Vesiniku saamine

  • Kuidas saadakse vesinikku?
  • Miks on vesinik hea energiaallikas?
Seotud sisu
Muud tegevused

Tulevikukütus

Vesinikku peetakse tulevikukütuseks, sest kui vesinik põleb, tekib ainult vesi, mis ei saasta keskkonda. Vesinikku kasutatakse kütusena kosmose­lendudel, kuna vedel vesinik ja hapnik moodustavad hea raketi­kütuse. Praegu on ka juba olemas vesinikku kasutavaid autosid ja busse, kuid vesinikku suures koguses keskkonnasäästlikult toota on kallis. Seetõttu otsivad teadlased viisi, kuidas teha seda võimalikult odavalt.

Kosmosesüstik Atlantise kütusemahuti (pruun) sisaldab vedela vesiniku ja vedela hapniku mahuteid.
Seotud sisu
Muud tegevused

Vesiniku saamine ja kogumine laboris

Kõige lihtsam on vesinikku saada sobiliku metalli ja happe reaktsioonil. Näiteks reageerib alumiinium (Al) soolhappega (HCl), selle tulemusel eraldub vesinik (H2).

2Al+6HCl→ 2AlCl3+3H2↑

Eralduv vesinik kogutakse kas kummulipööratud katseklaasi või veega täidetud kummulipööratud anumasse. Kogutud vesiniku puhtuse kontrollimiseks viiakse vesinikuga täidetud kummuli­pööratud katseklaas piirituslambi leegi lähedale. Puhta vesiniku korral kostab tuhm pahvatus. Kui katseklaasi on jäänud õhku, kostab vinguv pauk.

Vesinikku saadakse laboris näiteks alumiiniumi ja soolhappe reaktsioonil ning kogutakse kummuli­pööratud katseklaasi.

Kaltsiumhüdriidi (CaH2) reageerimisel veega eraldub samuti gaasiline vesinik.

CaH2+2H2O→ Ca(OH)2+2H2 ↑

Seda reaktsiooni kasutatakse ilma­vaatlus­õhupallides, mis saadetakse vähemalt 35 km kõrgusele. Varem oli nendes heelium, nüüd aga eelistatakse vesinikku, kuna see on odavam ning ka veidi väiksema tihedusega.

Vesinikku kasutatakse ilmavaatlusõhupallides, sest see on väikese tihedusega ja suhteliselt odav.

Mõtle

Mitu korda on vesinikumolekul heeliumi­aatomist kergem?

Laboris on vesinikku väga lihtne saada. Reaktsioonis eralduv vesinik tuleb kogudaanumasse, sest vesinik on vägagaas. Vesiniku tõestamiseks .

Vee elektrolüüs (kr k lysis – lagundamine) on oluline viis vesiniku saamiseks. Elektrivool juhitakse läbi vee, mis sisaldab ioone (veemolekulid on laenguta, kuid elektrivoolu tekkeks on vaja laetud osakesi). Vee elektrolüüsil laguneb vesi elektri­voolu toimel vesinikuks (H2) ja hapnikuks (O2).

2H2O→elektrolüüs 2H2↑+O2

Seotud sisu
Muud tegevused

Vesiniku saamine tööstuses

Vee elektrolüüsil saadakse umbes 4% tööstuses toodetavast vesinikust. See­juures on oluline, millisest allikast tuleb elekter. Kui elektri tootmiseks on kasutatud fossiilset kütust, näiteks põlevkivi, siis kokkuvõttes loodust ei säästeta, sest fossiilset kütust põletades vabaneb süsihappegaas (CO2). Seetõttu üritatakse leida teisi võimalusi, näiteks muundatakse elektri­energiaks päikese­energiat või tuulte ja lainete liikumise energiat.

Päikesepaneelide abil muundatakse päikeseenergia elektrienergiaks, mida saab kasutada vee elektrolüüsiks.
Tuuleelektrijaamas muundatakse tuule kineetiline energia elektrienergiaks.
Veealuste turbiinide abil muundatakse vee- ehk hüdroenergia elektrienergiaks.

Kõige rohkem vesinikku toodetakse tööstuses maagaasi, s.o metaani (CH4) reaktsioonis veeauruga. Reaktsioon toimub kõrgel temperatuuril katalüsaatori (reaktsiooni kiirendava materjali, selles reaktsioonis nikkel, Ni) osavõtul.

CH4+2H2O→1000 °C, Ni CO2↑+4H2↑

Selles reaktsioonis eraldub ka süsihappegaas, mistõttu otsitakse loodussäästlikumaid lahendusi.

Vesinikku kasutatakse energia­kandjana ning sellega loodetakse asendada diisli­kütust. Vesinikuautode ja vesiniku levikut kütusena takistavad aga võrdlemisi kallid kütuseelemendid, s.o seadmed, mis muundavad vesiniku ja hapniku reaktsioonis eralduva energia elektri­energiaks. Elamute jaoks on välja pakutud võimalust, et päikesepatarei toodab elektri kõrval ka elektrolüüsil vesinikku, mida saaks energia­allikana kasutada öösel, kui päike ei paista.

Naftaproduktide, põlevkivi ja teiste peamiste maa­varade põletamisel tekib vesi ja süsihappegaas. Vesiniku põlemisel süsihappegaasi ei teki, mistõttu soovitatakse energiakandjana kasutada järjest enam vesinikku.
Honda FCX Clarity kasutab kütusena vesinikku.
2023. aasta oktoobris sai Eestis esimest korda sõita linnaliinibussiga, mis kasutab kütusena vesinikku.

Mõtle

Leia veel põhjuseid, miks on hea kasutada fossiilsete kütuste asemel vesinikku.

  • Vee elektrolüüsil saadakse elektrivoolu toimel vesinikku ja vett.
  • Looduse hoidmiseks on oluline, et elektrolüüsiks vajaminev elektrienergia saadakse taastuvatest energiaallikatest (Päike, tuul, vesi).
  • Fossiilsete kütuste (bensiin, diislikütus) põletamisel paiskub õhku süsihappegaas, mis mõjutab Maa kliimat.
  • Vesiniku tootmiseks peab vee elektrolüüsil kasutatav vesi olema täiesti puhas.
  • Tulevikus võiks vesinik asendada fossiilseid kütuseid (bensiin, diislikütus).
  • Vesinikku kasutatakse praegu energiakandjana vähe, sest see on liiga väikse tihedusega.
      • Reaktsioon toimub väga kõrgel temperatuuril
      • Tootmisel kasutatakse taastuvenergiat
      • Vaja kasutada katalüsaatorit
      • Süsihappegaasi ei teki
      • Odavam
      • Võimalik kõikides kliimavöötmetes
      • Tekib süsihappegaas
      • Kallim
      • Vesinikku toodetakse veest
      Seotud sisu
      Muud tegevused

      Lisalugemine

      Värviline vesinik

      Vesinik on värvitu gaas, kuid tootmis­protsesside alusel nimetatakse vesinikku erinevate värvide järgi. Värvid aitavad eristada eri viisil toodetud vesiniku mõju keskkonnale. Halliks vesinikuks nimetatakse vesinikku, mis toodetakse metaani reageerimisel veeauruga kõrgel temperatuuril ja katalüsaatori juuresolekul. Hall vesinik moodustab 97% kogu maailmas toodetavast vesinikust ning selle käigus eraldub 10 kg CO2 iga kilogrammi vesiniku kohta. Kui reaktsiooni käigus eralduv CO2 kogutakse kokku, siis nimetatakse sellel meetodil saadud vesinikku siniseks vesinikuks. Rohelise vesiniku tootmiseks kasutatakse taastuvatest energiaallikatest saadud elektrit ja elektrolüüsi, kus vesi lagundatakse elektrivoolu toimel vesinikuks ja hapnikuks.

      Tootmisprotsesside alusel nimetatakse vesinikku erinevate värvide järgi näiteks siniseks, roheliseks ja halliks.
      Seotud sisu
      Muud tegevused

      Ma tean, et

      • Laboris on kõige lihtsam vesinikku saada sobiliku metalli ja happe reaktsioonil.
      • Elektrolüüs on elektrivoolu toimel kulgev keemiline reaktsioon.
      • Tööstuses saadakse vesinikku peamiselt metaani reageerimisel veeauruga.
      Seotud sisu
      Muud tegevused

      Jätan meelde!

      Seotud sisu
      Muud tegevused

      Küsimused ja ülesanded

      1. Miks oleks hea kasutada fossiilsete kütuste asemel vesinikku?
      2. Kirjelda vee elektrolüüsi protsessi, millised on reaktsiooni lähteained ning millised saadused.
      3. Millised probleemid kaasnevad vesiniku tootmisega?
      Seotud sisu
      Muud tegevused