Принцип сабатье. Может ли реакция Сабатье влиять на транспортное средство? Жизнеобеспечение космической станции

В качестве более эффективного катализатора может применяться рутений с оксидом алюминия . Процесс описывается следующей реакцией:

CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O + энергия ∆H = −165.0 кДж/моль (для запуска реакции требуется некоторое начальное количество энергии/тепла)

Жизнеобеспечение космической станции

В настоящее время генераторы кислорода на борту Международной космической станции производят кислород из воды посредством электролиза и сбрасывают образующийся водород в космическое пространство. Во время дыхания кислородом образуется диоксид углерода, который необходимо удалять из воздуха и впоследствии избавляться от него. Этот подход требует регулярных поставок значительного количества воды на космическую станцию для производства кислорода, помимо воды для питья, гигиены и т. д. Такое значительное снабжение водой станет недоступно в будущих долговременных полётах за пределы околоземной орбиты.

Третьим и, возможно, более элегантным решением стехиометрической проблемы, было бы совмещение реакции Сабатье и реакции водорода с диоксидом углерода в едином реакторе следующим образом:

3CO 2 + 6H 2 → CH 4 + 2CO + 4H 2 O

Эта реакция слабо экзотермическая и при электролизе воды позволяет достичь соотношения 4:1 между кислородом и метаном, обеспечивая большой резервный запас кислорода. По схеме, когда с Земли доставляется лишь лёгкий водород, а тяжёлые кислород и углерод вырабатываются на месте, обеспечивается выигрыш в массе 18:1. Такое использование местных ресурсов привело бы к значительной экономии веса и стоимости в любых пилотируемых полётах на Марс (или автоматических полётах с доставкой грунта).

Напишите отзыв о статье "Реакция Сабатье"

Отрывок, характеризующий Реакция Сабатье

– Но если по каким либо причинам вам неприятен разговор со мною, – сказал старик, – то вы так и скажите, государь мой. – И он вдруг улыбнулся неожиданно, отечески нежной улыбкой.
– Ах нет, совсем нет, напротив, я очень рад познакомиться с вами, – сказал Пьер, и, взглянув еще раз на руки нового знакомца, ближе рассмотрел перстень. Он увидал на нем Адамову голову, знак масонства.
– Позвольте мне спросить, – сказал он. – Вы масон?
– Да, я принадлежу к братству свободных каменьщиков, сказал проезжий, все глубже и глубже вглядываясь в глаза Пьеру. – И от себя и от их имени протягиваю вам братскую руку.
– Я боюсь, – сказал Пьер, улыбаясь и колеблясь между доверием, внушаемым ему личностью масона, и привычкой насмешки над верованиями масонов, – я боюсь, что я очень далек от пониманья, как это сказать, я боюсь, что мой образ мыслей насчет всего мироздания так противоположен вашему, что мы не поймем друг друга.
– Мне известен ваш образ мыслей, – сказал масон, – и тот ваш образ мыслей, о котором вы говорите, и который вам кажется произведением вашего мысленного труда, есть образ мыслей большинства людей, есть однообразный плод гордости, лени и невежества. Извините меня, государь мой, ежели бы я не знал его, я бы не заговорил с вами. Ваш образ мыслей есть печальное заблуждение.
– Точно так же, как я могу предполагать, что и вы находитесь в заблуждении, – сказал Пьер, слабо улыбаясь.
– Я никогда не посмею сказать, что я знаю истину, – сказал масон, всё более и более поражая Пьера своею определенностью и твердостью речи. – Никто один не может достигнуть до истины; только камень за камнем, с участием всех, миллионами поколений, от праотца Адама и до нашего времени, воздвигается тот храм, который должен быть достойным жилищем Великого Бога, – сказал масон и закрыл глаза.
– Я должен вам сказать, я не верю, не… верю в Бога, – с сожалением и усилием сказал Пьер, чувствуя необходимость высказать всю правду.
Масон внимательно посмотрел на Пьера и улыбнулся, как улыбнулся бы богач, державший в руках миллионы, бедняку, который бы сказал ему, что нет у него, у бедняка, пяти рублей, могущих сделать его счастие.
– Да, вы не знаете Его, государь мой, – сказал масон. – Вы не можете знать Его. Вы не знаете Его, оттого вы и несчастны.
– Да, да, я несчастен, подтвердил Пьер; – но что ж мне делать?
– Вы не знаете Его, государь мой, и оттого вы очень несчастны. Вы не знаете Его, а Он здесь, Он во мне. Он в моих словах, Он в тебе, и даже в тех кощунствующих речах, которые ты произнес сейчас! – строгим дрожащим голосом сказал масон.
Он помолчал и вздохнул, видимо стараясь успокоиться.
– Ежели бы Его не было, – сказал он тихо, – мы бы с вами не говорили о Нем, государь мой. О чем, о ком мы говорили? Кого ты отрицал? – вдруг сказал он с восторженной строгостью и властью в голосе. – Кто Его выдумал, ежели Его нет? Почему явилось в тебе предположение, что есть такое непонятное существо? Почему ты и весь мир предположили существование такого непостижимого существа, существа всемогущего, вечного и бесконечного во всех своих свойствах?… – Он остановился и долго молчал.
Пьер не мог и не хотел прерывать этого молчания.
– Он есть, но понять Его трудно, – заговорил опять масон, глядя не на лицо Пьера, а перед собою, своими старческими руками, которые от внутреннего волнения не могли оставаться спокойными, перебирая листы книги. – Ежели бы это был человек, в существовании которого ты бы сомневался, я бы привел к тебе этого человека, взял бы его за руку и показал тебе. Но как я, ничтожный смертный, покажу всё всемогущество, всю вечность, всю благость Его тому, кто слеп, или тому, кто закрывает глаза, чтобы не видать, не понимать Его, и не увидать, и не понять всю свою мерзость и порочность? – Он помолчал. – Кто ты? Что ты? Ты мечтаешь о себе, что ты мудрец, потому что ты мог произнести эти кощунственные слова, – сказал он с мрачной и презрительной усмешкой, – а ты глупее и безумнее малого ребенка, который бы, играя частями искусно сделанных часов, осмелился бы говорить, что, потому что он не понимает назначения этих часов, он и не верит в мастера, который их сделал. Познать Его трудно… Мы веками, от праотца Адама и до наших дней, работаем для этого познания и на бесконечность далеки от достижения нашей цели; но в непонимании Его мы видим только нашу слабость и Его величие… – Пьер, с замиранием сердца, блестящими глазами глядя в лицо масона, слушал его, не перебивал, не спрашивал его, а всей душой верил тому, что говорил ему этот чужой человек. Верил ли он тем разумным доводам, которые были в речи масона, или верил, как верят дети интонациям, убежденности и сердечности, которые были в речи масона, дрожанию голоса, которое иногда почти прерывало масона, или этим блестящим, старческим глазам, состарившимся на том же убеждении, или тому спокойствию, твердости и знанию своего назначения, которые светились из всего существа масона, и которые особенно сильно поражали его в сравнении с своей опущенностью и безнадежностью; – но он всей душой желал верить, и верил, и испытывал радостное чувство успокоения, обновления и возвращения к жизни.
– Он не постигается умом, а постигается жизнью, – сказал масон.
– Я не понимаю, – сказал Пьер, со страхом чувствуя поднимающееся в себе сомнение. Он боялся неясности и слабости доводов своего собеседника, он боялся не верить ему. – Я не понимаю, – сказал он, – каким образом ум человеческий не может постигнуть того знания, о котором вы говорите.

Согласно Википедии:

Реакция Сабатье связана с реакцией водорода с двуокисью углерода при повышенных температурах (оптимально 300-400 ° С) и давлением в присутствии никелевого катализатора для получения метана и воды. $$ CO_2 + 4H_2 \ rightarrow CH_4 + H_2O + \ text {Energy} $$

как вы можете видеть из предыдущей химической реакции, чтобы получить 1 KMole $ CH_4 $, у вас должно быть 4 Kmole водорода в качестве реагентов и реакционная среда 300-400 ° C (с богом знает, сколько необходимого вам катализатора).

По сравнению с обычным двигателем внутреннего сгорания, работающим на метане:

Водород не доступен в окружающем воздухе до такой степени, чтобы позволяют устойчивую реакцию Сабатье (это не кислород), что означает, что вам нужно отдельный резервуар для водорода вместе с вашим двигателем (не говоря уже о взрывной характер водорода).
Предварительный нагрев реагентов до 300-400 ° C потребует внешнего если это будет сделано с использованием углеводородного топлива, для этого потребуется дополнительной камеры сгорания и теплообменника.
Более высокая теплотворная способность метана = 889 кДж/моль и HHV водорода = 286 кДж/моль (Википедия), так теоретически говоря, реакция Сабатье предоставит вам 1 моль CH4 с теплотворной способностью 889 кДж подача реактора 4 Молей H2, который имел теплотворную способность 4 * 286 = 1144 кДж!!
Полученный Метан и вода имеют отношение 1: 1, вводя это смесь с этим количеством воды до камера сгорания даст вам ОЧЕНЬ низкоэффективное сгорание процесс, поэтому, естественно, вам нужен механизм разделения, чтобы максимально снизить содержание воды до входа в камеру сгорания.

Так кто-нибудь исследовал/построил автомобиль, который сжигает метан, и он восстанавливает его (по крайней мере, часть) из выхлопных газов через реакцию Сабатье?

Я действительно понятия не имею, но из предыдущих пунктов я не вижу в этом возможности вообще обычного двигателя внутреннего сгорания, работающего на метане.

Алго дал вам хороший ответ о деталях. Существует гораздо более широкий, более широко используемый ответ.

Преобразование любой формы энергии в теплоту создает огромную неэффективность. Это низкокачественная форма энергии. Поэтому, если вы хотите вообще работать с этой энергией, лучше всего это сделать, прежде чем оно превратится в тепло, когда это возможно.

Когда он находится в форме тепла, то качество энергии (то, что мы называем его exergy , то есть способность работать) зависит от разницы между его температурой и температурой холода резервуар, который вы используете в качестве своего радиатора. Обычно это, но не всегда, температура окружающей среды. Если вы хотите выполнять какую-либо работу с этим теплом, вы делаете это, когда разница в температурах самая высокая, а температура холодного водохранилища самая низкая.

Поэтому вы не переходите от тепла к химической энергии к кинетической энергии.

Всякий раз, когда вы делаете энергетическое преобразование, вы теряете способность выполнять работу, то есть теряете какую-то эксерсию. Когда вы делаете не нагревание для преобразования тепла, вы теряете lot exergy. Таким образом, процесс перехода туда и обратно, где вы идете, скажем, с помощью химической энергии (метана) на тепло, а затем обратно, действительно неэффективен, и вы получите гораздо меньше, чем вы возвращаете.

Так что нет, вы бы не использовали процесс Sabatier для управления транспортным средством, потому что это включало бы:

chemical energy --> heat -->
chemical energy --> heat --> kinetic energy

И действительно, не важно, какой процесс преобразования находится в этом поле, которое в настоящее время помечено как «Sabatier»: эта запутанная серия конверсий не имеет смысла, независимо от того, что этот процесс.

Вместо этого вы просто переходите от химической энергии к нагреванию до кинетической энергии, что и делают двигатели внутреннего сгорания.

Going from methane to heat to methane is going to be very inefficient. You"d only do it in really exceptional circumstances. I can"t think of any right now, but I"m sure someone could contrive a corner-case where it made sense; e.g. some peculiar circumstance where you were able to move high-grade heat but could not move methane.

Поэтому было бы бессмысленно ставить сабатье (или аналогичный) процесс на метановом автомобиле. Если вам нужна более высокая эффективность, нужно инвестировать в эффективность автомобиля: более низкие скорости, более чистые двигатели с более высокой температурой, более легкий вес автомобиля, более аэродинамический профиль, высокоэффективная трансмиссия, системы восстановления кинетической энергии и т. Д. , То, что вы не выполнили , - это добавить вес, добавив неэффективный ненужный набор, чтобы превратить ваше тепло обратно в топливо: просто сжигать меньше топлива.

CO 2 + 4H 2 → CH 4 + 2H 2 O

Жизнеобеспечение космической станции

В настоящее время генераторы кислорода на борту Международной Космической Станции производят кислород из воды посредством электролиза и сбрасывают образующийся водород в космическое пространство. Во время дыхания кислородом образуется диоксид углерода, который необходимо удалять из воздуха и впоследствии избавляться от него. Этот подход требует регулярных поставок значительного количества воды на космическую станцию для производства кислорода, помимо воды для питья, гигиены и т. д. Такое значительное снабжение водой станет недоступно в будущих долговременных полётах за пределы околоземной орбиты.

3CO 2 + 6H 2 → CH 4 + 2CO + 4H 2 O

Эта реакция слабо экзотермическая и при электролизе воды позволяет достичь соотношение 4:1 между кислородом и метаном, обеспечивая большой резервный запас кислорода. По схеме, когда с Земли доставляется лишь лёгкий водород, а тяжёлые кислород и углерод вырабатываются на месте, обеспечивается выигрыш в массе 18:1. Такое использование местных ресурсов привело бы к значительной экономии веса и стоимости в любых пилотируемых полётах на Марс (или автоматических полётах с доставкой грунта).

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Реакция Сабатье" в других словарях:

В Википедии есть статьи о других людях с такой фамилией, см. Сабатье. Поль Сабатье фр. Paul Sabatier … Википедия

Поль Сабатье Поль Сабатье (фр. Paul Sabatier) (5 ноября 1854 г., Каркассон – 14 августа 1941 г., Тулуза) французский химик, лауреат Нобелевской премии по химии за 1912 г. Биография Родился в семье коммерсанта Алексиса Сабатье; среднее образова … Википедия

- (фр. Paul Sabatier) (5 ноября 1854 г., Каркассон – 14 августа 1941 г., Тулуза) французский химик, лауреат Нобелевской премии по химии за 1912 г. Биография Родился в семье коммерсанта Алексиса Сабатье; среднее образова … Википедия

- (хим.) название, первоначально приданное углеводородам, полученным гидрогенизацией бензола и некоторых его гомологов (Бертело, Байер, Вреден), потому что эти вещества считались (на основании их состава) за продукты непосредственного соединения… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

Информация в этой статье или некоторых её разделах устарела. Вы можете помочь проекту … Википедия

- (France) Французская Республика (République Française). I. Общие сведения Ф. государство в Западной Европе. На С. территория Ф. омывается Северным морем, проливами Па де Кале и Ла Манш, на З. Бискайским заливом… … Большая советская энциклопедия

At Огромное ледяное озеро на Марсе и план Маска

План по колонизации Марса всегда предполагал наличие относительно лёгкого доступа к воде. Найденное огромное озеро (14,300 кубических километров льда) — карта на картинке — идеально хорошо ложится в План.

Вспомним план Маска — цитирую дословно, а потом перевод, комментарии и детализация из других выступлений Илона.

1. Send Dragon scouting missions, initially just to make sure we know how to land without adding a crater and then to figure out the best way to get water for the CH4/O2 Sabatier Reaction.
2. Heart of Gold spaceship flies to Mars loaded only with equipment to build the propellant plant.
3. First crewed mission with equipment to build rudimentary base and complete the propellant plant.
4. Try to double the number of flights with each Earth-Mars orbital rendezvous, which is every 26 months, until the city can grow by itself.

Его текст — италик , мои комментарии — прямым.

1. Послать Дракона на разведку. Вначале, чтобы удостовериться, что мы знаем как посадить корабль без того, чтобы добавить ещё один кратер, и затем найти лучший способ добычи воды для CH4/O2 реакции Сабатье.

Не добавить кратер
Илон шутит, добавить кратер — имеется ввиду разбить посадочный модуль. Его выступление происходило сразу после того, как миссия Экзо Марс добавила хороший кратер к поверхности планеты. Дракон — миссия Красный Дракон, которая должна стартовать в 2018. Имеется ввиду отработка и демонстрация вертикальной посадки на двигателях, аналогичной посадке на космодром и плавучую платформу "Конечно, я всё ещё люблю тебя".

Миссия Красный Дракон
Дракон будет нагружен роботами для разведывательных работ и добычи полезных ископаемых. По-видимому, SpaceX будет заказывать роботов другим организациям. Но это решение пока не озвучено. У Маска есть и собственная компания, занятая роботами, в которую уже вложен по крайней мере миллиард долларов.

Вода и реакция Сабатье
Две химические реакции и, соответсвенно, две установки для химических реакций будут главными на начальном этапе колонизации: а. Реакция электролиза воды, б. Реакция Сабатье
а. 2Н2О = 2Н2 + О2 — В этой реакции разложение воды образует кислород и водород
б. CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O + энергия — Реагируя с углекислым газом марсианской атмосферы, водород даёт выход метана и воды. Реакция Сабатье идёт с выделением энергии, которая может/должна быть утилизирована.
Метан и кислород — являются топливом и окислителем для кораблей серии ITS (Межпланетные Транспортные Корабли), первый из которых получит культовое имя "Золотое Сердце".

Интересно, что установка для реакции Сабатье уже построена и испытана при концентрациях CO2, соответствующих марсианской атмосфере. Но это будет развиваться и совершенствоваться.

2. "Золотое Сердце" полетит к Марсу, нагруженное только оборудованием, необходимым для строительства завода по производству топлива.

"Золотое Сердце" полетит в беспилотном режиме и забросит на поверхность Марса до 100 тонн оборудования и материалов. В основном это будет оборудование необходимое для осуществления в промышленных масштабах добычи воды и производства этих 2 реакций: электролиза воды и Сабатье. Очевидно, что источники энергии входят в это оборудование.

3. Задача первой пилотируемой миссии — строительство рудиментарной базы и завершение предприятия по производству топлива.

В первой пилотируемой миссии будет 12 человек. У Илона есть много конкретных идей из чего должна состоять "рудиментарная база" — её имя Mars Base Alpha — но сейчас не время обсуждать все детали. Предполагается активное использование естественных тоннелей и пещер, которые уже нашло НАСА, и строительство других подземных помещений. На поверхности предполагаются прозрачные шатры из стекла и с арматурой из углепластиков.

Очевидно, что основной работой будет завершение налаживания предприятий, оборудование для которых доставит "Золотое Сердце": добыча воды, энергия, реакция электролиза, реакция Сабатье.

4. После этого задача будет удваивать число посылаемых кораблей на каждом сближении Земли и Марса, которые происходят каждые 26 месяцев, пока город не начнёт расти независимо.

Тут нечего комментировать. Нерешённых проблем сотни. Хотя трудными представляются только две: правила взаимодействия с родной биосферой Марса (которая наверняка есть и наверняка очень хрупкая) и будут ли бэби нормально вынашиваться и рождаться при 1/3 земной тяжести.

Ледяное озеро находится в удобном районе Марса, средние широты, есть много очень ровных мест подходящих для посадки. Слой грунта, покрывающего лёд, толщиной от одного метра до десяти. Лёд частично перемешен тоже с песком, но чистота льда в пределах 50-85%. Глубина ледяного озера от 100 до 200 метров.

Запас воды сравнимый с одним из американских Великих Озёр — "Верхним".

При продолжительных полетах (несколько месяцев) в герметической кабине автономного типа выгодным представляется физико-химический способ регенерации газовой среды в кабине, использующий для получения кислорода продукты обмена веществ человека. В углекислом газе и парах воды, выделяемых человеком в сутки, содержится приблизительно 2,8 кг кислорода, что существенно превышает суточную норму потребления кислорода одним человеком. Таким образом, имеется принципиальная возможность получать 02 из продуктов жизнедеятельности человека. Из углекислого газа, выделяемого в сутки одним человеком (~0,9 кг), можно получить 0,65 кг кислорода, а для получения недостающих 0,15-0,25 кг кислорода потребуется лишь 0,17-0,28 кг воды, в качестве которой можно использовать «излишнюю» метаболическую воду„ выделяющуюся организмом в процессе обмена веществ.

Система физико-химической регенерации может быть основана на использовании реакции Сабатье . Таким образом, конечным продуктом для получения кислорода служит вода, поступающая в электролизер, который является одним из основных узлов системы физико-химической регенерации газовой среды в кабине. В подобной системе регенерации для сорбции С02 могут быть использованы цеолиты, а для удаления из кабины избытка влаги-холодильно-сушиль- ные агрегаты (ХСА) (4.2), обеспечивающие конденсацию паров воды.

Если осуществляются все этапы восстановления кислорода, то необходимое для реакции Сабатье количество водорода обеспечивается электролизом воды и пиролизом метана, который требует значительных энергозатрат.

Структурная схема физико-химической системы регенерации. Система работает следующим образом. Воздух из кабины посредством вентиляторов В циркулирует по двум контурам: через цеолиты Ц и ХСА, в которых происходит сорбция СОг и конденсация влаги. Цеолитовые поглотители соединены в два параллельных блока и работают попеременно-один в режиме сорбции, другой в режиме десорбции. Поглощенная цеолитами углекислота подается через конденсатор С02 в метановый реактор, куда также подается через концентратор водород из катодного пространства электролизера. В метановом реакторе при соответствующих условиях происходит разложение С02 по реакции Сабатье до воды и метана. Вода из реактора подается в электролизер, а метан выводится из контура. Некоторая часть воды поступает в электролизер и от поглотителей Н20, стоящих перед цеолито- выми патронами.

Следовательно, выбирается электролит, имеющий наименьшее значение р0. Это достигается выбором электролита и его ©полне определенной концентрации (для КОН - 30-33°/о). Величина перенапряжения г\ складывается из величин э.д.с. .концентрационной и химической поляризации. Как видно из уравнений (4.8) и (4.9), в процессе электролиза концентрация гидроксильных ионов в катодном пространстве увеличивается, в анодном-уменьшается. Это приводит к возникновению концентрационной э.д.с., направленной против э.д.с. внешнего -источника тока. Возникновение э.д.с. химической поляризации, направленной также против э.д.с. внешнего источника тока, связано с замедленностью разряда ионов на электродах я наличием стадии образования молекулярного 02 и Н2 из.атомарного. Практически величина зависит от следующих факторов: материала электродов, температуры, плотности тока, природы и концентрации электролита. Как показывает опыт, из металлов, устойчивых в щелочах, наиболее низким значением характеризуются металлы группы железа, которые и применяются на практике. Повышение температуры электролита приводит к снижению перенапряжения. Однако при Этом значительно возрастает унос паров электролита выделяющимися газами. На практике обычно проводят электролиз при температурах, не превышающих 80°С. Значительное, влияние на величину т] оказывает плотность тока. Перенапряжение уменьшается с уменьшением плотности тока. Поэтому выгодно работать с электродами, имеющими возможно большую поверхность.

Указанное количество кислорода близко к средней суточной норме потребления его человеком. Отсюда следует, что для обеспечения кислородом одного человека необходимо пропускать ток через электролизную установку порядка 120 А. Средняя допустимая плотность тока лежит в пределах 0,1-0,15 А/см2. Поэтому общая поверхность электродов электролизера будет лежать в пределах 800-1200 см2, а с учетом увеличения потребления 62 при большой физической нагрузке общая поверхность электродов должна быть увеличена в 2-3 раза.

Выделяющиеся при этом на активной поверхности электродов молекулы водорода и кислорода проходят через крупные поры электродов к их внешней поверхности и выдавливаются в соответствующие газовые камеры. В электродах образуется подвижная граница «газ-электролит», положение которой определяется соотношением диаметров пор в элементах ячейки и наличием противодавления в газовых камерах. При повышении давления в последних эта граница перемещается внутрь, так как электролит выдавливается из крупных пор электродов, оставаясь лишь в мелких. При этом пары электролита, увлекаемые газами, будут оседать на стенках освободившихся крупных пор и возвращаться в диафрагму благодаря ее вса-

Возможная схема электролизной установки представлена на 4.5. Полученные в электролизере Эл кислород и водород поступают в уравнитель давлений УД. При повышении давления в одной из магистралей упругая мембрана прогибается, уменьшая отвод, другого газа и выравнивая тем самым давление в газовых камерах. В холодильнике-разделителе ХР отделяются пары эдектролита, конденсируясь на стенках теплообменника, омьщаемых хладагентом." Фильтр Ф и колонка дожигания КД (нагретые катализаторы) окончательно очищают кислород, который приобретает нужную температуру в теплообменнике ТО. Далее кислород поступает в систему кислородного питания экипажа.

Водород от электролизера поступает в метановый реактор. Перспективной физико-химической системой является система, основанная на электролизе солей (карбонаты калия, например). Здесь в самой электролизной ячейке происходит поглощение С02 из воздуха кабины и выделение из него в результате промежуточных реакций газообразного кислорода.