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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Q水素エネルギーの水蒸気は新たな問題になるか?

例えばの話ですが、石油がなくなって世の中全て水素エネルギーになったとします。今現在消費されている石油エネルギーが全て水素エネルギーになったとして、水素が燃えてできる(燃料電気も含む)水蒸気が新たな問題になったりはしないのでしょうか?例えば、今よりもっと蒸し暑くなる、雨が多くなる等々。

Aベストアンサー

やはり数字が入ってくると推測が具体的になりますね。
世界の1割以上を日本で発生させ、そのさらに1割を東京23区で発生させるというのはちょっと見積もりが大きすぎるように思いますが考え方としてはいいように思います。でも降る雨の量の1割の水蒸気を発生させるというのは多いようですね。雨が増えるかも知れません
ただ東京で降る雨は東京に降った雨が蒸発した物ではありません。海から運ばれてきているものがほとんどです。降った雨のうち、海に流れてしまうのはどれくらいの割合かはわかりません。仮に1割程度が蒸発するとすると残りの9割は海から運ばれてきています。だから発生した水蒸気もそのまま上空にいる保障はありません。もっと広い範囲に移動していると考えた方がいいと思います。最低でも関東エリアぐらいまでは考えるのが良いと思うのですが。

東京都の人口が1200万人ですから日本の人口の1割です。人口比率で水蒸気を発生させるとしたら23区でなくて東京都で考える方がいいのではないでしょうか。
世界のエネルギー消費のどれくらいを日本が占めているかもわかるといいのですが。

日本海側の秋田、新潟の年間降水量は1700mmほどです。富山は2300mm、金沢は2600mmです。でも長野は900mmほどです。これは冬場の雪のせいですが内陸部が少ないということと合わせて考えると海から運ばれている水だということがよくわかると思います。(このデータは観測所のあるところでのものですから都市部のものだと思います。)

信濃川の降水量を流域面積で割ると1500mmになります。長野の900mmよりもかなり多いですから周辺の山間部での雪を考えないといけないでしょう。

そろそろ私も限界です。わからないことが多くなってきました。

やはり数字が入ってくると推測が具体的になりますね。
世界の1割以上を日本で発生させ、そのさらに1割を東京23区で発生させるというのはちょっと見積もりが大きすぎるように思いますが考え方としてはいいように思います。でも降る雨の量の1割の水蒸気を発生させるというのは多いようですね。雨が増えるかも知れません
ただ東京で降る雨は東京に降った雨が蒸発した物ではありません。海から運ばれてきているものがほとんどです。降った雨のうち、海に流れてしまうのはどれくらいの割合かはわかりません。仮...続きを読む

Q原子炉建屋が水素爆発?

原子炉建屋が水素爆発したらしいのですが、この水素はどこから発生したのでしょうか?

Aベストアンサー

核燃料棒の外側にあるジルコニウムという金属が原因みたいです。

---------------------------------------------------------------------------------
そして850度になるとジルコニウムは水と反応して燃え出して、放射能は外に漏れてきます。ジルコニウムが燃えると水素が出来、水素爆発の危険がでてきます。スリーマイル原子力発電所事故では実際にこれが起きました。このようにジルコニウムを使うことは危険を伴いますが、他に適当な金属がないためにやむを得ず使っているのです。
---------------------------------------------------------------------------------

ということです。

Q燃料電池と水素エネルギー社会について

燃料電池と水素エネルギー社会について質問します。

ある本に、「燃料電池によって水素エネルギー社会がくる。」という趣旨のことが書いてあって各種燃料電池のことが紹介してありました。(固体高分子型とか高温型燃料電池とか。)

しかし、どれを見ても天然ガスやメタノールを使うようです。

海の水には水素がいっぱい含まれているように思うのですが、水から水素を取り出して燃料電池などでエネルギー源として使うことはできないのでしょうか。また、そのような研究は行われていないのでしょうか。

(もし行われているとすれば、どの程度進んでいるのでしょうか。)

Aベストアンサー

化学には至って弱いのですが、水素燃料電池に関する範囲で回答します。
水は水素と酸素の化合物で、「2H₂O」と書かれますね。しかし、これは純水(高純度の淡水=真水)で、実際に高純度の水素を得るには、電気分解法が一般に広く行われています。
電気分解には、電気抵抗の大きい高純度の真水でなければ、電源がショートして電気分解そのものが不可能です。水道水や河川・湖水・地下水等の自然水も、不純物を多く溶解・含有しているため、電気分解できません。ましてや海水はより多くの不純物を含むため、電気分解法で水素を取り出すことは不可能です。従って、電気分解には蒸留水を使いますが、蒸留するには熱エネルギーを消費します。
水素燃料電池は、水素と酸素を化合させたときに生じる「2H₂O+熱エネルギー」を、「2H₂O+電流」の形で取り出すための、電気分解の可逆性を利用したものです。
電気分解以外の方法は無いか? との質問かとも思いますが、化学的に水素を分離する方法があるかどうか、その具体的技術や効率については、承知していません。何らかの方法があるとしても、化学作用を促進させる媒体(触媒)が必要でしょう。都合の良い触媒があったとしても、その開発や高効率の分解法が発見されたとの報道には、接したことがありません。触媒等が環境に与える影響も考慮しなければなりません。化学電池や鉛蓄電池も、環境汚染の要因に成っています。
燃料電池以外にも、自然エネルギーを利用する発電方法は、色々考案もされ、実用化もされています。化石燃料や酸素さえも、40億年以上の太陽エネルギーの恩恵です。
一部には、『原子力こそ人類が手に入れた最高効率の安全なエネルギー』とする原発依存も、すでに『神話』となってしまいました。
太陽の恩恵を最大限に享受しながら、環境に優しく、安全且つ豊かな自然エネルギーの開発こそ待ち望まれます。

化学には至って弱いのですが、水素燃料電池に関する範囲で回答します。
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電気分解には、電気抵抗の大きい高純度の真水でなければ、電源がショートして電気分解そのものが不可能です。水道水や河川・湖水・地下水等の自然水も、不純物を多く溶解・含有しているため、電気分解できません。ましてや海水はより多くの不純物を含むため、電気分...続きを読む

Q4号機水素爆発がおこりました。

4号機水素爆発がおこりました。今まで他の水素爆発が起こった時はマイクロシーベルトの単位で変動していましたが、4号機だけ400mSvとか高値を示しました。

なぜ4号機だけそんなに高いのでしょうか。

Aベストアンサー

起こった場所が違うのですよ。これまでは原子炉建屋で起こっていたので、原子炉圧力容器の外側にあった微量の放射性物質の飛散でしたが、4号機の爆発は使用済み核燃料の貯蔵プールで起こったので、原子炉圧力容器の中に入ってい高い放射能を持った使用済み燃料を入れてあった部分での爆発です。大量の水に沈めて(水には放射線を遮蔽する効果があります)燃料の崩壊熱を冷却しながら保存していたところで、冷却水の水位が下がって使用済み燃料が露出したため使用済み燃料が高温の状態になり、その熱で水の熱分解(水素と酸素が発生)が起こり爆発に至ったという経緯です。従ってレベルの高い放射線に汚染された物質が周りに飛散したということです。

Q水素エネルギー

30前に読んだ本に水素をエネルギーにする 時代が来ると有りましたが 駄目ですかね

Aベストアンサー

No.2ですが、補足します。

高温ガス炉による水素発生という手段があります。
これは今回問題になったようなBWRやPWRのような軽水炉ではなく、Heガスを熱媒体とする原子炉で、水を熱分解して水素を得る方法です。この炉はメルトダウンがなく、高温になると中性子を吸収して出力が低下する性質があるため安全とされています(http://www.jaea.go.jp/02/press2010/p10122201/index.html)。

高温ガス炉で水を熱分解して水素を発生することができます。これは水を電気分解しないので、エネルギー効率が50%程度になると期待されています(現在の原発で水を延期分解すると25%程度)。エネルギー効率が高いということは、同じエネルギーを得るための原子炉の数を減らすことができるため、さらに安全性が高くできます。

水素は、自動車の燃料としてはかなり昔から研究されていて、安全性も確立しています(衝突試験等もずいぶんやられています)。
また、自動車だけでなく、製鉄に水素を使えば(水素で鉄鉱石を還元)、現在の石炭を使う方式に比べ、CO2の排出も大幅に抑えられます。

確かに、従来の発電にこだわらず、いろいろなエネルギーの取り出し方で原子力を見直すことで、より安全に原子力を利用する方法が開けそうですね。
勉強になりました。

No.2ですが、補足します。

高温ガス炉による水素発生という手段があります。
これは今回問題になったようなBWRやPWRのような軽水炉ではなく、Heガスを熱媒体とする原子炉で、水を熱分解して水素を得る方法です。この炉はメルトダウンがなく、高温になると中性子を吸収して出力が低下する性質があるため安全とされています(http://www.jaea.go.jp/02/press2010/p10122201/index.html)。

高温ガス炉で水を熱分解して水素を発生することができます。これは水を電気分解しないので、エネルギー効率が50%程度になる...続きを読む

Qなぜ水素爆発が起きないよう原子炉建屋をつくらない?

なぜ水素爆発が起きないように原子炉建屋をつくらないのでしょうか?
原子炉建屋に開閉式の煙突でも作っておいて、いざというというときはよく換気できるようにしておけば爆発しないと思うのですが。

あと水素ガスセンサーみたいなものは設置されていないのでしょうか?

Aベストアンサー

>>なぜ水素爆発が起きないように原子炉建屋をつくらないのでしょうか?

燃料棒被覆に最適な素材がジルコニウムです。その素材は高温で水と反応して水素が発生します。水素が発生する可能性がゼロなら水素爆発は発生しませんが、現在の技術ではそれは無理ってことですね。

>>原子炉建屋に開閉式の煙突でも作っておいて、いざというというときはよく換気できるようにしておけば爆発しないと思うのですが。

「原子炉トラブルがあろうとも、放射性物質は環境に放出しない」というのが基本方針です。いざというとき大量の放射性物質を大気中に放出するような原子炉建屋の設計は許されないでしょうし、そんな構造の原発を受け入れる県や市は無いと思います。

>>あと水素ガスセンサーみたいなものは設置されていないのでしょうか?

水素ガスが発生するっていうことは、原子炉のメルトダウンの可能性を認めるってことであり、原子炉設計者は、「(水素ガスの発生なんて)そんなことは有り得ない!」ということで設置しなかったのではないかと思います。

Q水素エネルギーの製造法

はじめまして、今、私は、卒業研究のテーマとしてバイオエネルギーの基礎研究(もっともクリーンで効率の良い水素製造法)に向けての下調べ、文献調査をしている所です。将来的に化石燃料を資源とした石油から水素へとエネルギー資源をシフトしていかせるために各社、研究室、大学等が研究、開発を進めています。
燃料電池は良い例で水素(もしくはメタノール)を必要とし電力を得ています。
水素を得る方法としては、化石資源(炭化水素、メタノール)、水の電気分解や直接分解、バイオマスによって得られることを知りましたが他にも何かありませんか?どんな内容でもかまいません。
また、クリーンな製造をテーマとしているため光触媒を利用したいと考えています。つまり光合成によって水素を放出する植物や微生物ですがどのようなものがあるのか知っている方みえませんか?それ、もしくはそれに近い内容について知っている方教えてください。
質問範囲が狭くなっていますがどんな小さなことでも構いません。宜しくお願いします。

Aベストアンサー

#4です。石油を造る微生物ですが、私が知ったのは何年か前のTVでのニューストピックスだったと記憶しています。そのものと同じであるかは分かりませんが、京都大学の石油生成菌 「HD‐1」がその後、TVで取り上げられたようです。また、水素を生成する微生物についての情報ですが、本日(3月9日)深夜0時よりNHK教育TVで放送されたサイエンスZEROは、ご覧になりましたか。燃料電池の内容だったのですが、その中で水素の供給源として、水素を排水から抽出した有機酸から造りだす大腸菌のことが取り上げられていました。何でも大腸菌のDNAを操作して、水素生成能力を飛躍的に上げることに成功したそうです。大腸菌溶液1Lに有機酸を加えると直ちに水素を発生し、時間当たり200Lの水素生成能力があるそうです。

Q福島原発の水素爆発の原因に関して

今回の地震で、
福島原発の第一号機で水素爆発がありました。

原子力発電に関して詳しくないので教えてください。

http://www.atom-higashidoori.jp/02_hvae/index1.html

は今回よくでている図だと思っています。

■質問1
なぜ原子炉格納容器外の部分で水素が発生したのでしょうか?

■質問2
原子炉格納容器外での爆発で放射能漏れを起こすのでしょうか?
→原子炉圧力容器内に放射能があることは想像がつくのですが、
→その外側(格納容器よりもさらに外)へ放射能が漏れていることがどうもよく理解できていません。

また、タイトルとは外れるのですが、

今回炉内に海水を注水することで冷却を試みています。
この注水作業は非常事態では想定されうる対応にも思われるのですが、
なぜ対応に時間がかかったのでしょうか?
また軽水ではなくて、海水を使うこともなんとなく疑問です。
軽水の準備がなかった?

色々と質問ですいません。

よろしくお願いします。

Aベストアンサー





>>なぜ原子炉格納容器外の部分で水素が発生したのでしょうか?



ビタミンEの原料の開発研究で、高温高圧の水素化反応のベンチプラントのテスト運転の経験です

圧力容器の「気密テスト」をする時、先ず、一般的に高圧「窒素」を封入して、
圧力計の目盛りの「圧力変化」と容器の「容積」から、「漏れ速度」を計算します

漏れが所定量を超えたら、圧力容器のパッキン部、配管の継ぎ部、・・・等々を
石鹸水などで、「シャボン玉」の原理で、調べて、

「漏れ箇所」のパッキンをはさんでいる「フランジ」のボルトを増し締めします

漏れが所定量以下になったら、次は、水素での「気密テスト」をします

水素分子は、窒素分子に比べて、「小さい」ので、「漏れ」が生じます、

石鹸水で、再び、「漏れ箇所」を探し、ボルトを増し締めします



以上の事柄から、「水素」は非常に「漏れやすい」



プラントを一定条件で運転している時は、パッキン等からの「漏れ」は少ないが



プラントを、停止したり、条件変更したり、・・・して、

「圧力容器」の温度が上下して、「変化」すると、圧力容器、ボルト等の
金属が、「伸び縮み」して、必ず、「漏れ」が発生します




>>その外側(格納容器よりもさらに外)へ
  放射能が漏れていることがどうもよく理解できていません


(1)推測される原因
 
  上記の理由により、圧力容器の「機密性」が「損なわれている」


(2)推測される原因

  原子炉へ注入された水 (真水でも海水でも同じ) が、

  原子炉内の燃料が生成する「崩壊熱」を奪った後

  「水蒸気として」、又は、及び、「高温水」として、プラントから
  「煙突から大気中」へ、又は、及び、「放水口から海水」へ
  
  放出される時

  放射能を帯びた物質 (気体としてのヨウ素、温水に溶けたヨウ素) が

  プラントの外へ、放出される・・・と想像しています


  


例えば、福島第一原発第三号機

3月13日から3月28日までの「15日間の崩壊熱」を
炉の熱出力(15日*24時*238.1 万kW)の0.35% =300 万kWと仮定すれば

3月13日から3月28日までの「原子炉への注水量」の「合計」は、

最小 ーーー すべて、「100℃の蒸気」として放出と仮定した時
300*10000/733=4092ton --- 気体として 6833640 Nm3

最大 ーーー すべて「100℃の水」として放出と仮定した時
300*10000/104=28846ton(m3)

私の投稿を参照方

http://okwave.jp/qa/q6622313.html


計算を理解されなくても、問題ありません
とにかく、注水量が 膨大になる事を想像して頂くだけで、良いと思います


上記の大量の蒸気や温水を「原子炉格納容器」に「ため込む」事

即ち

「原子炉」へ「水を入れる」だけで、「出さない」事は、不可能と考えます


石油化学コンビナートの林立しているタワーの
8割ほどは、不純物の除去や有用物の回収の為のものと・・・推測します

福島第一原発では、原子炉建屋とタービン建屋以外に
何も無いようです

放射能を除去する「膜」が有りそうに言っている専門家が居られましたが

「大量の水蒸気」又は、及び、「大量の水」に含まれる
「微量の放射能物質」を除去する為には
「大きなタワー群」又は、及び、「建屋群」が必要と思います


土田








>>なぜ原子炉格納容器外の部分で水素が発生したのでしょうか?



ビタミンEの原料の開発研究で、高温高圧の水素化反応のベンチプラントのテスト運転の経験です

圧力容器の「気密テスト」をする時、先ず、一般的に高圧「窒素」を封入して、
圧力計の目盛りの「圧力変化」と容器の「容積」から、「漏れ速度」を計算します

漏れが所定量を超えたら、圧力容器のパッキン部、配管の継ぎ部、・・・等々を
石鹸水などで、「シャボン玉」の原理で、調べて、

「漏れ箇所」のパッキンをはさんでいる「フランジ...続きを読む

Qバイオエタノールと水素エネルギーの精製コスト

二酸化炭素削減のためにバイオエタノールが使用される
ようですが、なぜ水素エネルギーを使用しないのでしょうか?
また、精製にかかるコスト面なのでしょうか?

Aベストアンサー

ANo.2のご回答が最も大きな理由ですが、それに次ぐ理由として、ではどうして水素を利用するかという手段も確立されていなこともあります。燃料電池という話がありますが、国が過去長年にわたり膨大な研究費を投入し、自動車会社をはじめ企業も相当の研究費を投入してきましたが、実用に供する燃料電池を積んだ車の開発はまだまったくみえてきていません。特に実用にたえる寿命と、耐環境性という点ではほとんど手がついていなく、コストにいたっては二桁のコストダウンが必要といわれているようです(車載用の燃料電池は億円単位だそうです)。
また水素をどのように社会に流通させるか(皆様はご自宅のとなりに水素スタンドを建設するという計画にご賛同できますか?)なども全く目処が立っていないようです。
その点バイオエタノールは、現用ガソリンエンジンの小改良で利用が可能ですし、流通もガソリンに準じた形ですみそうなことから、インフラ整備まで考えれば水素エネルギーとバイオエタノールではコスト的に相当差があるようですね。

Q石油は無限ですか?ある大学で水素と酸素ガスから石油を作る事が既に成功しておりますが、石油がなくな

石油は無限ですか?

ある大学で水素と酸素ガスから石油を作る事が既に成功しておりますが、石油がなくなったらどのようになりますか?
バイオエタノールですか?
電気ですか?
プラスな回答お願いしますm(_ _)m

Aベストアンサー

石油資源は地球が有限であるので有限な資源であることは確かです。
昔はあと20年でなくなると言われたりしましたが、今でも掘削をしているので、これからどの程度の掘削ができるのか判りませんね。

>水素と酸素ガスから石油を作る事が既に成功
これは何かの間違いです。石油は炭素と水素が主な元素ですので、酸素が幾らあっても石油はできません。

バイオメタノールでエタノールではありませんね。
これは問題が有って穀物を食糧資源にするかエネルギー資源にするかで人の食べるものに影響します。

石油もバイオメタノールも化石燃料にはかわりはないので、地球温暖化対策とは相反するものであることは確かです。
現実的に考えると原子力が補完していくないように思いますね。


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