Водород: история изучения и применения в цифрах и фактах

  В данном тексте я хочу в цифрах и фактах рассказать о водороде. Водород - один из самых распространённых и самый устойчивый химический элемент (период полураспада теоретически оценивается равным 6,6 × 10^33 лет) во Вселенной. В дальнейшем планирую оформить статью по методам получения водорода и о водородной энергетике.
  В мире научных открытий каждая страна отстаивает первенство в той или иной области. В России одним из первых, кто занимался получением водорода, хотя и не понимал этого, был Михайло Ломоносов. В 1744 году М.Ломоносов провел серию экспериментов по растворению металлов в кислотах.
  1766 - Водород впервые идентифицирован как отдельный элемент Генри Кавендишем. Для этого он выделил газообразный водород из реакции взаимодействия металлического цинка с соляной кислотой. В демонстрации Королевскому обществу Лондона Кавендиш применил искру к газообразному водороду, получив воду. Это открытие в дальнейшем позволило ему понять, что вода состоит из водорода и кислорода.
  1783 – Жак Александр Сезар Шарльз, французский физик, запустил первый водородный аэростат. Известный как" Чарли", беспилотный воздушный шар поднялся на высоту трех километров. Три месяца спустя сам Чарльз взлетел на первом пилотируемом воздушном шаре, заполненном водородом.
  1788 – Основываясь на открытиях Кавендиша, французский химик Антуан Лавуазье дал водороду название, которое произошло от греческих слов ὕδωρ — «вода» и γενναω — «рождаю».
  1800 – Уильям Николсон и Энтони Карлайл обнаружили, что при пропускании электрического тока через воду она разлагается на водород и кислород. Этот процесс позже был назван “электролизом".
  1823 – Дёберейнер открыл способность губчатой платины и её тонкого порошка каталитически самовоспламенять водород и даже сделал одну из первых в мире зажигалок.
  1839 – Швейцарский химик Кристиан Фридрих Шенбейн обнаружил, что при соединении водорода и кислорода с образованием воды можно получать электрический ток, что послужило основой для последующей разработки топливного элемента.
  1845 – Уильям Гроув продемонстрировал первый топливный элемент, создав “газовую батарею".
  1899 – Дж. Дьюар в впервые получил водород в твёрдом состоянии.
  1907 – Изучена растворимость водорода в металлах. [A. Sieverts, Z. Phys. Chem. (Leipzig) 60 (1907) 129].
  1909 – С. П. Л. Сёренсен занимался химическим измерением кислотности с помощью водородных электродов. В результате его работ появилась современная теория pH-метрии.
  1913 – М. Боденштейн ввёл понятие «цепной реакции». В некоторых фотохимических реакциях, например, реакции водорода с хлором с образованием хлороводорода, поглощение одного фотона приводит к взаимодействию сотен тысяч молекул исходных веществ. Позднее в 1916 году В. Нернст предположил, что активные частицы имеют атомарную природу. Он также предложил последовательную схему реакции молекул водорода и хлора (неразветвлённая цепная реакция).
  1920-е годы – немецкий инженер Рудольф Эррен преобразовал двигатели внутреннего сгорания грузовых автомобилей, автобусов и подводных лодок в водородные или на основе водородных смесей. Ж. Б. С. Холдейн ввел понятие возобновляемых источников водорода в своей работе «Science and the Future» («Наука и будущее»), предположив, что ”будут большие электростанции, где в ветреную погоду излишки энергии будут использоваться для электролитического разложения воды на кислород и водород.”
  1932 – Г. Юри обнаружил дейтерий – тяжелый изотоп водорода. В ядре дейтерия помимо протона имеется ещё один нейтрон. Природное содержание — 0,0115 ± 0,0070 %. Если в молекуле воды есть два атома дейтерия, такую воду именуют «тяжёлой».
  1934 – Эрнестом Резерфордом, Маркусом Олифантом и Паулем Хартеком открыт тритий –радиоактивный изотоп водорода, в составе ядра которого два нейтрона и один протон.
  1937 – После десяти успешных транс-атлантических полетов из Германии в США, Гинденбург, дирижабль, заправленный водородным газом, загорелся во время посадки в Лейквуде, штат Нью-Джерси.
  1958 – Фирмой Пратт Уитни изготовлен и опробован ракетный двигатель RL-10 на водородно-кислородной смеси. В качестве горючего в паре с жидким кислородом жидкий водород был предложен в 1903 г. К. Э. Циолковским, а первые испытания подобного двигателя были произведены в 1949 году.
  1959 – Фрэнсис Т. Бэкон из Кембриджского университета в Англии построил первый коммерческий водородно-воздушный топливный элемент. 5-киловаттная система питала сварочный аппарат. Он назвал свою конструкцию топливных элементов «ячейкой Бэкона» (“Bacon Cell”). Позднее в том же году Гарри Карл Ириг, инженер производственной компании Allis - Chalmers, продемонстрировал первое транспортное средство на топливном элементе: трактор, мощностью в 20 лошадиных сил. Водородные топливные элементы на основе конструкции Бэкона использовались для выработки электроэнергии, тепла и воды для астронавтов, находящихся на борту знаменитого корабля "Аполлон" и всех последующих космических шаттлов.
  1970 – Электрохимиком Джон О'м. Бокрис введено понятие "водородная экономика". А позднее он описал модель альтернативной энергетики, основанной на солнечной энергии и производстве водородного топлива.
  1972 - Продемонстрирован AMC Gremlin, модифицированный на использование в качестве топлива водорода.
  1973 – Нефтяное эмбарго ОПЕК привело росту стоимости нефти. Тогда в мире думали, что настала эпоха дорогой нефти (примерно как и в середине 2000-х поднялась к 100$/баррель). В мире начали активно разрабатывать водородные топливные элементы для широкого коммерческого применения.
Вообще это было плодотворное время, позднее в конце 80-х было написано множество книг и справочников по водородной энергетике, основанных на работах 70-х – 80-х годов.
  1974 – профессором Т. Неджатом Везироглу из Университета Майами организована конференция по экономике водородной энергетике в Майами (THEME). Она стала первой международной конференцией, посвященной водородной энергетике. По итогам конференции ученые и инженеры, участвовавшие в тематической конференции, создали Международную ассоциацию водородной энергетики (IAHE). А что классная тема: пригласить спецов в Майями и провести конференцию, я бы тоже не отказался так прокатиться.
  1988 – Конструкторское бюро СССР имени Туполева успешно переоборудовало пассажирский самолет ТУ-154 для эксплуатации одного из трех реактивных двигателей на жидком водороде. Первый полет длился 21 минуту.

  15 ноября 1988 состоялся единственный космический полёт космического корабля «Буран». В качестве второй разгонной ступени выступили четыре кислород-водородных ракетных двигателя РД-0120 (испытанные в 1987 году).
  1989 – Создан Технический комитет Международной организации по стандартизации водородных технологий.
  1990 – Запущен первый в мире завод по производству водорода на солнечной энергии – «Wasserstoff-Bayern» научно-исследовательского и испытательного центра в Южной Германии.
  1994 – "Даймлер-Бенц" продемонстрировал NECAR I (New Electric Car), свой первый автомобиль на водородных топливных элементах.
  1999 – В Гамбурге и Мюнхене открыты первые в Европе водородные заправочные станции.
  2001 – В США испытаны автобусы серии Generation II, в которых использовался 100 кВт двигатель, приводимый в действие топливными элементами. Водород производился в них из метанола, что собственно и послужило отказом для их массового применения.
  2001 – Компания Ballard Power Systems запустила первое в мире производство протонообменных мембран для систем топливных элементов, предназначенных для интеграции в широкий спектр промышленных и потребительских применений.
  2001 – На Волжском автомобильном заводе собран автомобиль на топливных элементах – "Антэл-1". Наука и жизнь, АВТОМОБИЛЬ НА ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ.
  2002 – Запущена программа "FreedomCAR", направленная разработку технологий для широкого применения водородных топливных элементов в автомобилестроении.

  На сегодня интерес к водородной энергетике на мой взгляд снизился ввиду широкого распространения литий-ионных батарей и падения цен на нефть, хотя практический интерес к этой области остаётся. Например, в США военные хотят разработать тяжелую машину для перевоза десанта и грузов на топливных элементах, мотивируя это тем, что машина на топливных элементах и электродвигателях будет издавать значительно меньше шума. Из недостатков топливных элементов стоит отметить, в зависимости от типа начинки, высокую чувствительность к оксидам углерода, убивающих протонные мембраны, невысокий срок службы и хрупкость. Нельзя также забывать о высокой стоимости изготовления топливных элементов.

Источники:

1. History of Hydrogen Timeline.
2. Педивикия, да мне стыдно, но оттуда только чуть-чуть взял.

Спасибо за внимание и ваши голоса.