även om väte står för cirka 75% av universums massa, var det oskyldiga lilla elementet 1 i det periodiska systemet inte lätt att upptäcka.
tillbaka 1671 var en irländsk kemist vid namn Robert Boyle den första som artificiellt producerade den extremt lätta och brandfarliga gasen medan han experimenterade med järn och syror. Men varken han eller flera andra forskare, som producerade väte under de följande nästan hundra åren, insåg att gasen var ett separat element.
sedan 1766 upptäckte den brittiska forskaren Henry Cavendish att väte var en” diskret substans”, vilket betyder ett eget element. Han kallade gasen ” brandfarlig luft ”och spekulerade att den faktiskt var identisk med en hypotetisk substans som heter” phlogiston”, som härrör från forntida grekiska och beskriver ett eldliknande element som släpptes under förbränning. Cavendish, som vanligtvis ges kredit för upptäckten, upptäckte också 1781 att gasen producerade vatten när den brändes.
men väte fick sitt faktiska namn av en annan forskare, den franska kemisten Antoine Lavoisier. Han härledde det från den grekiska termen för vatten, hydro och ordet gener, vilket betyder Skapare, eftersom väte ”skapar vatten” när det brinner.
vad är färgen på väte?
gasen är färglös, kan du omedelbart säga, vilket är sant naturligtvis. Men eftersom väte är hyped som den Heliga Gralen i den gröna energiövergången, gav forskare det tre ytterligare färger för att beskriva var gasen faktiskt kommer från.
det finns ”grå väte”, som produceras med naturgas. Tyvärr för Moder natur orsakar processen — som ofta används inom petrokemisk och gödselindustri — betydande koldioxidutsläpp. På global nivå står gråväte för nästan 2% av de globala utsläppen.
för det andra, och med ett mindre ekologiskt fotavtryck finns det ”blått väte.”Det är också baserat på naturgas, men innehåller CO2 samlat från en ny teknik som kallas Carbon Capture and Storage (CCS), som syftar till att fånga koldioxidutsläpp som normalt skulle gå in i luften och värma upp atmosfären.
och slutligen har vi” grönt väte”, som är produkten av elektrolys av vatten med förnybar el, med netto koldioxidutsläpp nära noll. Den uppenbara stora fördelen med grönt väte är att det kan absorbera överskott av el när utbudet av vind-och solenergi överstiger efterfrågan. Det skulle fungera till mycket låga och till och med negativa elpriser, vilket gör ett bra affärsfall för produktion när mer och mer förnybar energi kommer online.
fysiken och kemin bakom Element 1
väte tros vara ett av tre element som produceras i den så kallade Big Bang, de andra är helium och litium. Det är det vanligaste elementet i universum, som utgör 75% av normal materia i Massa och mer än 90% av antalet atomer. Livet kan inte existera utan väte, eftersom det finns i nästan alla molekyler i levande saker.
väte är nr 1 i det periodiska systemet, men kan det också vara nr 1 när det gäller att begränsa miljöföroreningar?
vi är skyldiga det mesta av energin på vår planet till väte, på grund av solens kärnbränder som omvandlar väte till helium som frigör massiva mängder energi. Människans första kedjereaktionsexperiment utfördes med användning av en blandning av vätgas och klor. 1913 utlöste den tyska kemisten Max Bodenstein kedjereaktionen i blandningen — år innan den första kärnkedjereaktionen upptäcktes.
väte är den enklaste atomen som är möjlig. Den har bara en proton i kärnan, som endast kretsas av en elektron. Det är det enda elementet som inte har några neutroner. Flytande väte har den lägsta densiteten av någon vätska, medan kristallint väte har den lägsta densiteten av något kristallint fast ämne. Det reagerar explosivt med elementen syre, klor och fluor.
Antihydrogen är det enda antimateriaelementet som hittills har gjorts. Forskare vid CERN-partikelacceleratorn i Schweiz syntetiserade atomer av antihydrogen i upp till 17 minuter och upptäckte att varje antihydrogenatom innehåller en positron (positivt laddad version av elektronen) som kretsar kring en antiproton (negativt laddad version av protonen).
Tyskland vänder sig till ren vätgasenergi för att uppfylla gröna mål
otroligt mångsidig
i den petrokemiska industrin används stora mängder väte vid uppgradering av fossila bränslen, särskilt i en process som kallas väteavsvavling som används för att separera svavel i bränslena.
dessutom finns det en process som kallas hydrering och innebär att väte tillsätts till olika ämnen för att omvandla till exempel omättade fetter och oljor i margariner till mättade. I kombination med kväve används väte för att göra ammoniak för gödselmedel, och den mångsidiga gasen kan till och med minska malmer till metaller.
på grund av dess många gynnsamma egenskaper, inklusive låg densitet och viskositet samt den högsta specifika värmeledningsförmågan hos alla gaser, är väte ett perfekt kylmedel i kraftverksgeneratorer.
i halvledarindustrin används väte för att mätta så kallade trasiga eller ”dinglande” bindningar av amorft kisel och amorft kol som hjälper till att stabilisera materialegenskaper.
för att inte glömma väte som energikälla. Experter är överens om att vi fortfarande är årtionden borta från att använda gasen för detta ändamål eftersom den där bara kan spela en roll i det hypotetiska sammanhanget för kommersiell kärnfusionskraft, en teknik som för närvarande är långt ifrån implementering. Solens energi kommer också från kärnfusion av väte, men denna process har varit svår att uppnå på ett kontrollerat sätt på jorden hittills.
en roll i framtiden efter kol?
tyvärr kräver produktion av elementärt väte mer energi än vad som erhålls genom att bränna det. Dessutom är energitätheten per volymenhet betydligt mindre än för traditionella fossila bränslen.
men mot bakgrund av globala ansträngningar för att mildra klimatförändringen diskuteras ”grönt väte” allmänt som en möjlig framtida bärare av energi som kan sänka utsläppen av växthusgaser.
i transport kan bränsleceller, som omvandlar väte och syre direkt till El, ersätta förbränningsmotorn och till och med kompensera de flesta nackdelarna med batteridrivna bilar som räckvidd och laddningstider. För tunga lastbilar verkar tekniken vara det enda kommersiellt gångbara koldioxidsnåla alternativet till traditionella bränslen, även inom järnvägstransporter.
grönt väte kan också lagras, distribueras och användas som råmaterial för stationär kraft och industri-och tillverkningssektorer som ståltillverkning.
men trots att det är en lovande energibärare i ett koldioxidsnålt energisystem står grönt väte fortfarande inför betydande tekniska och kommersiella utmaningar. Dess nackdelar som svag energieffektivitet och stora infrastrukturkrav kan vara överväldigande utanför några kärnanvändningar.