あくまでも仮定ですが、簡単に水を水素と酸素に分解できたとすると、1リットルの水からどれくらいの爆発エネルギーを得られるのでしょうか。このエネルギーでエンジン発電機を動かせたとすると、どれくらいの電力を作れるでしょうか。ちなみに発電効率は100%と考えて頂いて結構です。勿論水を分解するためのエネルギーが大きいことは今回は無視してください。誰か知っている方教えて頂けませんでしょうか。発電機による発電以外にも、エネルギー換算が出来る方法があればうれしいです。何卒宜しくお願いします。

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A 回答 (3件)

発電効率は100%なので、質問の内容は水素と酸素を反応させて水1リットルができた場合の熱量は幾らかということになります。



水の熱化学方程式は
H2 + 1/2O2 = H2O(液) + 286kJ
H2Oは分子量18g/molなので
水1リットル=1000gで55.56molになります。
したがって
55.56*286=15890kJ=4.41kWhのエネルギーが発生します。

ちなみに熱化学方程式はイコールで結ばれています。
これは、水ができるときは286kJ発熱しますが、分解して水素と酸素にするには286kJ加えなければならないことを意味します。

つまり質問では分解するエネルギーを無視していますが、分解するのに最低限必要なエネルギーと、反応させて最大限取り出せるエネルギーは同じということです。
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この回答へのお礼

本当に、丁寧なご回答ありがとうございます。分かりました。ただこの発生するエネルギーがたとえば重油や、灯油、またはガソリンエンジンにて発電する時に比べて、水素と酸素はエネルギーとしてはどの位の力が有るのか、安易に分かるのかと思いました。そうすればもし、何らかの形で、水素が簡単に取り出せるならば、石油燃料に対してのエネルギーの比較が可能かと思いました。参考にさせていただきます。今後とも宜しくお願いします。

お礼日時:2011/04/11 10:57

水素と酸素の熱化学方程式は


H2(気)+1/2O2(気)=H2O(液)+286kJ
だそうです。
水1リットルは水分子55.6mol分なので原理的には55.6×286=15900kJのエネルギーを取り出せます(発電効率100%としているため)。これは電力換算しましすと、パソコンを24時間使いっぱなしできるくらいになります。
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なんか世の中に全くない新技術を思いついたように読めるのですが、それって水素エンジン、燃料電池のことではありませんか。


マツダをはじめいくつかの自動車メーカーや JR 東日本などが実用化に向けて取り組んでいますし、家庭のエネルギー源としての応用も考えられています。
http://www.mazda.co.jp/philosophy/tech/env/hybri …

いずれにせよ、御質問自体には、化学と物理に相当明るくないと回答できません。
大きめの図書館や大型書店に行って、ご自身で勉強してみることをお勧めします。
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水素と酸素の化学反応は燃焼と言う現象で生成物としては水ができますね。この時できた水の中には水素も酸素もそれぞれの原子が元のまま存在しています。一般にいう化学反応は原子そのものは変化してしまうことはなく、複数の原子が互いの原子の最も外側にある電子の部分だけで結合したり離れたする現象です。従って水素と水を反応させた結果得られる水の分子式はH2Oで水素2つと酸素が結びついたことが見て取れます。

ところが核融合では原子そのものが別の原子に変わってしまいます。水素同士の核融合反応では得られる物質はヘリウムです。水素がヘリウムという原子に変わってしまっているのです。これは普通の化学反応と異なり原子の外を回る電子だけでなく、原子の中心にある原子核の部分まで反応進んで原子核を構成する部品(陽子や中性子)まで結びついた状態になってしまいます。こうなるともはや水素は水素ではなくなってしまいます。ただしこのような現象は非常に高い温度や圧力のもとでしか起こらないので、身近に見る核融合反応といえば太陽ぐらいでしょう。核融合反応では元の原子より原子番号の大きな(重い)原子ができます。

原子炉などに使われているのは核融合の逆の反応で核分裂と言う反応です。ウランやプルトニウムなどの非常に重い元素の同位体と呼ばれる不安定な原子(放射線や中性子を出しながら崩壊していく)をある密度以上に集めると、崩壊の際に放出される中性子が回りの原子に飛び込み、更に当たった原子の中性子をたたき出すと言う連鎖反応が起こり鼠算的にその数が増えていきます。このまま放っておくと、急速に反応が進み原爆になってしまいます。それでは困るので、飛び出した中性子の内の必要以上の分を吸収して連鎖反応の進み方をコントロールしたのが原子炉です。

核分裂より核融合の方が取り出せるエネルギーははるかに大きく、核分裂と異なり放射能の危険も無いのですが、ただし温度があまりにも高く安定して行わせることができないので、核融合炉というのは今のところできていません。

ちなみに燃料電池では水素と酸素を反応させてはいますが爆発も炎を出すような燃焼もさせてはいません。先に述べた通り水素と酸素の反応は原子の外側にある電子のレベルでの問題なので、この反応が起こるとき電子が移動します。電子が移動すると言うことは電流が流れると言うことです。通常の化学反応ではこの電子の動きは勝手な方向に起こるため電流を取り出すことはできませんが、固体電解質という特殊物質上でこの反応を行わせることにより、方向をそろえることができるのです。方向がそろった電子の移動があればそれは一定方向に電流が流れる事を意味しますので電力が取り出せるのです。この他にも最新の技術を利用した発電設備にMHD(磁性流体)発電等と言うのもあります。興味があれば検索してみてはいかがでしょう。

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教えてください。

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