Prisveksten på energiressurser stimulerer søket etter mer effektive og billigere drivstofftyper, inkludert på husholdningsnivå. De fleste entusiastiske håndverkere tiltrekkes av hydrogen, hvis brennverdi er tre ganger høyere enn metan (38,8 kW mot 13,8 med 1 kg stoff). Det ser ut til at metoden for ekstraksjon hjemme er kjent - å dele opp vann ved hjelp av elektrolyse. Faktisk er problemet mye mer komplisert. Artikkelen vår har 2 mål:
- analysere spørsmålet om hvordan man lager en hydrogengenerator med minimale kostnader;
- vurdere å bruke en hydrogengenerator for oppvarming av et privat hus, påfylling av en bil og som en sveisemaskin.
Kort teoretisk del
Hydrogen, også hydrogen, - det første elementet i det periodiske systemet - er det letteste gassformige stoffet med høy kjemisk aktivitet. Under oksidasjon (det vil si forbrenning) avgir den en enorm mengde varme, og danner vanlig vann. Vi karakteriserer elementets egenskaper, og designer dem i form av teser:
- Hydrogenforbrenning er en miljøvennlig prosess, ingen skadelige stoffer frigjøres.
- På grunn av den kjemiske aktiviteten forekommer ikke fri gass på jorden. Men i sammensetningen av vann er reservene uuttømmelige.
- Elementet blir utvunnet i industriell produksjon ved hjelp av en kjemisk metode, for eksempel i prosess med gassifisering (pyrolyse) av kull. Ofte et biprodukt.
- En annen måte å oppnå gassformig hydrogen på er elektrolyse av vann i nærvær av katalysatorer - platina og andre dyre legeringer.
- En enkel blanding av gasser hydrogen + oksygen (oksygen) eksploderer fra den minste gnist og frigjør øyeblikkelig en stor mengde energi.
For referanse. Forskere som først separerte vannmolekylet i hydrogen og oksygen kalte blandingen eksplosiv gass på grunn av dens tendens til å eksplodere. Deretter fikk den navnet Browns gass (med oppfinnerens navn) og ble utpekt av den hypotetiske formelen til NGOer.
Fra det foregående antyder følgende konklusjon seg selv: 2 hydrogenatomer kombineres lett med 1 oksygenatom, men de er veldig motvillige for å skille seg ut. Den kjemiske oksidasjonsreaksjonen fortsetter med direkte frigjøring av termisk energi i samsvar med formelen:
2H2 + O2 → 2H2O + Q (energi)
Her ligger et viktig poeng som vil være nyttig for oss i den videre analysen av flyreiser: hydrogen inngår reaksjon spontant fra antennelse, og varme frigjøres direkte. For å skille et vannmolekyl må energi brukes:
2H2O → 2H2 + O2 - Sp
Dette er en elektrolytisk reaksjonsformel som kjennetegner prosessen med å dele opp vann ved å levere strøm. Hvordan du kan utføre dette i praksis og lage en hydrogengenerator med egne hender, vil vi vurdere videre.
Prototype oppretting
For å få deg til å forstå hva du har å gjøre med, foreslår vi først å montere den enkleste hydrogengeneratoren til lavest mulig pris. Utformingen av en hjemmelaget installasjon er vist i diagrammet.
Hva består en primitiv elektrolysator av:
- reaktor - glass eller plastbeholder med tykke vegger;
- metallelektroder nedsenket i en reaktor med vann og koblet til en strømkilde;
- den andre tanken fungerer som en vannlukker;
- HHO avgassrør.
Et viktig poeng. Det elektrolytiske hydrogenanlegget opererer bare ved likestrøm. Bruk derfor strømadapteren, billaderen eller batteriet som strømkilde. En dynamo vil ikke fungere.
Prinsippet om drift av elektrolysatoren er som følger:
- To elektroder nedsenket i vann forsynes med spenning, fortrinnsvis fra en justerbar kilde.For å forbedre reaksjonen tilsettes litt alkali eller syre i beholderen (hjemme - vanlig salt).
- Som et resultat av elektrolysereaksjonen blir hydrogen frigjort fra siden av katoden som er koblet til "minus" -terminalen, og oksygen vil bli generert nær anoden.
- Blanding går begge gassene gjennom et rør inn i en vannlås som utfører 2 funksjoner: å skille vanndamp og forhindre en blits i reaktoren.
- Fra den andre tanken tilføres eksplosiv gass av NNO til brenneren, hvor den brennes for å danne vann.
For å lage generatorkonstruksjonen som er vist i diagrammet med egne hender, trenger du 2 glassflasker med brede halser og lokker, en medisinsk dropper og to dusin skruer. Et komplett sett med materialer vises på bildet.
Av spesialverktøyene er det nødvendig med en limpistol for å tette plastdekslene. Fremstillingsprosedyren er enkel:
- Vri flate trepinner med selvskruende skruer, og plasser endene i forskjellige retninger. Lodde skruehodene sammen og koble ledningene - få fremtidige elektroder.
- Lag et hull i dekselet, sett inn den kuttede saken til dropperen og ledningene der, og forsegl deretter på begge sider med en limpistol.
- Plasser elektrodene i flasken og skru på hetten.
- I det andre lokket, bor du 2 hull, sett inn dropperørene og skru den på en flaske fylt med rent vann.
For å starte hydrogengeneratoren, hell saltet vann i reaktoren og slå på strømkilden. Reaksjonens begynnelse er preget av utseendet til gassbobler i begge beholderne. Juster spenningen til den optimale verdien og sett fyr på brun gass som kommer ut av droppernålen.
Om Meyer-hydrogencellen
Hvis du laget og testet designen beskrevet ovenfor, så merket du sannsynligvis at installasjonsytelsen er ekstremt lav ved å brenne flammen i enden av nålen. For å få mer eksplosiv gass, må du lage et mer alvorlig apparat, kalt Stanley Meyer-cellen til ære for oppfinneren.
Prinsippet for drift av cellen er også basert på elektrolyse, bare anoden og katoden er laget i form av rør som er satt inn i hverandre. Spenningen tilføres fra pulsgeneratoren gjennom to resonansspoler, som gjør det mulig å redusere strømforbruket og øke produktiviteten til hydrogengeneratoren. Den elektroniske kretsen til enheten er vist på figuren:
Merk. Detaljer om driften av ordningen er beskrevet på ressursen http://www.meanders.ru/meiers8.shtml.
For å lage en Meyer-celle trenger du:
- et sylindrisk etui laget av plast eller pleksiglass; håndverkere bruker ofte et vannfilter med lokk og dyser;
- rustfrie stålrør med en diameter på 15 og 20 mm, lengde 97 mm;
- ledninger, isolatorer.
Korrosjonssikre rør er festet til basen av dielektrikken, ledninger koblet til generatoren er loddet til dem. Cellen består av 9 eller 11 rør plassert i et plast- eller pleksiglassveske, som vist på bildet.
Elementene er koblet i henhold til alle ordningene som er kjent på Internett, som inkluderer en elektronisk enhet, en Meyer-celle og en vannlås (teknisk navn er boblen). Av sikkerhetsgrunner er systemet utstyrt med sensorer for kritisk trykk og vannstand. I følge vurderingene fra hjemmearbeidere forbruker en slik hydrogeninstallasjon en strøm i størrelsesorden 1 ampere ved en spenning på 12 V og har tilstrekkelig ytelse, selv om eksakte antall ikke er tilgjengelig.
Platereaktor
En høyytelseshydrogengenerator som er i stand til å sikre driften av en gassbrenner er laget av rustfrie plater som måler 15 x 10 cm, antallet er fra 30 til 70 stk. Det bores hull for å stramme stender i dem, og en terminal for tilkobling av ledningen blir kuttet ut i hjørnet.
I tillegg til plater i metall 316, må du kjøpe:
- 4 mm tykk gummi motstandsdyktig mot alkali;
- endeplater laget av pleksiglass eller tekstolit;
- strekkstenger M10-14;
- tilbakeslagsventil for gasssveiseapparater;
- vannfilter under en vannlås;
- tilkoblingsrør fra korrugerte rustfritt stål;
- kaliumhydroksyd i pulverform.
Platene må settes sammen til en enkelt enhet, isolert fra hverandre med gummipakninger med en midt utskåret, som vist på tegningen. Trekk den resulterende reaktoren tett med tapper og koble til elektrolyttdysene. Sistnevnte kommer fra en egen beholder utstyrt med lokk og avstengningsventiler.
Merk. Vi forteller hvordan du lager en flytende (tørr) elektrolysator. Det er lettere å lage en reaktor med nedsenkingsplater - du trenger ikke å sette gummipakninger, og den samlede enheten senkes ned i en forseglet beholder med elektrolytt.
Påfølgende montering av generatoren som produserer hydrogen, utføres i henhold til samme skjema, men med forskjeller:
- På foringsrøret til apparatet er festet en tank for fremstilling av elektrolytt. Det siste er en 7-15% løsning av kaliumhydroksyd i vann.
- I stedet for vann helles en såkalt deoxidizer - aceton eller et uorganisk løsningsmiddel i "boblen"
- En tilbakeslagsventil må plasseres foran brenneren, ellers når hydrogenbrenneren slås av jevnt, vil et omvendt slag bryte slangene og "boblen".
Er det lønnsomt å få hydrogen hjemme
Svaret på dette spørsmålet avhenger av omfanget av oksygen-hydrogenblandingen. Alle tegninger og diagrammer publisert av forskjellige online ressurser er designet for å produsere HHO-gass til følgende formål:
- bruke hydrogen som drivstoff for biler;
- forbrenne røykfritt hydrogen i varmekjeler og komfyrer;
- søke om gasssveising.
Hovedproblemet som krysser alle fordelene med hydrogenbrensel: kostnadene for elektrisitet for frigjøring av rent materiale overstiger mengden energi mottatt fra forbrenningen. Uansett hva tilhengere av utopiske teorier hevder, når den maksimale effektiviteten til elektrolysatoren 50%. Dette betyr at 1 kW varme forbrukt 2 kW strøm. Fordelen er null, til og med negativ.
Husk at vi skrev i den første delen. Hydrogen er et veldig aktivt element og reagerer med oksygen på egen hånd og genererer mye varme. Prøver vi å skille et stabilt vannmolekyl, kan vi ikke bringe energi direkte til atomer. Delingen utføres med elektrisitet, hvorav halvparten avledes ved å varme opp elektroder, vann, transformatorviklinger og så videre.
Viktig bakgrunnsinformasjon. Den spesifikke varmen til hydrogenforbrenning er tre ganger høyere enn metan, men - etter masse. Hvis vi sammenligner dem etter volum, blir det bare 3,6 kW termisk energi når du brenner 1 m3 hydrogen, sammenlignet med 11 kW for metan. Tross alt er hydrogen det letteste kjemiske elementet.
Tenk nå den eksplosive gassen som er oppnådd ved elektrolyse i en hjemmelaget hydrogengenerator som drivstoff for ovennevnte behov:
- Den endelige installasjonsprisen, lav produktivitet og effektivitet gjør det ekstremt ulønnsomt å brenne hydrogen for oppvarming av et privat hus. Det er lettere å plassere noen av elektriske kjeler - TEN, induksjon eller elektrode - enn å "vikle" måleren med en elektrolysator.
- For å erstatte 1 liter bensin for en bil vil det være nødvendig med 4.766 liter rent hydrogen eller 7.150 liter detonerende gass, hvorav en tredjedel oksygen. Den mest elendige oppfinneren på Internett har ennå ikke gjort en elektrolysator som er i stand til å gi lignende ytelse.
- Et gasssveiseapparat som brenner hydrogen er mer kompakt og lettere enn sylindere med acetylen, propan og oksygen. I tillegg lar flammetemperaturen opp til 3000 ° C deg arbeide med alle metaller, kostnadene for å skaffe drivstoff her spiller ikke en spesiell rolle.
For referanse. For å forbrenne hydrogen i en kjele, må du gjøre om strukturen grundig, siden en hydrogenbrenner kan smelte hvilket som helst stål.
Konklusjon
Hydrogenet i sammensetningen av NGO-gassen oppnådd fra en hjemmelaget hydrogengenerator er nyttig for to formål: eksperimenter og gasssveising.Selv om vi forkaster den lave effektiviteten til elektrolysatoren og kostnadene ved å montere den sammen med den forbrukte strømmen, er det ganske enkelt ikke nok produktivitet til å varme opp bygningen. Dette gjelder også bensinmotoren til en personbil.