Реакция Сабатье – это реакция водорода с углекислым газом при повышенной температуре и давлении в присутствии никелевого катализатора, в результате которой получается метан и вода:CO2 + 4H2 –> CH4 + 2H2O
Она была открыта французскими химиками Полем Сабатье и Жан-Батистом Сендеренсом в 1897 году. В 1912 году за совокупность научных открытий, включая описанную выше реакцию, Сабатье была присуждена Нобелевская премия.
Использование реакции Сабатье для получения метана
Электролизом воды можно получить экологически чистое и эффективное топливо – газообразный водород. Из него путём реакции Сабатье получается метан, синтетический природный газ, который сжигается на электростанциях или закачивается в трубопроводы или танкеры для дальнейшей транспортировки. Углекислый газ для этой реакции извлекается из воздуха или отходящих газов ископаемого топлива.
Использование реакции Сабатье для получения воды на МКС
Как известно, субъективное ощущение количества воздуха в комнате определяется не уровнем в ней кислорода, а уровнем углекислого газа. Уже при содержании его в воздухе выше 1000 ppm (частей на миллион, то есть 0,1% объёмной концентрации), человек ощущает вялость и затруднённое дыхание – то, что в быту называется “духота”.
Необходимость поддержания в воздухе низкой концентрации углекислого газа возникает во всех местах, где люди работают в замкнутом пространстве – например, на подводных лодках или на МКС. На последней для этого используется всё та же реакция Сабатье: вода разлагается электролизом на кислород и водород, который и вступает в реакцию с углекислым газом. Однако есть один нюанс.
В воде (Н2О) на один атом кислорода приходится два атома водорода (соответственно, в реакции электролиза – два атома кислорода на четыре атома водорода). А в реакции Сабатье на один атом кислорода должно приходиться четыре атома водорода (CO2 + 4H2 –> CH4 + 2H2O). Соответственно, если использовать только электролиз воды и реакцию Сабатье, водорода хватит не на весь кислород, и половина углекислого газа останется непереработанной. В реальности же углекислый газ перерабатывается даже не на 50%, а ещё меньше, скажем, на 40%.
Какой же выход? Как ни странно, доставлять с Земли не водород (с учетом массы и условий хранения это выходит слишком затратно), а дополнительную воду для процесса электролиза и высвобождения нового водорода. Например, система «Электрон» расходует 1 кг воды на человека в сутки.
Возможное использование реакции Сабатье на других планетах
Реакция Сабатье была предложена к использованию в качестве основного способа получения метана и кислорода во время пилотируемой экспедиции на Марсе. Предполагается, что водород вступает в реакцию с углекислым газом из атмосферы, затем полученный в результате реакции метан запасается в качестве ракетного топлива, а вода разлагается с помощью электролиза на кислород, сохраняемый как окислитель, и водород. Водород, в количестве половины от исходного, поступает обратно в реактор. Такое использование местных ресурсов привело бы к значительной экономии веса и стоимости в любых пилотируемых полётах на Марс (или автоматических полётах с доставкой грунта).
Подписывайтесь на канал!
Смотрите новые видео на youtube.com/@PhysFromPobed
Приобретайте наши конструкторы по физике на fizikits.ru