Перш за все, визначимо кількість водню, яке можна отримати з 1 кг алюмінію при різних хімічних реакціях і його енергетичну цінність.
Для отримання водню з алюмінію можна використовувати властивість алюмінію взаємодіяти з неконцентрованими кислотами:
а при певних умовах і з водою
Молярна маса алюмінію M = 27 г / моль, що дорівнює 0,027 кг / моль.
Молярна маса водню, що складається з двох атомів становить 2 г / моль, що дорівнює 0,002 кг / моль.
Молярна маса води дорівнює 18 г / моль.
У всіх цих реакціях з двох молекул алюмінію виходить три молекули водню.
Значить, в реакції з кожних 0,054 кг алюмінію виходить 0,006 кг водню. У другій реакції алюмінію з водою для отримання Al2 O3 також бере участь 0,054 кг води. У першій реакції кількість води для отримання 2Аl (ОН) 3 братиме участь в два рази більше. Нескладними обчисленнями отримуємо, що при хімічних реакціях за участю 1 кг алюмінію і як мінімум 1 кг води отримуємо 0,111 кг водню, обсяг якого при нормальних умовах складе 1,24 м 3.
Тепер порахуємо енергетичну цінність отриманого водню.
Теплота згоряння водню складає 120 МДж / кг. Для отриманої кількості водню кількість енергії при його згорянні складе 13,32 МДж, що після переведення в більш наочні одиниці виміру складе 3,7 кВт.год енергії.
Якщо теплота згоряння бензину в середньому становить 46 МДж / кг, то для заміни енергії водню, отриманої з 1 кг алюмінію знадобиться 0,296 кг бензину, або приблизно третину літра.
Якщо порівняти алюміній і інші реактиви беруть участь в реакції, як по масі, так і за вартістю з бензином, то алюмінієва енергетика явно програє бензину і іншим традиційним видам палива. Порівняємо також енерговитрати на отримання алюмінію з виходом енергії водню отриманого з алюмінію.
У промисловості алюміній отримують електролізом розчину глинозему Аl2 О3 в розплавленому кріоліті Na3 AlF6 з добавкою AlF3 і CaF2 при температурі 960 ° С і струмом в кілька тисяч ампер. На виплавку 1 кг алюмінію витрачається 20 кВт.год електричної енергії.
Таким чином, витрата енергії на отримання алюмінію в 5,4 рази більше, ніж можна отримати від водню. Не дивлячись на те, що алюміній, як і водень один з найпоширеніших на планеті хімічних елементів, його неможливо використовувати як джерело енергії, попередньо не витрачаючи на його виробництво більшої кількості енергії.
Під час обговорення застосування алюмінію як енергоносія не завжди враховуються технологічні можливості застосування алюмінієвої енергетики. Сам процес протікання хімічної реакції отримання водню з алюмінію має певні особливості. Алюміній відноситься до хімічно активних елементів і за активністю займає місце між магнієм і цинком. У звичайних умовах реакції з водою не відбувається через міцної плівки оксиду Аl2 О3. який захищає алюміній від подальшого окислення. Щоб алюміній в звичайних умовах міг взаємодіяти з водою, необхідно видаляти плівку оксиду без доступу повітря, наприклад, під шаром ртуті, досить отруйною речовиною. Але і тоді швидкість реакції невелика. Щоб зруйнувати окісну плівку для взаємодії алюмінію з водою, необхідно подавати воду під тиском у вигляді пари при температурі 300 - 350 0 С. На нагрів пара необхідні час і енергія, щоб і в пробках тримати автомобіль в готовності «під парами». Тому зручніше користуватися лугом або кислотою.
При взаємодії алюмінію з лугом або кислотою, плівка поступово руйнується і швидкість реакції збільшується. При цьому збільшується і температура реактивів, що в свою чергу ще більше збільшує швидкість виділення водню і підвищення температури. При інших реакціях алюмінієвого порошку з деякими реактивами, швидкість протікання реакції і температура може бути великий, наприклад, при горінні терміту. Алюмінієвий порошок може входити до складу деяких вибухових сумішей. Як повільне, так і швидке виділення тепла при хімічних реакціях важко використовувати для руху транспорту.
При роботі автомобіля часто доводиться швидко розганятися і сповільнювати швидкість або зупинятися. Збільшення або зменшення потужності двигуна виробляється зміною кількості надходить палива. Швидко видалити з алюмінієвого порошку реактиви, щоб точно регулювати швидкість хімічної реакції неможливо. Тому автомобіль не зможе швидко набирати швидкість, а після зупинки деякий час буде виділятися надлишковий водень, створюючи зайвий тиск.
Хімічним реакціям з виділенням тепла (екзотермічним), передують ендотермічні реакції з поглинанням тепла при отриманні реагентів. Тому додаткової енергії отримати не вдаються. Реально ми маємо втрати на переплавку шлаків, а також інші втрати енергії на видобуток, підготовку, транспортування сировини і звичайні теплові втрати при переплавки і електролізі алюмінію.
Витрати енергії на звичайну переплавку алюмінієвого брухту складають приблизно 5% від витрат енергії на отримання алюмінію електролізом розплаву суміші сировини, тому алюмінієвий брухт можна вважати марними відходами. А ось реагенти, одержувані після хімічних реакцій, переробляти знову в алюміній складно і дорого.
Зараз розроблені кілька варіантів сплавів алюмінію, у яких не утворюється захисної плівки, але їх треба захищати від дії води і повітря, та й вартість їх більше, ніж звичайного алюмінію.
У міру проходження хімічної реакції, все більшу частину суміші складають вже відпрацьовані реактиви та швидкість реакції сповільнюється. Кількість одержуваного водню зменшується і двигун, що працює на водні, що отримується з алюмінію вже «не тягне». Необхідна заправка новою порцією палива. Але, паливний бак залишається майже повним, і не до кінця прореагував суміш, наприклад, на основі алюмінію з кислотою або лугом потрібно видаляти з бака і тільки потім можна додавати нові реактиви. Після видалення відпрацьованих реактивів і додавання нових, забезпечити надійну герметизацію заправного отвору, так як бак буде перебувати під деяким тиском.
Алюмінієва енергетика виявляється не такою вже і екологічно чистою. Для переходу автомобілів на алюмінієве паливо необхідно в багато разів збільшити кількість електричної енергії для отримання алюмінію і достатньої кількості інших хімічних реактивів.
Існують хімічні способи відновлення алюмінію, наприклад, відновлення його за допомогою більш активних хімічних елементів. Ці та інші схожі реакції використовували для отримання найперших зразків алюмінію, коли вартість алюмінію була порівнянна з вартістю дорогоцінних металів. Мабуть, повертатися до тих часів не варто.