I bi vodonik ...( I deo )

        Vodonik je na običnoj temperaturi u gasovitom agregatnom stanju, pomoću pritiska, na temperaturi od -240,2% može da se pretvori u tečnost, koja ključa pod atmosferskim pritiskom na -252,8, a mrzne na -259,2. Da se vodonik može sabiti i u čvrsto stanje znalo se i pre ali je eksperimentalno potvrđeno nedavno. Vodonik u obliku metala postoji u prirodi duboko u unutrašnjosti plinskih divova u Sunčevom sistemu, ali do sada nije nikad bio direktno opažen.

       Trenutno se vodonik- metal dobijen eksperimentom može videti samo kroz dva dijamanta, koja su korišćena za razbijanje tečnog vodonika na temperaturi daleko ispod nule. Ključno je pitanje hoće li se  svojstva ovog vodonika - metala zadržati na sobnoj temperaturi. 

“Ovo je prvi ikada napravljeni primerak metalnog vodonika na Planeti, tako da kada gledate u njega, budite svesni da gledate u nešto što nikada do sada nije postojalo“, rekao je profesor Isak Silvera, koji je zajedno sa doktorom Rangom Dijasom došao do ovog otkrića. 

Manji od preseka dlake na glavi: Sićušni uzorak je, kako se pritisak povećavao, promenio boju od prozirne, preko crne, do visoko reflektirajuće. Tim sa Harvarda tvrdi da je sjaj i reflektirajuća boja znak da je materijal postao čvrsti metal.

  Namera je bila da se atomi vodika slože tako blizu jedan drugome da formiraju kristalnu rešetku i počnu deliti svoje elektrone - ponašanje koje je upravo ono koje imaju metali.

Zbog čega vodonik toliko zaokuplja pažnju? Ako je to istina - a to je kontroverzna tvrdnja - to ispunjava više od 80 godina dugu potragu za proizvodnjom onoga što mnogi smatraju čudesnim materijalom. To je zbog zapanjujućih svojstava koja obećava, mogao bi biti metastabilan; to jest, jednom kada se stvori pod ekstremnim uslovima, zadržao bi svoje stanje čak i kada bi se vratio na sobni pritisak i temperaturu. A ako je, kao što neki misle, ujedno i supravodič nultog otpora, to bi moglo dovesti do revolucije u prenosu i skladištenju električne energije, kablovi bi mogli napajati energijom celu zemlju bez električnih gubitaka kakvi se javljaju u standardnim električnim mrežama. 

NAUKA

      Zbog relativno jednostavne atomske strukture, sastoji se samo od protona i elektrona, uz spektar svetlosti koji proizvodi ili ga apsorbuje, vodonik je bio centralna figura za razvoj teorije strukture atoma. Štaviše, odgovarajuća jednostavnost molekula vodonika i odgovarajućih katjona H₂+, vodila je do potpunijeg razumevanja prirode hemijskih veza, koja je usledila ubrzo nakon pojave kvantno-mehaničkog tretmana atoma vodonika sredinom 1920-ih.

ENERGIJA

Otkrića o vodoniku naučnicima su pružila potpuno novi uvid u potencijalni izvor energije.Vodonik u gasnom i tečnom stanju se već uveliko koristi. Metalni vodonik bi doneo revolicuju moderne tehnologije, omogućavajući kreacije superbrzih kompjutera, brzih levitirajućih vozova i ultraefikasnih vozila, ali i drastičan napredak skoro svega što sadrži električnu energiju. 

MEDICINA

istraživanja vodonika su donela nove uvide već u brojne vrsta živih bića, među kojima i široko rasprostranjeni mikrobi koji se ispod zemljine kore hrane vodonikom u okeanima. Inače, vodonik se koristi više od 40 godina u eksperimentalnoj i kliničkoj medicini, a poslednja decenija praćena je izuzetnim otkrićima kada je reč o korisnim efektima ovog jednostavnog molekula. Otkriveno je da molekularni vodonik ima više funkcija u organizmu čoveka, među kojima su anti-inflamatorna, anti-alergijska, antioksidantna, puferska i regulatorna uloga. Korisni efekti vodonika potvrđeni su u preko 70 eksperimentalnih modela bolesti i 13 kliničkih studija, posebno kod oboljenja koja su praćena izraženim oksidativnim stresom, kao što su šećerna bolest, metabolički sindrom, infarkt mozga, reumatoidni artritis ili neurodegenerativne bolesti.

Molekularni vodonik ima sposobnost selektivne neutralizacije toksičnih molekula (slobodnih radikala) na mestu povrede ili oštećenja, a mala molekulska masa omogućava brzu i duboku penetraciju vodonika u inače nedostupne tkivne prostore i ćelijske organele zahvaćenog tkiva.

Ovaj čudesni gas se u zemaljskim uslovima veoma retko nalazi u slobodnom stanju, ali zato gradi veliki broj organskih (retka su organska jedinjenja bez vodonika ) i neorganskih jedinjenja. Najviše ga ima u vasioni, blizo 90% (88,6 at.%), u gornjim slojevima Zemlje se nalazi >0,9%, u našem telu je treći po zastupljenosti, te čini 10% našeg tela.

VODONIK KAO GORIVO

Korišćenje vodonika kao goriva nije velika novost i poznato je da se gorivne ćelije i vodonik koriste u svemirskim programima jer su izuzetno jednostavne za upotrebu, veoma izdašan izvor energije.
Vodonik ima potencijal da energijom snadbeva planetu, a prednost ovog goriva je što iza sebe ostavlja samo vodu i toplotu. Međutim postoje tri problema na putu šire upotrebe vodonika kao goriva:

1. proizvodnja;
2. skladištenje;
3. tehnologija vodoničnih ćelija.

Postoji već priličan broj načina proizvodnje vodonika. Traži se, naravno najjeftiniji. Realan problem je trenutni nivo tehnologije u proizvodnji. On je momentalno dosta visok, za 1 kg vodonika je potrebno 35KWh električne energije, što ga u ovom momentu ne čini konkurentom fosilnim gorivima po ceni. U završnoj su fazi tehnologije koje bi trebalo da obezbede znatno prihvatljiviju cenu vodonika. Ne treba zaboraviti da je gorivna ćelija 1,7 puta efikasnija kao motor od dizel motora.

Evo jednog primera ekonomičnijeg sistema izdvajanja vodonika iz vode.

IZDVAJANJE VODONIKA

Dosadašnji procesi za izdvajanje vodonika su zahtevali temperature od 2500 stepeni Celzijusa, što je celu stvar činilo nekonomičnom. Projekat, vredan preko 3 miliona dolara zajednički su finansirale i opremile EU, Švedska, Švajcarska, Francuska i Izrael. U pitanju je proces izdvajanja vodonika iz vode, pomoću sunčeve energije. Njihovo dostignuće je značajno pošto su pronašli način da prikupe dovoljno solarne energije, tako da je proces izdvajanja vodonika relativno jeftin. Ključ za uspešno prikupljanje energije je solarni toranj, pomoću koga se sunčevi zraci koncentrišu do temperature od 1200 stepeni Celzijusa, pa se potom usmeravaju u komoru za reakciju, gde se nalazi cink-oksid i ugalj.

Ta smeša se na toj temparaturi pretvara u čist cink, što je jedan od glavnih činilaca u procesu izdvajanja vodonika. Zatim se tečni cink u laboratoriji meša sa vodenom parom, a u hemijskom procesu se cink i voda razdvajaju na oksid cinka i vodonik. Lepota celog procesa je u tome što se ništa ne troši. Oksid cinka se pretvara u cink, pa ponovo u cink-oksid, a jedini nus-proizvod sagorevanja vodonika je voda. Na ovaj način bi, u budućnosti, mogla da se dobije neograničena količina energije. izvor 

__________

Naučnici švajcarske Federalne politehničke škole u Lozani (EPFL) razvili su jeftin uređaj koji pretvara svetlosnu energiju u vodonik, koji se može sačuvati i kasnije iskoristiti. Novi prototip koristi sunčevu svetlost, vodi i okside metala, uključujući oksid gvožđa, tj. rđu.
______________

SKLADIŠTENJE

Vodonik ima maksimalnu količinu energije, po jedinici mase, svih poznatih goriva, najjače je poznato gorivo. Već je počela trka velikih svetskih proizvođača automobila u proizvodnji vozila 100% na vodonik. Ali takva vozila su još veoma skupa i nekomercijalna. Vodonik koji korisnik toči na pumpi je veoma skup i neisplativ za širu primenu. Ovakva vozila su dodatno komplikovana zbog velikih boca za rezervu vodonika koji je u njima smešten pod visokim pritiskom jer, vodonik je veoma eksplozivan pa su za njegovo skladištenje potrebne stroge mere bezbednosti.

 Brzina kojom se njegov plamen kreće skoro je sedam puta veća od brzine kojom se kreće plamen bezolovnog benzina.

Klasična isporuka je u čeličnim sudovima - bocama, pod pritiskom od 150 bara. Boce su pojedinačne ili u baterijama - paletama sa zajedničkim ventilom za punjenje i pražnjenje, u baterijama sudova - boca trajno ugrađenim na transportno vozilo ili u tečnom agregatnom stanju specijalnim transportnim vozilima do rezervoara korisnika. Ako je vodonik u tečnom stanju skladišten je pod pritiskom od 350 bara u velikom rezervoaru zapremine 90 litara ( razdaljina koju je moguće preći je oko 100 kilometara). Potrebna je izgradnja mreže stanica na kojima je moguće „sipati“ vodonik u rezervoar auta.

Evo jednog primera skladištenja

Grupa izraelskih naučnika usredsredila se upravo na taj problem i njeni stručnjaci smatraju da su pronašli način za bezbednije skladištenje vodonika.

Umesto korišćenja teških čeličnih ili kompozitnih boca za gas pod pritiskom, ovaj metod koristi staklene kapilare, smeštene u cevčicu debljine slamke za limunadu. Naučnici kažu da bi sa vodonikom smeštenim u 11 hiljada ovakvih slamki, koje zauzimaju prostor upola manji od sadašnjih rezervoara za vodonik, prosečan automobil mogao da pređe 400 kilometara bez punjenja gorivom.

Ukratko, metod je sledeći. Pod ogromnim pritiskom od oko 250 atmosfera stakleni kapilari se, takoreći, natope vodonikom. Cevčica sada može da se poveže sa vodoničnom ćelijom. Kada se određeni deo cevčice zagreje ona počinje da ispušta vodonik koji prelazi u privremeni rezervoar - u ovom slučaju balon - a zatim u vodoničnu ćeliju gde se meša sa kiseonikom iz atmosfere i proizvodi struju za pokretanje motora.

Izraelski naučnici kažu da će kroz dve do pet godina razviti potpuno bezbedne rezervoare za vodonik koji će moći da se zamenjuju na pumpama za gorivo. Dok je primena ove tehnologije u putničkim automobilima još daleko od toga da bude svakodnevna, veliki gradovi jedva čekaju da se oslobode autobusa koji zagađuju vazduh. izvor 

U kojim se procesima koristi vodonik :
- U procesima sagorevanja u proizvodnji stakla, procesima zavarivanja i sečenja metala
- U procesima obrade dragog kamenja
- U proizvodnji poluprovodnika
- U stvaranju redukcionih atmosfera u metalurgiji, procesima rafinacije metala
- U hemiskoj industriji, i posebno u procesima desulforizacije i hidrogenizacije.

 Kao gorivo inače koristi se:

- Za pokretanje autobusa: evropski projekat CUTE, autobusi za prevoz sportista na zimskoj olimpijadi u Vankuveru, flota autobusa u javnom prevozu Londona,
- Za pokretanje automobila, prvi serijski automobil sa je Honda Clarity
- Za snabdevanje baznih stanica mobilne telefonije
- Za buck-up postrojenja namenjenih data centrima, bolnicama i svim ustanovama kojima je neophodno stabilno neprekidno snabdevanje strujom
- Za pokretanje viljuškara na elektropogon
- Snabdevanje električnom i toplotnom energijom izdvojenim objektima i naseljima, i sl.

U EU je aktuelan projekat: The Clean Hydrogen In European Cities, koji ima esencijalni značaj za punu komercijalizaciju autobusa sa pogonom na vodonik, za potrebe gradskog transporta u EU. Ovde treba dodati i činjenicu da su mnoge zemlje počele da grade i stanice za snabdevanje m/v vodonikom, sa ciljem lake dostupnosti vodonika i sa ciljem da što veći broj ljudi budu rani prihvatioci nabavke auto-mobila na vodonik