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Elektrolyse durch Beta-Strahlung?

 
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Sowasaberauch



Anmeldedatum: 09.04.2008
Beiträge: 833

BeitragVerfasst am: Do Sep 04, 2008 5:13 pm    Titel: Elektrolyse durch Beta-Strahlung? Antworten mit Zitat

Ich hab mich gefragt, ob es möglich ist, Wasser zu spalten mit Hilfe von Beta-Strahlung (Elektronen mit gewisser kinetischer Energie)?

Würde es einfach ausreichen, Wassermoleküle mit Elektronen zu beschiessen welche mehr eV haben als die Bindungsenergie im Molekül?

Davon hab ich keine Ahnung, aber vielleicht weiss ja jemand von euch mehr in dieser Richtung.
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rue



Anmeldedatum: 17.05.2004
Beiträge: 335
Wohnort: Kärnten/Österreich

BeitragVerfasst am: Fr Sep 05, 2008 3:35 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Ja, das sollte schon funktionieren, es hat sogar einen Namen:

http://de.wikipedia.org/wiki/Radiolyse

Oftmals ist es aber ein ungewollter Effekt in Kernrektoren, da
der entstehende Wasserstoff zur Erhöhung des Gefahrenpotentials beiträgt.
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Sowasaberauch



Anmeldedatum: 09.04.2008
Beiträge: 833

BeitragVerfasst am: Sa Sep 06, 2008 10:56 am    Titel: Antworten mit Zitat

Vielen Dank!
Interessant.
Wieviel eV Energie muss denn so ein Elektron haben, um ein Spaltung auszulösen? Reicht da bereits die Bindungsenergie? Das wäre ja nicht viel...(kein besonders schnelles Elektron notwendig...)
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Denker



Anmeldedatum: 11.03.2008
Beiträge: 519
Wohnort: Bayern 91

BeitragVerfasst am: Sa Sep 06, 2008 11:19 am    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo

Das wäre ja zu schön um wahr zu sein.
Einfach ein Stück Uran in ein Glas mit Wasser legen, und man hätte Wasserstoff ohne ende.
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rue



Anmeldedatum: 17.05.2004
Beiträge: 335
Wohnort: Kärnten/Österreich

BeitragVerfasst am: Do Sep 11, 2008 12:47 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Denker hat Folgendes geschrieben:

Einfach ein Stück Uran in ein Glas mit Wasser legen, und man hätte Wasserstoff ohne ende.


...ja, das würde wieder der technisch interessierte Ottonormalinternetleser glauben.

Wieder mal ein kleines Rechenbeispiel: Wie lange würde ein Labor-Betastrahler brauchen um 1cm3 Wasserstoff
zu erzeugen?

Nehmen wir mal an wir hätten eine Labortischstrahlungsquelle mit 1MeV Betateilchen
und einer Aktivität von 10kBq. Die Bindungsenergie bei Wassermolekülen ist ca. 4eV
pro Bindung. Theoretisch könnte ein Betateilchen also 250000 H-Atome freisetzen.
In der Praxis wird es aber weniger sein, da man dem Teilchen nicht vorschreiben kann
wo es seine Energie los wird, es werden auch andere Formen von Energie frei werden.

Also nehmen wir mal an, 50000 H-Atome (reine Schätzung meinerseits) werden pro Teilchen erzeugt.
Lt. Wiki hat ein m3 Wasserstoff ca. 90g, ein cm3 folglich 9E-5g, was wiederum 5,4E19 Atomen entspricht.
Pro Sekunde erhielten wir also 10000x50000=5E8 H-Atome.
Für den gesuchten cm3 bräuchte der Strahler also 5,4E19 / 5E8 = 1,08E11 Sekunden, also ca. 3400 Jahre...


Fazit: Denken ist gut, aber Denken und Rechnen besser
Wink
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Sowasaberauch



Anmeldedatum: 09.04.2008
Beiträge: 833

BeitragVerfasst am: Do Sep 11, 2008 2:24 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Wau, vielen Dank für die nette Rechnung!

Meine Ursprungsidee war eigentlich, ein E-Feld zu entwickeln (z.B. von Elektret). Dieses beschleunigt dann freie Elektronen in Richtung Wasser, sodass sie einige keV mehr haben, wenn sie auf's Wasser auftreffen. So könnte ein Elektron viel mehr Wasserstoff freisetzen, obwohl es zu beginn nur eine geringe Energie hatte.
Das Problem dabei, wie immer ist, dass man irgendwie verhindern muss, dass sich die Elektronen im Wasser sammeln, sodass dann irgendwann kein E-Feld mehr da ist...
Die Fräge wäre hier, ob die austretenden Gase, die ja jetzt viel leichter sind negativ ionisiert austreten. Dadurch, dass die Gase viel leichter sind, könnten Sie die Arbeit verrichten die notwendig wäre, um die negative Ladung wieder aus dem Wasser zu bekommen (entgegen dem E-Feld).

Das Grundprinzip wäre dasselbe wie hier: http://forum.hcrs.at/viewtopic.php?t=931
Nämlich das man sich zunutze macht, dass Wasser schwerer ist als Wasserstoff. D.h. wenn man zu 100% effektiv zwischen Wasser spalten und wieder vereinigen könnte, könnte man zusätzlich Arbeit verrichten, eben weil die beiden "Stoffe" unterschiedliche Dichten haben.
Aber das Problem hier wäre wohl wieder, dass die Kraft des steigenden Wasserstoffes so gering ist, dass es kein besonders grosses E-Feld benötigt, um dem entgegenzuwirken...und dann funkioniert es nicht mehr. Ergo würde das kleine E-Feld was dem H2 noch erlauben würde zu entkommen, die Elektronen nicht sonderlich beschleunigen...
Energiegewinn, wäre da dann wohl wieder eher in der "Mückenschiss"-Region... Laughing
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uli.paul



Anmeldedatum: 04.02.2006
Beiträge: 669
Wohnort: Augsburg

BeitragVerfasst am: Sa Okt 18, 2008 11:34 pm    Titel: Antworten mit Zitat

Der effizienteste und effektivste Weg Wasserstoff aus Wasser durch Strom zu erzeugen ist und bleibt die Elektrolyse, da sie nur sehr wenig Abwärme erzeugt. Allerdings muss man auf zwei Dinge achten: die Elektroden müssen eine möglichst große Oberfläche haben, ohne allerdings das entstehende Gas zu adsorbieren, und die Lösung muss auf die Geometrie der Anordnung abgestimmt werden. Zu große Leitfähigkeit ist dem Wirkungsgrad genauso abträglich wie zu kleine.

Wenn es aber um Alternativen zur puren Elektrolyse geht, dann sieht die Sache ganz anders aus. Es gibt Versuchsanordnungen, die Sonnenlicht so stark bündeln, dass Wasser(dampf) thermisch zerlegt wird (Pyrolyse). Allerdings entsteht dabei das berühmte Knallgas und man muss den Sauerstoff daraus entfernen. Kostengünstig geht das derzeit nur durch Oxidation eines Stoffes - und der ist meist Kohlenstoff. Solange das entstehende CO2 nicht anderweitig und sinnvoll verwendet wird also kein (Netto-)Beitrag zum Umweltschutz. Allerdings werden derzeit Alternativen dazu gesucht und eine vielversprechende ist die, den Wasserstoff - und nur ihn - an ein Material durch Adsorption zu binden von dem es sich leicht wieder, z.B. durch Erwärmung, lösen läßt. Die Adsorption hat einen Vorteil gegenüber Absorption: Letzere ist ein Tiefeneffekt, der Wasserstoff muss also in das Material eindringen. Das geht langsam und genauso langsam kommt er auch wieder heraus. Die Adsorption spielt sich nur auf der Oberfläche ab - wie bei einem Mikrofaserputztuch.

Die Speicherung von Wasserstoff funktioniert damit schon recht gut (ein U-Boot der deutschen Marine fährt mit dieser Technik). Aber Sauerstoff ist ein "Gift" für die meisten Materialien, die dafür in Frage kommen. Da ist noch etwas Hirnschmalz nötig. Vielleicht liefert ja die Entwicklung der Brennstoffzellen ein Abfallprodukt, das verwendet werden kann. Denn zur Trennung von Wasserstoff und Sauerstoff bräuchte es ein Filter, der nur den Sauerstoff durchlässt. So etwas gibt es noch nicht, aber die Membranen in den Brennstoffzellen blockieren sehr effizient Protonen, also Wasserstoffionen. Und als Ionen liegen Wasserstoff und Sauerstoff nach der Spaltung des Wassermoleküls vor. Sie vereinigen sich zwar sehr schnell zu Molekülen, aber nicht so schnell, dass man sie nicht im statu nascendi beobachten kann.

Eine andere Methode nutzt das Sonnenlicht und Mikroorganismen um Wasserstoff zu erzeugen. Die Mikroorganismen liefern allerdings den Wasserstoff nur in gebundener Form. Derzeit kommt das letztendlich auf das Gleiche raus wie Biosprit. Da ist immer noch Kohlenstoff drin. Die Bilanz ist allerdings ausgeglichen, was schon einmal ein Vorteil ist, da kein zusätzliches CO2 abgegeben wird. Derzeit "erzeugt" Biosprit mehr CO2 als die Pflanzen bei ihrem Wachstum aufnehmen, da für den Anbau und die Weiterverarbeitung fossile Energieträger mitverwendet werden.

Und unproblematisch ist Biosprit auch nicht: wenn Bauern wegen der Rendite ihre Maisernte zu Sprit verarbeiten lassen anstatt zu Lebensmitteln, dann steigt der Preis für daraus gefertigte Lebensmittel u.U. drastisch. So bereits geschehen in Mexico: Tortillas sind inzwischen dreimal so teuer wie noch vor fünf Jahren! Das sind 300% und dabei lag die Inflationsrate in Mexico im gleichen Zeitraum nur bei etwas über 35%.

Da bringt eine "industrielle" Erzeugung schon mehr, vor allem wenn die Mikroorganismen in Meerwasser gedeihen. Wasser kann man, wie alle Flüssigkeiten, recht kostengünstig durch Pipelines über große Entfernungen transportieren. Somit wäre eine "Wasserstoff-Fabrik" mitten in der Sahara denkbar. Und wenn man nicht "kleckert" und gleich ein Areal von 10km auf 10km mit solchen Kollektoren versieht, dann kann man obendrein noch Windkrafträder an den Rändern aufstellen! Denn das Areal wäre merklich kühler als die Umgebung und es würde Luft in dieses oben hineinströmen und unten kühler wieder entweichen. aber ich höre schon wieder die Umwelt-"Schützer": 100 Quadratkilometer ist die Größe eines deutschen Naturschutzgebietes - und viele sind hierzulande nicht einmal so groß! Stimmt für Deutschland, aber nicht für den größten Teil der Welt. Aber das sei nur eine Randbemerkung.

Abschließend möchte ich einen Lösungsansatz vorstellen, der allerdings erst in den Kinderschuhen steckt. Und wieweit die praktische Realisierung noch entfernt ist weiß ich auch nicht.

Die Idee ist folgende: Licht ist ja bekanntlich eine elektromagnetische Strahlung, samt E- und H-Feld. Wenn man jetzt durch Nanotechnologie eine Oberfläche erzeugt, die ein so starkes Spannungspotential zwischen Elektroden erzeugt, dass Wasser gespalten wird, dann ist das eine Photolyse. So weit so gut. Dummerweise lieben die entstehenden Atome (derzeit) die Oberfläche so sehr, dass sie sich nicht davon lösen und eher sich wieder vereinigen (wenn die Temperatur hoch genug ist). Auf gut Deutsch: die Apparatur wird heiß, aber es kommt kein Wasserstoff raus. Allerdings muss man den Forschern zugute halten, dass sie auf einem sehr neuen Gebiet arbeiten.

Angesichts dieser diversen Möglichkeiten halte ich die Verwendung von frei fliegenden Elektronen zur Spaltung von Wasser für die zweitineffektivste: Nur die Zerlegung durch mechanische Kräfte ist noch ineffektiver.
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Jeder Schwachkopf kann behaupten - aber nur wenige können beweisen.
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