Creșterea prețului resurselor energetice stimulează căutarea unor tipuri de combustibil mai eficiente și mai ieftine, inclusiv la nivelul gospodăriei. Cei mai mulți meșteri entuziaști sunt atrași de hidrogen, a căror valoare calorică este de trei ori mai mare decât metanul (38,8 kW față de 13,8 cu 1 kg de substanță). Se pare că este cunoscută metoda de extracție la domiciliu - divizarea apei prin electroliză. De fapt, problema este mult mai complicată. Articolul nostru are 2 obiective:
- să analizeze cum se face un generator de hidrogen cu costuri minime;
- Luați în considerare utilizarea unui generator de hidrogen pentru încălzirea unei case particulare, realimentarea unei mașini și ca mașină de sudură.
Scurtă parte teoretică
Hidrogenul, denumit și hidrogen, - primul element al tabelului periodic - este cea mai ușoară substanță gazoasă cu activitate chimică ridicată. În timpul oxidării (adică a combustiei) emite o cantitate uriașă de căldură, formând apă obișnuită. Caracterizăm proprietățile elementului, proiectându-le sub formă de teze:
- Arderea hidrogenului este un proces ecologic, nu se eliberează substanțe nocive.
- Datorită activității sale chimice, gazul liber nu apare pe Pământ. Dar în compoziția apei rezervele sale sunt inepuizabile.
- Elementul este extras în producția industrială printr-o metodă chimică, de exemplu, în procesul de gazeificare (piroliză) a cărbunelui. Adesea un produs secundar.
- Un alt mod de a obține hidrogen gazos este electroliza apei în prezența catalizatorilor - platină și alte aliaje scumpe.
- Un amestec simplu de gaze hidrogen + oxigen (oxigen) explodează din cea mai mică scânteie, eliberând instantaneu o cantitate mare de energie.
Pentru trimitere. Oamenii de știință care au separat prima dată molecula de apă în hidrogen și oxigen au numit amestecul de gaze explozive din cauza tendinței sale de a exploda. Ulterior, a primit numele gazului lui Brown (cu numele inventatorului) și a devenit desemnat de formula ipotetică a ONG-urilor.
Din cele de mai sus, se sugerează următoarea concluzie: 2 atomi de hidrogen se combină cu 1 atom de oxigen, dar sunt foarte reticenți. Reacția de oxidare chimică continuă cu eliberarea directă a energiei termice în conformitate cu formula:
2H2 + O2 → 2H2O + Q (energie)
Iată un punct important care ne va fi util în analiza ulterioară a zborurilor: hidrogenul intră în reacție spontan de la aprindere, iar căldura este eliberată direct. Pentru a separa o moleculă de apă, va trebui să se cheltuiască energie:
2H2O → 2H2 + O2 - Î
Aceasta este o formulă de reacție electrolitică care caracterizează procesul de divizare a apei prin furnizarea de energie electrică. Cum să punem acest lucru în practică și să facem un generator de hidrogen cu propriile mâini, vom lua în considerare în continuare.
Crearea prototipurilor
Pentru a vă înțelege cu ce aveți de-a face, mai întâi vă sugerăm să montați un generator simplu de hidrogen la un cost redus. Designul unei instalații de casă este prezentat în diagramă.
Din ce constă un electrolizor primitiv:
- reactor - recipient de sticlă sau plastic cu pereți groși;
- electrozi metalici imersați într-un reactor cu apă și conectați la o sursă de alimentare;
- cel de-al doilea rezervor acționează ca un obturator de apă;
- Țevi de evacuare a gazelor HHO
Un punct important. Centrala electrolitică cu hidrogen funcționează numai pe curent continuu. Prin urmare, utilizați adaptorul de curent alternativ, încărcătorul auto sau bateria ca sursă de alimentare. Un alternator nu va funcționa.
Principiul de funcționare a electrolizorului este următorul:
- Doi electrozi scufundați în apă sunt alimentați cu tensiune, de preferință dintr-o sursă reglabilă.Pentru a îmbunătăți reacția, în recipient se adaugă puțin alcalin sau acid (acasă - sare obișnuită).
- Ca urmare a reacției de electroliză, hidrogenul va fi eliberat din partea catodului conectat la terminalul „minus”, iar oxigenul va fi generat în apropierea anodului.
- Amestecând, ambele gaze printr-un tub intră într-o capcană de apă care îndeplinește 2 funcții: separarea vaporilor de apă și prevenirea unui flash în reactor.
- Din cel de-al doilea rezervor, gazul explozibil de NNO este alimentat către arzător, unde este ars pentru a forma apă.
Pentru a face designul generatorului prezentat în diagrama cu propriile mâini, veți avea nevoie de 2 sticle de sticlă cu gâturi largi și capace, un picurator medical și 2 duzini de șuruburi. Un set complet de materiale este prezentat în fotografie.
Dintre uneltele speciale, este necesar un pistol cu lipici pentru a sigila capacele din plastic. Procedura de fabricație este simplă:
- Răsuciți bastoanele plate din lemn cu șuruburi autofiletante, așezând capetele în direcții diferite. Lipiți capetele șurubului și conectați firele - obțineți viitorii electrozi.
- Faceți o gaură în capac, introduceți carcasa tăiată a picuratorului și firele, apoi sigilați pe ambele părți cu un pistol cu lipici.
- Puneți electrozii în sticlă și înșurubați capacul.
- În cel de-al doilea capac, găuriți 2 găuri, introduceți tuburile picuratoare și înșurubați o sticlă umplută cu apă normală
Pentru a porni generatorul de hidrogen, turnați apă sărată în reactor și porniți sursa de alimentare. Debutul reacției este marcat de apariția bulelor de gaz în ambele recipiente. Reglați tensiunea la valoarea optimă și dați foc gazului maroniu ieșind din acul picuratorului.
Despre celula de hidrogen Meyer
Dacă ați făcut și ați testat designul descris mai sus, atunci prin arderea flăcării la capătul acului, ați observat probabil că performanța de instalare este extrem de scăzută. Pentru a obține gaz mai exploziv, trebuie să faceți un dispozitiv mai serios, numit celula Stanley Meyer în onoarea inventatorului.
Principiul de funcționare a celulei se bazează, de asemenea, pe electroliză, numai anodul și catodul sunt realizate sub formă de tuburi introduse unul în altul. Tensiunea este furnizată de la generatorul de impulsuri prin două bobine rezonante, ceea ce permite reducerea consumului curent și creșterea productivității generatorului de hidrogen. Circuitul electronic al dispozitivului este prezentat în figura:
Notă. Detalii despre funcționarea schemei sunt descrise pe resursa http://www.meanders.ru/meiers8.shtml.
Pentru a crea o celulă Meyer, veți avea nevoie de:
- cutie cilindrică din plastic sau plexiglas; meșterii folosesc adesea un filtru de apă cu capac și duze;
- tuburi din oțel inoxidabil cu diametrul de 15 și 20 mm, lungimea 97 mm;
- fire, izolatoare.
Tuburile rezistente la coroziune sunt atașate la baza dielectricului, firele conectate la generator sunt lipite de ele. Celula este formată din 9 sau 11 tuburi plasate într-o carcasă din plastic sau din plexiglas, așa cum se arată în fotografie.
Elementele sunt conectate în conformitate cu toate schemele cunoscute pe Internet, care includ o unitate electronică, o celulă Meyer și o blocare de apă (numele tehnic este bubblerul). Din motive de siguranță, sistemul este echipat cu senzori pentru presiune critică și nivel de apă. Conform recenziilor meșterilor de casă, o astfel de instalație de hidrogen consumă un curent de ordinul 1 ampere la o tensiune de 12 V și are performanțe suficiente, deși nu sunt disponibile numere exacte.
Reactor placă
Un generator de hidrogen performant, capabil să asigure funcționarea unui arzător de gaz este format din plăci inoxidabile cu o dimensiune de 15 x 10 cm, numărul este de la 30 la 70 buc. Găurile pentru strângerea știfturilor sunt găurite în ele și un terminal pentru conectarea sârmei este decupat în colț.
În plus față de tablă de calitate 316, va trebui să cumpărați:
- Cauciuc gros de 4 mm rezistent la alcali;
- plăci de capăt realizate din plexiglas sau textolit;
- tije de legătură M10-14;
- supapă de verificare pentru aparate de sudare a gazelor;
- filtru de apă sub un hidroloc;
- conectarea țevilor din oțel inoxidabil ondulat;
- hidroxid de potasiu sub formă de pulbere.
Plăcile trebuie asamblate într-un singur bloc, izolate una de cealaltă cu garnituri de cauciuc cu o tăietură din mijloc, așa cum se arată în desen. Trageți bine reactorul rezultat cu știfturi și conectați-le la duzele electrolitului. Acesta din urmă provine dintr-un recipient separat echipat cu capac și supape de închidere.
Notă. Vă spunem cum să faceți un electrolizator cu flux (uscat). Este mai ușor să faceți un reactor cu plăci de imersie - nu este necesar să puneți garnituri de cauciuc, iar unitatea asamblată este coborâtă într-un recipient sigilat cu electrolit.
Asamblarea ulterioară a unui generator care produce hidrogen se realizează în același mod, dar cu diferențe:
- La carcasa aparatului este atașat un rezervor pentru prepararea electrolitului. Aceasta din urmă este o soluție de 7-15% de hidroxid de potasiu în apă.
- În loc de apă, un "așa-numit deoxidizant - acetonă sau un solvent anorganic este turnat în" bubonierul "
- O supapă de control trebuie să fie așezată în fața arzătorului, în caz contrar, atunci când arzătorul cu hidrogen este oprit fără probleme, o lovitură inversă va sparge furtunurile și „bule”.
Este profitabil să obțineți hidrogen acasă
Răspunsul la această întrebare depinde de domeniul de aplicare al amestecului oxigen-hidrogen. Toate desenele și diagramele publicate de diferite resurse online sunt proiectate pentru a produce gaz HHO în următoarele scopuri:
- utilizați hidrogenul ca combustibil pentru mașini;
- ardeți fără fum hidrogenul în cazanele și sobele de încălzire;
- aplicați pentru sudarea gazelor.
Principala problemă care elimină toate avantajele combustibilului cu hidrogen: costul energiei electrice pentru eliberarea materiei pure depășește cantitatea de energie primită în urma arderii sale. Oricare ar pretinde adepții teoriilor utopice, eficiența maximă a electrolizorului ajunge la 50%. Aceasta înseamnă că 1 kW de căldură a consumat 2 kW de electricitate. Beneficiul este zero, chiar negativ.
Reamintim că am scris în prima secțiune. Hidrogenul este un element foarte activ și reacționează singur cu oxigenul, generând multă căldură. Încercând să separăm o moleculă de apă stabilă, nu putem aduce energie direct la atomi. Împărțirea se realizează prin electricitate, jumătate din care este disipată prin încălzirea electrozilor, a apei, a înfășurărilor transformatorilor și așa mai departe.
Informații importante de fundal. Căldura specifică a combustiei de hidrogen este de trei ori mai mare decât cea a metanului, dar - în masă. Dacă le comparăm în funcție de volum, atunci când ardem 1 m³ de hidrogen, vor fi eliberate doar 3,6 kW de energie termică, comparativ cu 11 kW pentru metan. La urma urmei, hidrogenul este cel mai ușor element chimic.
Considerăm acum gazul exploziv obținut prin electroliză într-un generator de hidrogen de casă drept combustibil pentru nevoile de mai sus:
- Prețul final de instalare, productivitatea și eficiența scăzute îl fac extrem de nerentabil să arzi hidrogen pentru încălzirea unei case private. Este mai ușor să puneți oricare dintre cazanele electrice - TEN, inducție sau electrod - decât să „vindeți” contorul cu un electrolizor.
- Pentru a înlocui 1 litru de benzină pentru o mașină, vor fi necesari 4.766 litri de hidrogen pur sau 7.150 litri de gaz detonant, o treime din care este oxigen. Cel mai rău inventator de pe Internet nu a făcut încă un electrolizor capabil să ofere performanțe similare.
- Un aparat de sudare cu gaz care arde hidrogen este mai compact și mai ușor decât buteliile cu acetilenă, propan și oxigen. În plus, temperatura flăcării până la 3000 ° C vă permite să lucrați cu orice metale, costul obținerii de combustibil aici nu joacă un rol special.
Pentru trimitere. Pentru a arde hidrogenul într-un cazan, va trebui să reproiectați complet structura, deoarece un arzător cu hidrogen poate topi orice oțel.
Concluzie
Hidrogenul din compoziția gazului ONG obținut de la un generator de hidrogen de casă este util în două scopuri: experimente și sudarea gazelor.Chiar dacă aruncăm eficiența scăzută a electrolizatorului și costurile asamblării acestuia împreună cu energia electrică consumată, pur și simplu nu există o productivitate suficientă pentru a încălzi clădirea. Acest lucru este valabil și pentru motorul pe benzină al unui autoturism.