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。

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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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。

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。

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。

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!

为什么国内爆出新科技就是一顿嘲讽?而西方爆出新科技就盲目崇拜?先不说这家企业技术的真伪,先谈谈水变氢技术,军事爱好者特别是武器装备爱好者应该了解美国有一款保密级别最高的潜艇,就是水动力潜艇,极端条件下可以一年不浮出水面换气,中国在2000年左右已经向各相关大学拨款研究廉价水解介质,这是国家项目,我不知道南阳这个项目是否是骗局,但是在未证实之前看到如此之多人的嘲讽,会让那些用尽一生研究此项目的科学家们无比心寒…

你好,我是国风

我想及时找到了这种催化剂,它能起到的唯一作用也就是催化了发明者的生命,让他早早的一命呜呼,然后这种催化剂立即被摧毁在历史当中。

因为资本形成的固有的世界体系绝对不会允许超前的东西存在,否则便会破坏了资本世界的基础平衡,让资本失去的统治这个世界的先决条件。

比如,很早以前我们看着电视节目不收费,电视机上会带有一根叫天线的东西,而且会有一种叫做高频头的器件,现在的电视全没有了。如果你没有网络,没有数字电视广播线路,你买来的电视也仅仅能当一个大屏显示器的功能。因为很早的以前看电视是不需要花钱的,而现在每一秒钟的电视节目都是需要收费的。因为资本的存在,资本体系的运作。

据说,在19世纪末20世纪初美国有一位知名的科学家——特斯拉。他发明了一种非常超前的能源技术——无线传输电能。这种技术最基本的原理就是在一定的范围内建设无数个特斯拉线圈,类似于现在的通信网络塔。然后每一个特斯拉线圈会在一定的高度一定的方向形成一个电力传输通道,并且吸取空间电离子补充电能。这一技术的优点就是最大的利用地球上的电磁能,以无线的方式吸取了大气中的电能。每一个家庭只要在自己的房上建立一个一定功率的特斯拉线圈,就可以和大网络连通形成无线传输通道吸取空间电能,免费利用地球自身制造的电。我们再也不必要到处建电厂发电,到处为能源而战。到处制造污染,破坏大自然环境。

但就是这么一种极为超前的技术,被那些以世界能源为生的资本大亨一锤子敲灭了。因为一旦这种技术出现在地球上,所有为能源存在的争夺立即变得毫无意义,而那些以能源为生的资本大亨也失去了他们存在的发财的机会。这是他们绝对不允许的,就有如无线的电视节目最终闭路电视公司彻底非法的掐死一个道理。

想想吧!如果你发明了可以致使水裂解的催化剂,那么你会立即成为世界上所有能源大亨必要除之后快的公敌,要知道把你当成公敌的不会是某一个人一个公司,而是一个国家一个整体的资本体系。我想即使你有钢铁侠,绿巨人甚至超人孙悟空的本事,也躲不过这些人毫无底线的追杀。

当然,从化学意义上,这种裂解水的催化剂可能根本不存在。也无法发明制造出来,但再次讨论的是一旦这种催化剂真的被制造出来之后的可能性。我可以负责的告诉你:世界不会改变,人类还是不能摆脱能源危机,能改变的只有你自己,从一个活生生的人变成一具冰冷的尸体!

氢气燃烧变为水,释放出能量,水再分解成为氢气,氧气必须消耗能量,能量守恒,氢同样是二次能源!

这是不可能的。用水能够分解生成氢气和氧气。但是氢气燃烧放出的能量最多等于水变成氢气和氧气的过程中从外界吸收的能量,再加上生产过程中的各种能量耗损。所以用水生产氢气虽然获得了能源,但生产过程中所消耗的能源却是这个能源的数倍甚至数十倍。用于尖端武器的能源还可以,而将其用于普通能源确是巨大浪费。

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