물에서 수소 분리는 방식이 궁금합니다

Question

안녕하세요.

물은 H2O로 수소와 산소가 만나 분자형태로 존재하자나요?

그런데 이 분자를 분리하여 수소만 빼낼 수 있다는데.. 어떤 방식과 원리로 분리를 하나요?

Answer 1

안녕하세요. 정준민 과학전문가입니다.

몇가기 방법이 있는데분자를 떨어트리는 일이기 때문에 에너지가 많이 들어갑니다.

방법으로는 아래 2개인데 물론 더 있습니다. 대표적인것 전해질과 전기를 말씀 드립니다.

전해질 용액의 준비: 전해질 용액은 물에 전기를 전달하고 전해질로 이온을 생성하는 역할을 합니다. 일반적으로 물에 약간의 전해질인 염화 나트륨(NaCl) 또는 황산(H2SO4)을 첨가하여 전해질 용액을 준비합니다.

전기 분해: 전기원을 통해 전극에 전기를 공급하면, 양극에서는 수소(H2)가 생성되고, 음극에서는 산소(O2)가 생성됩니다. 이는 물 분자의 수소와 산소를 분리시키는 과정입니다.

Answer 2

안녕하세요. 원형석 과학전문가입니다.

전압을 걸어주게 되면 전원 장치의 (-) 극에서 흘러나온 전자가 (-) 전극으로 이동하게 됩니다. (-) 전극 표면에서 물 분자는 전자를 얻는 반응이 일어나게 되고, 물은 수소 기체(H2)와 수산화 이온(OH-)으로 분해됩니다.

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물은 생체 내의 수소이온 제공에 기여 -> 물분자의 이온화 -> 수산화 이온(OH-). 과 수소이온(H+)으로 분리 -> 수소이온은 다른 물분자와 결합하여 하이드로늄 이온.

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Answer 3

안녕하세요. 차민석 과학전문가입니다. 전기분해를 통해서 수소를 분리하는데 물 분자(H2O) 중 매우 극소수는

H2O → H+ + OH- 처럼 스스로 "이온화"가 되는 특성이 있습니다. (물의 자동 이온화) 이온화된, H+ 와 OH-가

각각의 전극에서 수소 기체와 산소 기체가 되는 것이지요.

Answer 4

안녕하세요. 김경태 과학전문가입니다.

물에서 수소 분리를 하는 방법에는 여러 가지가 있지만, 대표적인 방법 중 하나는 전해질 전해분해 방법입니다. 이 방법은 전해질을 이용하여 물 분자를 전해질로 이동시켜 전해질에서 전자를 빼내고 수소와 산소를 분리하는 방법입니다.

전해질 전해분해 방법은 물과 전해질이 있는 전해질 용액을 전해전지의 전극에 연결합니다. 전해질 용액에서 전해질은 이온 상태로 존재하며, 이온은 양이온과 음이온으로 나뉩니다. 전해질 용액에 전기를 가하면 양이온은 전극에 음극으로 이동하고, 음이온은 양극으로 이동합니다. 물 분자는 양극 쪽으로 이동하여 전해질과 상호작용하여 분해되며, 수소와 산소가 분리됩니다.

이 방법은 수소를 상대적으로 적은 비용으로 분리할 수 있어 대량 생산에 적합합니다. 그러나 전기를 사용하므로 전기 에너지 비용이 많이 들기 때문에 전기가 저렴한 지역에서 수소 생산이 이루어지는 것이 일반적입니다.

Answer 5

안녕하세요. 김경렬 과학전문가입니다.

전기분해를 통해 물을 수소와 산소로 분리하는 것입니다. 물에서 수소를 분리하면 부산물로 산소만 발생하기 때문에, 온실가스를 전혀 배출하지 않는 가장 친환경적인 방법입니다. 하지만 물을 전기분해할 때 들어가는 에너지의 60%만 수소로 얻을 수 있기 때문에, 이 방법은 에너지 생산량보다 소비량이 많아경제성이 없읍니다.

즉 (+) 극은 전자를 가져갑니다. 즉, 물에서 전자를 빼앗으므로 물이 산화됩니다.물이 산화되는 반응식은 다음과 같아요.

2H_2O>4H++O2​+4e−​

산소(O2)가 생깁니다.(-)는 전자를 주므로 물이 환원됩니다.

반응식은 다음과 같아요.

2H2​O+2e−→2OH−+H2​​ 수소(H2)가 생깁니다.

Answer 6

안녕하세요. 손호현 과학전문가입니다.

전기분해를 하게 되면 음극 표면에서는 물 분자는 전자를 얻는 반응이 일어나 물은 수소 기체와 수산화이온으로 분해됩니다.

양극 표면에서는 전자를 잃게 되는 반응이 일어나고 신소 기체와 수소 이온으로 분해됩니다.

음극과 양극 모두 기체가 발생하죠.

음극에는 수소 기체가 있으므로 불을 가져다 대면 폭발합니다.

양극에는 산소 기체가 있으므로 불을 가져다 대면 불꽃이 커집니다.

Answer 7

안녕하세요. 김태헌 과학전문가입니다.

물에서 H2O 에서 H 와 0 를 분리할때 전기분해를 해야합니다...근데 전기분해시 많은양의 에너지가 요구되지요~~ 그래서 현재는 경제적 측면에서 수지타산이 맞지 않기 때문에 사용하지 못하고 있습니다..

Answer 8

안녕하세요. 김태경 과학전문가입니다.

지구상에서 가장 많이 존재하고 친환경적인 에너지원인 수소를 생산하는 방법 중 하나인 물의 전기분해 원리는 전기에너지를 이용하여 물의 산화·환원반응을 통해 산소와 수소로 분리하여 고순도의 수소를 생산하는 것을 말한다.

Answer 9

안녕하세요. 이만우 과학전문가입니다.

물에 전기에너지를 가해 수소와 산소로 분해하는 것으로 이러한 연구의 핵심은 수전해에 필요한 에너지를 낮춰주는 전극촉매에 있는데

물을 전기 분해할 때 +극과 -극에서 발생하는 기체의 성질을 확인할 수 있습니다.

지구상에 풍부한 물을 분해하여 수소를 생산하는 물 전기분해 (electrocatalytic water splitting) 방법은

수소의 친환경적인 대량 생산이 가능하며, 전기에너지를 활용하여 효율적인 수소생산을 가능케 해 전망이 밝은 기술로 평가되는데요

물 전기분해 수소 생산기술의 핵심은 수소 발생 반응이며, 이 반응에 활성이 가장 뛰어나다고 알려진 촉매는 백금으로 수소의

상용화를 위해서 반드시 값비싼 백금을 대체할 수 있는 저렴하고 우수한 활성을 갖는 촉매 소재를 개발하는것이 관건입니다.

국내외 과학자들의 활발한 연구 개발이 진행되고 있고 머잖아 무한히 풍부한 청정 수소에너지가 공급 될 날이 오지 않을까 생각합니다.

다만...현재 기술은 수소를 생산하기 위해 값비싼 설비와 촉매를 활용해야 해서 채산성이 부족하다는 상황이라

각 국에서는 이런 문제를 해결하기 위해 다양하고 저렴한 수소 추출 방법을 개발하고 있죠.

도움 되셨기를...^^