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?

苦旅之途


用催化剂把水在室温下分解成氢气和氧气,这是很多科学家努力的方向。这样可以利用氢气的能量。但是氢气作为能源的应用,实际上也还是有很多关键性的问题依然需要解决。

另外,这只能解决能量的方式问题,不能解决能量来源问题。催化剂只能解决反应的动力学问题,不能改变反应的热力学特性。

目前人类利用的能量来源最总还是与太阳能有关。也就是说,最终极的能源来源还是宇宙的核能,地球只是接收了太阳核聚变能量以光能传播到地球上的能量而已。风能,水能,太阳能,甚至于化石能源,绿色植物能源......,都是太阳能不同的形式而已,氢能源的情况也不外乎这个能源来源。

那些试图以为找到催化剂把水直接转变成氢气和氧气,从而解决能源问题的想法和看法,都是对以上事实的忽视和无知。

能量守恒,能量转变,初中的科学知识。别怀疑能量转变和守恒定律的正确性。


雪郎1968


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。


懵逼的攻城狮


答:理论上这样的催化剂是不存在的,除非加入的不是催化剂,而是和水发生化学反应的物质,比如钠和水反应可以生成氢气,铝和水在加热的条件下也可以产生氢气,这时候将消耗的是加入的反应物,其成本并不比烧汽油低。


在化学反应当中,催化剂是指能改变化学反应速度,但是在反应前后量不发生变化,也不改变化学平衡的物质。

我们知道,水通电可以分解为氢气和氧气:

2H2O——(通电)2H2↑+O2↑

说明该反应当中,生成物储存的化学能是高于反应物的,根据能量守恒原理,不可能存在一种催化剂,能直接把水分解为氢气和氧气,而且催化剂本身的量还不改变,所以什么“不加油、不充电、只加水,轻松续航1000公里”的话,完全是谣言。

也有一些物质,能与水反应后生成氢气,比如钠(Na)、铝(Al)、铁(Fe)等等:

2Na+2H2O==2NaOH+H2↑

2Al + 6H2O =加热=2Al(OH)3 + 3H2↑

3Fe+4H2O(g)=高温=Fe3O4+4H2↑

这三种物质当中,除了钠之外,铝和水、铁和水的反应都需要输入能量才行,由于能量转化存在损耗,所以这种方法制造氢气肯定是不经济的。对于金属钠,其价格偏高,而且钠的性质非常活泼,用钠和水来制造氢气的方法,也是非常不经济,也不安全的。

氢气作为清洁能源,是非常理想的化学燃料,目前我们有很多方法来生产氢气,比如利用太阳能,潮汐能、生物能等等。

但是现阶段限制氢能发展的瓶颈,是没有合适储氢材料,比如氢气在液态下体积会缩小很多,但是需要零下250多度的超低温。


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艾伯史密斯


看了关于这个问题的几百个答案,都认为违背最基本的能量守恒定律,因此绝对没有可能性。但是我觉得大家可能忽略了一个重要的问题,把水分解为氢气和氧气确实需要很高的能量,几乎没有一个光子所蕴含的能量可以直接打断氢氧键,因此无法通过简单的晒太阳分解水。

但是,我们可以从另一个角度考虑这个问题。一百米的高楼任何人都不可能一跃而上,但是,如果走楼梯,一阶一阶的爬上去不就可以了吗?

我们完全可以通过几个,甚至几十个反应,每一个反应积累一点能量,最终分解水。要不然,植物如何利用阳光进行光合作用制造有机物呢?

举个例子,一个光子无法打碎水分子,使其变成氢气和氧气,但是,打断一个氢键,释放一个氢原子还是可以的。如果水中有二磷酸腺苷,那么这个氢原子就可以与之结合,行成三磷酸腺苷,就是我们熟悉的ATP,有了ATP,植物可以生产有机物,我们可以生产氢气。

或者更简单一点,我们可以在纯净的硅晶体里面加入一点磷元素,磷和硅可以形成共价键,但是会多出一个自由电子。我们称为N型硅。然后在另一块纯净的硅里面加入少量的硼元素,硼元素也可以和硅元素组成共价键,但是缺少一个电子,形成一个电子空穴。我们称为P型硅。把这两种硅通过导线相连丢到水里。阳光的照射会使得N型硅里面的自由电子实现跃迁,由于电子空穴的存在,跃迁的电子只能单向的从N型硅流向P型硅。在N型硅表面的氢离子可以得到电子,变成氢气。在P型硅表面的氢氧根离子会失去电子,形成氧气和水。于是,你就可以在N型硅表面看到氢气冒出,在P型硅表面看到氧气冒出。

看似遥不可及的化学反应,如果分解成若干步骤,就变得触手可及了。

当然,能够实现和能够运用完全是两码事。这样做的能量转化效率远不及直接利用太阳能发电,所以暂时还没有商业价值。


旅行到宇宙边缘abc


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。


sunjun1986


有那把水转氢的能量,氢再转化为动力过程再有损耗,打个比方:10的能量转化为氢消耗了4还剩6能量的氢,6能量的氢转化为动力还剩3动力,基本没可能,因为现在没有什么燃料发动机效率能达到50%,从10的能量转化来转化去估计能剩下2的能量就不错了。这么算来效率低,能耗大。还不如直接就拿那初始10能量做动力效率做到25%以上都比这玩意强。目前我不相信科技能够做到轻易分解水了。明眼人一看就知道这玩意不靠谱,如果真的有这么厉害,那得修改物理课本上的能量和热量定律了。有点物理知识的都知道这玩意看起来就是骗人的玩意。

本来都懒得回应的,但凡有点物理常识的都能分辨真假,我所说的物理常识指的是学过初中或者高中的物理。

能量定律,质量定律,热效率之类的常识。这玩意看起来就是骗人的东西,现在的人不好骗了,有网络又有一堆有学识的网友在,还敢搞这种明目张胆的低级骗术,找死都没地方给你埋哦。

搞事的人自求多福。


好山好水好寂寞630


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。


讲科学堂


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?

这是不是永动机的另一个版本?只是换了一个包装,从孤立的机械系统切换到了容易迷惑人的能源生产领域,但这个本质是不会变的!因为万变不离其宗,在没有额外能量加入到这个生产环节时,内部的能量并不会增加,反而会因为各种损失而消耗本身的能源!但也许有几个方式来变通下,将难以收集的能源转换成我们可以利用的能源

一、传说中的催化剂直接将水分解成氢氧吗?

如果没有外界输入能源的话,似乎不存在这种催化剂,即使有,那么生产这种催化剂必定会耗去大量的能源,而且100%会高于催化取得的氢氧是放的能量总量!因为生产过程中还有大量的机械化学等各种能量损耗。

当然上图是一个绝佳的反面例子,只是没有将水变成氢氧,而是“水变油”的一个著名骗局,为什么会被骗?也许局限于时代和科学素养,未来不可能再出现这样低级的骗局,但他们会改头换面或者小范围在农村行骗!

这就是所谓的“空气灶”骗局,将丁烷气体的更换口封闭,贴上“新一代空气灶”的字样,在农村及偏远山区欺骗老年人,当丁烷气体用完,自然不可能再点火燃烧!

二、将水分解成氢氧的方法

无中生有是不可能的,但却用其他能源将水转换成氢氧方式,一般不外乎如下几种

1.电解

2.光解

3.高温热解

4.化学反应

5.光触媒

6.藻类生物制氢

在这几种方式中,电解的耗能是比较高的,除非是大量的弃用电,否则经济效益不太好,特别是将电解氢作为能源来使用,还不如直接用电!

光解这个效率极低,当然这个在系外行星搜索时通过光谱观测确定有没有水是个好方法!

化学反应比如将水蒸气通过炽热的碳层,取得水煤气即一氧化碳和氢

藻类生物和光触媒是未来的一个发展方向,当然这是高效利用太阳能的一种方式!想必各位都比较了解一个事实,太阳能非常丰富,只要出太阳就能利用,但问题是太阳能非常分散,收集用的太阳能电池或者聚焦加热水发电面积很大,环境成本很高,而投资成本则更高,如果可以大面积使用生物制氢或者光触媒(TiO2,ZnO)制氢的话,也能将能源取得的成本降到非常低的程度,使得未来的氢能源汽车的加氢成本降到一个新低!这无疑是非常具有吸引力的!

但有一点要搞清楚的是这并不是永动机的版本,而是将浪费的太阳能(1.4KW/平方米)的能源利用起来,或者将其他方式的能源转换成我们可以使用的绿色能源!从根本上看,如果这种成本达到足够低的话,在未来确实可以替代石油天然气等,但有一个问题,它并非创造能源,只是转换而已,那么问题来了,如果我们科技发展到了星际航行,而在漫长的旅途中并不能保证阳光的充足照射,比如在土星轨道外即难以获得足够的光照,因此这看起来在地球上并不会发生的问题,成为了制约人类技术提升的天花板!

因此我们必须要找到一个不依靠外界能源转换的独立能源体系,当然所用的原料我们还是需要通过收集取得,比如氢元素的各种同位素等,而这种方法所释放的能源将是以前任何一种能源所无法媲美的,这就是人类努力的终极方向-可控核聚变!

托卡马克热核聚变装置工作示意图!对于人类来说,这是近乎于无限的能源!不过各位可能有问题了,制造氢元素的能源是从哪里来的?宇宙大爆炸时就给我们制造好了,宇宙的最初三分钟决定了整个宇宙的一切!

宇宙给予了我们那种“无限”能源,但却必须在人类打怪升级到一定层次之后才能解锁,当然人类正在朝这个方向努力,可能这只是地球文明进入现代宇宙发展的第一关!未来什么时候能实现?50年,100年我们都可以等,但希望不要是遥遥无期!


星辰大海路上的种花家


这是一个假命题。

这种观念来自于对催化剂的不了解,或者说是误解。

什么是催化剂?它能做什么?

催化剂是一种物质,能够加速化学反应,让正常条件下不会发生的事情得以发生。

重要的问题来了。催化剂不能做什么?

催化剂不能改变能量守恒定律。

这是什么意思?

用最浅显易懂的方式表达,就是催化剂不能改变能量投入产出的规律。

怎么讲?

能量守恒定律的最浅显的解释,就是你投入多少能量,到最后也会得到多少能量。投入产出必须平衡。所以叫做能量守恒。拿钱解释可能更容易理解。你这个月开工资的时候拿到多少钱,你这个月就能买多少东西。买的东西不能多于你的工资。这就叫收支平衡。

现在看看汽车。我们都知道,汽车为什么能开动?因为我们加了汽油。那么能量守恒在这里是怎么用的呢?汽油含有能量。叫做化学能。我们投入的是什么?投入了化学能。产出了什么?产生了功。功也是一种能量。对汽车做功,推动了汽车前进。汽油作为原料与其最终产物二氧化碳之间的能量差,不但要推动汽车拉着货物、司机和乘客,以一定速度前进,还要达到一定里程,还要克服汽车的机械摩擦力,运动阻力、浪费的热量,等等等等。投入的能量,如果大于后面说的所有这些,抵消汽车运营费、保养费等等还有剩余,得到商业盈利。

那么用水制氢呢?

从原料水,制造出氢气,然后再燃烧变成最终产物水。这是一个原料与产物零能量差的循环。在这个循环里,原料的化学能减去废料的化学能等于零。那么汽车消耗的能量从哪里来?不是从水里来。需要额外投入人力、电去产生氢气(能量),做功,损耗。简言之,只有消耗,没有收益。是一个不可能有净收获的纯投入的过程。

如果用钱来打比方。就是一个人,这个月没有开工资,零收入。这就是从水开始的状态。然后借钱,借贷,弄到一些钱。这相当于耗电后电解出的氢气的结果。但是无论你怎么折腾,零收入还是零收入。借来的钱是要还的。到最后,氢气燃烧产生能量,推动汽车前进,氢气本身重新化为了水。由于氢气是耗电产生出来的,这个过程不可能是百分百的转换效率,得到的能量不会完全抵消耗电需要的能量。相当于资不抵债,一定要亏本的。

简单的说,在能量消耗的过程中,如果起点与终点如果是一样的。什么催化剂也救不了你。

这就是为什么正确的方向是寻找能源。没有合适的能源,还要用电去产生氢气,那么什么催化剂也没有用。更不应该去寻找花里胡哨的包装手段。

因为那完全没有希望。

这也就是永动机不可能存在的基本原理。所以不可能实现。

希望对你有帮助。


goody1


能量是守恒的,氢气和氧气燃烧释放能量后变成了水,如果水想再次变成氢气,那么就需要投入和之前一样大的能量才行。采用催化剂,只是加速或者降低反应的活化能,但最终并不会降低水分解为氢气和氧气所需要的能量。

所以,所谓的低成本催化水分解为氢气和氧气,仅仅是相对于其它水分解法而言,成本低一点。但是仍旧需要最为基本的水分解能量输入。这几天比较火的南阳水氢发动机,就是违背了科学常识。只加水就可以跑,天下哪有这样的道理。所以此事件一出,只要稍微学过点化学和物理的人,都知道这就是一个彻头彻尾的骗局。

如果人类真的想利用氢能,那么可行的方法就是核反应。比如我们可以通过某种途径把水分解为氢气,然后再让氢气发生核反应。这样,氢气发生核反应产生的能量就会远远大于使水分解为氢气的能量,结果就是我们会得到足够的核反应能。如果仅仅是再把氢气燃烧获得能量,那么纯属是脱裤子放屁,多了一道。还不如把产生氢气所需的能量直接供给出来,这样少一道工序,能量利用率也会高很多。

所以说,单纯的靠着分解水制备氢气,然后再利用氢气燃烧获得能量,完全是不靠谱不科学的做法。除非是利用的太阳能分解氢气,这才靠谱一点。


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