗要大于它所释放的原子能。而水分解成氢和氧,氢又在氧中燃烧重新变回水。是否可逆,这就是水和铀的最大区别。

至于从水中提取氢的同位素,则是不可逆的。这时候氢的同位素的使用,也不再是简单的燃烧,而是核聚变,其能量比铀还厉害,所以前景诱人。这个水不是普通的水,是包含氢同位素的水,用完就没有了(所以与传统的水分解氢有本质区别)。不过庆幸的是这类水,目前足够用上亿年。这个问题就扯远了,与本主题关系不大。




水分解成氧气和氢气,然后氢气跟氧气燃烧,又生成了氧气,这看似一个一劳永逸摆脱了能源问题的过程,然而这是不可能实现的。

即使操作过程中能够达到100%效率,那么你从燃烧氢气中获得的能量也就会和分解水所需的能量完全相同,这是热力学第一定律的结果。催化剂不会改变这个基本过程,催化剂所做的只是降低活化能,从而加速在热力学上有利的反应。在每个反应中,使反应发生所需要的能量输入与反反应的能量输出完全相同,反之亦然。

所以,无论你的催化剂怎样,成本多低,按照化学反应的热力学定律要求,必须给水添加足够的能量,才能把它分解成氢气和氧气,标准状态下所需的总能量输入为286kJ/mol(确切地说是285.83kJ/mol),催化剂不能降低所需的能量。而事实上操作过程中,它们需要你消耗更多的能量。比如说,如果电解制氢然后燃烧用于家庭取暖,最终产生的热能仅为开始时电能的62%,因此水不能成为能量的来源。

如果某种催化剂分解水真的能够降低所需要的能量投入,那么我们目前的热动力学定律就必须重写,而且在这种情况下,你就可以建造一台永动机了。

当然,现在有许多科学家在研究开发将水分解成氢和氧的催化剂,但这些研究的最终目的都只是把氢气作为能源载体,而不是把水作为能源来源,即把剩余用不完的电力用于电解水把能源以氢气的形式储存起来,如下图。




不一定是催化剂,也可能是一台仪器。

看那么多人煞有介事地在那里显摆着自己渊博的科学知识(也说不定是直接从哪儿复制过来的,因为我看到很多人的内容是一样的),不禁发出一阵冷笑。

记得有人说过,“飞机是一种有趣的玩具,但毫无军事价值。”知道谁说的吗?—法国高级军事学院院长、第一次世界大战协约国军总司令福煦元帅。(这一串头衔以及名字是我复制过来的)。

当科技发展到今天这个地步,居然还会有人如此的缺乏起码的想象力,缺乏对科技发展起码的尊重,真是无话可说了。





只有三类人会拥护,第一是无知的人,第二是别有用心的人,第三是既无知又别有用心的人。科研经费就这样被挥霍,真是让人气笑了。

未来新能源汽车,主流依然是纯电动,不论商用或是乘用,氢能根本就是不入流的选择,非常鸡肋。难以推广开的最大阻力就是制氢环节,从石油或天然气提炼,面临如何回收二氧化碳之类的温室气体,电解催化又要耗去电能。加之氢燃料电池造价不菲。所以评价就两字"鸡肋"。将来随着电池技术不断推进(能量密度提升),氢能源车会逐步被遗忘。

就这种即将被淘汰的技术,也能被别有用心的人利用以骗补,真是服了。




其实能源问题人类早已经解决了。

现在人类的能源有石油、煤炭、风力、太阳能,地热等。最常用石油、煤炭以及各种各样能源产生的电力。

就说石油吧,很多科学家声称石油是不可再生的。不是有科学家证明石油是地壳运动的副产品,是会源源不断的产生的。只是地区性分配不均。

如果各大产油国都开采,起码100年没问题。到时候地壳里又会有新的石油产生。

能源现在和将来都不是问题。问题是被资本控制了。资本的贪婪是可怕的,欧佩克就是为了控制石油产量来控制油价的。战争冲突的背后不都有资本的身影吗。

现在随着环保意识的增加,人类越来越希望清洁能源的大面积使用。

比如我国的风力发电机安装了不少,但是要并网发电就要用到国电等公司的输电网,由于利益关系迟迟不能并网。

所以说能源从来就不是问题,关键是人类社会的大生产结构方式。这不是某一个国家能解决的,除非整个社会从原始开始重新进化,到谁又能操作进化到最后会不会还是这个样子呢?







看了这几天沸沸扬扬的“水”车,

我默默的翻出了前些年的发明设计,

是到了申请专利的时候了。。。

他这个“水”车,更适合船用,放到海里取水多方便啊,还搞什么核动力潜艇母舰嘛

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投稿时间:2019-06-18  最后更新:2020-11-26

标签:能量   能源   催化剂   氢气   氧气   水分   发生   分解   消耗   化学反应

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