Η αύξηση της τιμής των ενεργειακών πόρων ενθαρρύνει την αναζήτηση πιο αποτελεσματικών και φθηνότερων τύπων καυσίμων, ακόμη και σε επίπεδο νοικοκυριού. Οι περισσότεροι ενθουσιώδεις τεχνίτες προσελκύονται από υδρογόνο, του οποίου η θερμογόνος δύναμη είναι τρεις φορές υψηλότερη από το μεθάνιο (38,8 kW έναντι 13,8 με 1 kg ουσίας). Η μέθοδος εξαγωγής στο σπίτι, φαίνεται, είναι γνωστή - ο διαχωρισμός του νερού με ηλεκτρόλυση. Στην πραγματικότητα, το πρόβλημα είναι πολύ πιο περίπλοκο. Το άρθρο μας έχει 2 στόχους:
- να αναλύσει το ζήτημα του πώς να φτιάξετε μια γεννήτρια υδρογόνου με ελάχιστο κόστος ·
- Σκεφτείτε να χρησιμοποιήσετε μια γεννήτρια υδρογόνου για θέρμανση ιδιωτικής κατοικίας, ανεφοδιασμό σε καύσιμο αυτοκινήτου και ως μηχανή συγκόλλησης.
Σύντομο θεωρητικό μέρος
Το υδρογόνο, γνωστό και ως υδρογόνο, το πρώτο στοιχείο του περιοδικού πίνακα, είναι η ελαφρύτερη αέρια ουσία με υψηλή χημική δραστηριότητα. Κατά την οξείδωση (δηλαδή καύση) εκπέμπει τεράστια ποσότητα θερμότητας, σχηματίζοντας συνηθισμένο νερό. Χαρακτηρίζουμε τις ιδιότητες του στοιχείου, τις σχεδιάζουμε με τη μορφή διατριβών:
- Η καύση υδρογόνου είναι μια φιλική προς το περιβάλλον διαδικασία, δεν απελευθερώνονται επιβλαβείς ουσίες.
- Λόγω της χημικής του δραστηριότητας, το ελεύθερο αέριο δεν εμφανίζεται στη Γη. Αλλά στη σύνθεση του νερού τα αποθέματά του είναι ανεξάντλητα.
- Το στοιχείο εξάγεται στη βιομηχανική παραγωγή με χημική μέθοδο, για παράδειγμα, στη διαδικασία αεριοποίησης (πυρόλυση) άνθρακα. Συχνά ένα υποπροϊόν.
- Ένας άλλος τρόπος για να ληφθεί αέριο υδρογόνο είναι η ηλεκτρόλυση νερού παρουσία καταλυτών - πλατίνας και άλλων ακριβών κραμάτων.
- Ένα απλό μείγμα αερίων υδρογόνου + οξυγόνου (οξυγόνο) εκρήγνυται από τον παραμικρό σπινθήρα, απελευθερώνοντας αμέσως μια μεγάλη ποσότητα ενέργειας.
Για αναφορά. Οι επιστήμονες που χώρισαν για πρώτη φορά το μόριο του νερού σε υδρογόνο και οξυγόνο ονόμασαν το μείγμα εκρηκτικό αέριο λόγω της τάσης του να εκραγεί. Στη συνέχεια, έλαβε το όνομα Brown's gas (με το όνομα του εφευρέτη) και ορίστηκε από τον υποθετικό τύπο των ΜΚΟ.
Από τα προηγούμενα, το ακόλουθο συμπέρασμα υποδηλώνεται: 2 άτομα υδρογόνου συνδυάζονται εύκολα με 1 άτομο οξυγόνου, αλλά είναι πολύ απρόθυμα να χωρίσουν. Η αντίδραση χημικής οξείδωσης προχωρά με την άμεση απελευθέρωση θερμικής ενέργειας σύμφωνα με τον τύπο:
2Η2 + Ο2 → 2Η2O + Q (ενέργεια)
Εδώ βρίσκεται ένα σημαντικό σημείο που θα μας φανεί χρήσιμο στην περαιτέρω ανάλυση των πτήσεων: το υδρογόνο εισέρχεται στην αντίδραση αυθόρμητα από την ανάφλεξη και η θερμότητα απελευθερώνεται άμεσα. Για να διαχωριστεί ένα μόριο νερού, θα πρέπει να δαπανηθεί ενέργεια:
2Η2O → 2Η2 + Ο2 - Ε
Αυτός είναι ένας τύπος ηλεκτρολυτικής αντίδρασης που χαρακτηρίζει τη διαδικασία διαχωρισμού νερού τροφοδοτώντας ηλεκτρισμό. Πώς να το εφαρμόσετε και να δημιουργήσετε μια γεννήτρια υδρογόνου με τα χέρια σας, θα εξετάσουμε περαιτέρω.
Δημιουργία πρωτοτύπου
Για να καταλάβετε τι αντιμετωπίζετε, πρώτα προτείνουμε τη συναρμολόγηση της απλούστερης γεννήτριας υδρογόνου με ελάχιστο κόστος. Ο σχεδιασμός μιας σπιτικής εγκατάστασης φαίνεται στο διάγραμμα.
Τι αποτελείται ένας πρωτόγονος ηλεκτρολύτης:
- αντιδραστήρας - γυάλινο ή πλαστικό δοχείο με παχιά τοιχώματα.
- μεταλλικά ηλεκτρόδια βυθισμένα σε έναν αντιδραστήρα με νερό και συνδεδεμένα σε πηγή ισχύος.
- Η δεύτερη δεξαμενή λειτουργεί ως ρολό νερού.
- Σωλήνες εξαγωγής αερίου HHO.
Ένα σημαντικό σημείο. Η ηλεκτρολυτική μονάδα υδρογόνου λειτουργεί μόνο με συνεχές ρεύμα. Επομένως, χρησιμοποιήστε τον προσαρμογέα AC, το φορτιστή αυτοκινήτου ή την μπαταρία ως πηγή ισχύος. Ένας εναλλάκτης δεν θα λειτουργήσει.
Η αρχή λειτουργίας του ηλεκτρολύτη έχει ως εξής:
- Δύο ηλεκτρόδια βυθισμένα σε νερό τροφοδοτούνται με τάση, κατά προτίμηση από μια ρυθμιζόμενη πηγή.Για να βελτιωθεί η αντίδραση, προστίθεται λίγο αλκαλικό ή οξύ στο δοχείο (στο σπίτι - συνηθισμένο αλάτι).
- Ως αποτέλεσμα της αντίδρασης ηλεκτρόλυσης, το υδρογόνο θα απελευθερωθεί από την πλευρά της καθόδου που είναι συνδεδεμένη στο τερματικό «μείον» και θα δημιουργηθεί οξυγόνο κοντά στην άνοδο.
- Η ανάμιξη, και τα δύο αέρια μέσω ενός σωλήνα εισέρχονται σε παγίδα νερού που εκτελεί 2 λειτουργίες: διαχωρισμός υδρατμών και αποτροπή φλας στον αντιδραστήρα.
- Από τη δεύτερη δεξαμενή, εκρηκτικό αέριο ΝΝΟ τροφοδοτείται στον καυστήρα, όπου καίγεται για να σχηματίσει νερό.
Για να κάνετε τη σχεδίαση της γεννήτριας που φαίνεται στο διάγραμμα με τα χέρια σας, θα χρειαστείτε 2 γυάλινες φιάλες με φαρδύ λαιμό και πώματα, ιατρικό σταγονόμετρο και 2 δεκάδες βίδες. Ένα πλήρες σύνολο υλικών εμφανίζεται στη φωτογραφία.
Από τα ειδικά εργαλεία, απαιτείται ένα πιστόλι κόλλας για τη στεγανοποίηση των πλαστικών καλυμμάτων. Η διαδικασία κατασκευής είναι απλή:
- Περιστρέψτε τα επίπεδα ξύλινα ραβδιά με βίδες, τοποθετώντας τα άκρα τους σε διαφορετικές κατευθύνσεις. Κολλήστε τις βίδες μαζί και συνδέστε τα καλώδια - πάρτε τα μελλοντικά ηλεκτρόδια.
- Κάντε μια τρύπα στο κάλυμμα, εισάγετε τη θήκη κοπής του σταγονόμετρου και τα καλώδια εκεί και, στη συνέχεια, σφραγίστε και στις δύο πλευρές με ένα πιστόλι κόλλας.
- Τοποθετήστε τα ηλεκτρόδια στη φιάλη και βιδώστε το καπάκι.
- Στο δεύτερο καπάκι, τρυπήστε 2 τρύπες, εισάγετε τα σταγονόμετρα και βιδώστε σε ένα μπουκάλι γεμάτο με απλό νερό.
Για να ξεκινήσετε τη γεννήτρια υδρογόνου, ρίξτε αλατισμένο νερό στον αντιδραστήρα και ενεργοποιήστε την πηγή ισχύος. Η έναρξη της αντίδρασης χαρακτηρίζεται από την εμφάνιση φυσαλίδων αερίου και στα δύο δοχεία. Ρυθμίστε την τάση στη βέλτιστη τιμή και βάλτε φωτιά στο αέριο καφέ που βγαίνει από τη βελόνα σταγονόμετρου.
Σχετικά με το κύτταρο υδρογόνου Meyer
Εάν έχετε κάνει και δοκιμάσετε την παραπάνω κατασκευή, τότε καίγοντας τη φλόγα στο τέλος της βελόνας πιθανότατα παρατηρήσατε ότι η απόδοση της εγκατάστασης είναι εξαιρετικά χαμηλή. Για να αποκτήσετε περισσότερο εκρηκτικό αέριο, πρέπει να φτιάξετε μια πιο σοβαρή συσκευή, που ονομάζεται κελί Stanley Meyer προς τιμήν του εφευρέτη.
Η αρχή της λειτουργίας του στοιχείου βασίζεται επίσης στην ηλεκτρόλυση, μόνο η άνοδος και η κάθοδος κατασκευάζονται με τη μορφή σωλήνων που εισάγονται ο ένας στον άλλο. Η τάση παρέχεται από τη γεννήτρια παλμών μέσω δύο πηνίων συντονισμού, τα οποία επιτρέπουν τη μείωση της κατανάλωσης ρεύματος και την αύξηση της παραγωγικότητας της γεννήτριας υδρογόνου. Το ηλεκτρονικό κύκλωμα της συσκευής φαίνεται στο σχήμα:
Σημείωση. Λεπτομέρειες σχετικά με τη λειτουργία του σχήματος περιγράφονται στον πόρο http://www.meanders.ru/meiers8.shtml.
Για να δημιουργήσετε ένα κελί Meyer, θα χρειαστείτε:
- μια κυλινδρική θήκη από πλαστικό ή πλεξιγκλάς · οι τεχνίτες χρησιμοποιούν συχνά φίλτρο νερού με καπάκι και ακροφύσια.
- σωλήνες από ανοξείδωτο χάλυβα με διάμετρο 15 και 20 mm, μήκος 97 mm ·
- καλώδια, μονωτές.
Στεγανοποιημένοι σωλήνες στη βάση του διηλεκτρικού, τα καλώδια που συνδέονται με τη γεννήτρια συγκολλούνται σε αυτά. Το κελί αποτελείται από 9 ή 11 σωλήνες τοποθετημένους σε πλαστική ή πλεξιγκλάς θήκη, όπως φαίνεται στη φωτογραφία.
Τα στοιχεία συνδέονται σύμφωνα με όλα τα γνωστά σχήματα στο Διαδίκτυο, τα οποία περιλαμβάνουν μια ηλεκτρονική μονάδα, ένα κελί Meyer και μια κλειδαριά νερού (το τεχνικό όνομα είναι το φυσαλίδας). Για λόγους ασφαλείας, το σύστημα είναι εξοπλισμένο με αισθητήρες για κρίσιμη πίεση και στάθμη νερού. Σύμφωνα με τις κριτικές των οικιακών τεχνιτών, μια τέτοια εγκατάσταση υδρογόνου καταναλώνει ρεύμα της τάξης του 1 αμπέρ σε τάση 12 V και έχει επαρκή απόδοση, αν και δεν υπάρχουν ακριβείς αριθμοί.
Αντιδραστήρας πλάκας
Μια υψηλής απόδοσης γεννήτρια υδρογόνου ικανή να διασφαλίσει τη λειτουργία ενός καυστήρα αερίου είναι κατασκευασμένη από ανοξείδωτες πλάκες διαστάσεων 15 x 10 cm, ο αριθμός είναι από 30 έως 70 τεμ. Τρύπες για σύσφιξη των στηριγμάτων τρυπιούνται σε αυτά, και ένας ακροδέκτης σύνδεσης του καλωδίου κόβεται στη γωνία.
Εκτός από την λαμαρίνα ποιότητας 316, θα πρέπει να αγοράσετε:
- Ελαστικό πάχους 4 mm ανθεκτικό στα αλκάλια.
- ακραίες πλάκες από πλεξιγκλάς ή κλωστοϋφαντουργία ·
- γραβάτες M10-14;
- βαλβίδα ελέγχου για συσκευές συγκόλλησης αερίου.
- φίλτρο νερού κάτω από ένα υδροκλειδί.
- συνδέοντας σωλήνες από κυματοειδές ανοξείδωτο χάλυβα.
- υδροξείδιο του καλίου σε μορφή σκόνης.
Οι πλάκες πρέπει να συναρμολογούνται σε μία μονάδα, μονωμένες η μία από την άλλη με λάστιχα από καουτσούκ με μεσαία κοπή, όπως φαίνεται στο σχέδιο. Τραβήξτε τον προκύπτοντα αντιδραστήρα σφιχτά με καρφιά και συνδεθείτε στα ακροφύσια ηλεκτρολύτη. Το τελευταίο προέρχεται από ξεχωριστό δοχείο εξοπλισμένο με καπάκι και βαλβίδες διακοπής.
Σημείωση. Λέμε πώς να φτιάξουμε έναν ηλεκτρολύτη ροής (ξηρό). Είναι πιο εύκολο να φτιάξετε έναν αντιδραστήρα με πλάκες εμβάπτισης - δεν χρειάζεται να τοποθετήσετε λαστιχένια παρεμβύσματα και η συναρμολογημένη μονάδα κατεβαίνει σε ένα σφραγισμένο δοχείο με ηλεκτρολύτη.
Η επόμενη συναρμολόγηση της γεννήτριας που παράγει υδρογόνο πραγματοποιείται σύμφωνα με το ίδιο σχήμα, αλλά με διαφορές:
- Στο περίβλημα της συσκευής είναι τοποθετημένη μια δεξαμενή για την παρασκευή ηλεκτρολύτη. Το τελευταίο είναι ένα 7-15% διάλυμα υδροξειδίου του καλίου σε νερό.
- Αντί για νερό, ο λεγόμενος αποξειδωτής - ακετόνη ή ένας ανόργανος διαλύτης - χύνεται στο "φυσαλίδας".
- Μία βαλβίδα ελέγχου πρέπει να τοποθετηθεί μπροστά από τον καυστήρα, διαφορετικά, όταν ο καυστήρας υδρογόνου απενεργοποιείται ομαλά, ένα αντίστροφο χτύπημα θα σπάσει τους εύκαμπτους σωλήνες και τον «φυσαλίδα».
Είναι επικερδές να παίρνετε υδρογόνο στο σπίτι
Η απάντηση σε αυτήν την ερώτηση εξαρτάται από το εύρος του μείγματος οξυγόνου-υδρογόνου. Όλα τα σχέδια και τα διαγράμματα που δημοσιεύονται από διάφορους διαδικτυακούς πόρους έχουν σχεδιαστεί για την παραγωγή αερίου HHO για τους ακόλουθους σκοπούς:
- Χρησιμοποιήστε το υδρογόνο ως καύσιμο για αυτοκίνητα.
- καίτε χωρίς καύση υδρογόνο σε λέβητες θέρμανσης και φούρνους.
- ισχύουν για συγκόλληση αερίου.
Το κύριο πρόβλημα που ξεπερνά όλα τα πλεονεκτήματα του καυσίμου υδρογόνου: το κόστος ηλεκτρικής ενέργειας για την απελευθέρωση καθαρής ύλης υπερβαίνει την ποσότητα ενέργειας που λαμβάνεται από την καύση του. Ό, τι ισχυρίζονται οι υποστηρικτές των ουτοπικών θεωριών, η μέγιστη απόδοση του ηλεκτρολύτη φτάνει το 50%. Αυτό σημαίνει ότι 1 kW θερμότητας κατανάλωσε 2 kW ηλεκτρικής ενέργειας. Το όφελος είναι μηδέν, ακόμη και αρνητικό.
Θυμηθείτε ότι γράψαμε στην πρώτη ενότητα. Το υδρογόνο είναι ένα πολύ ενεργό στοιχείο και αντιδρά με το οξυγόνο από μόνο του, δημιουργώντας πολλή θερμότητα. Προσπαθώντας να διαχωρίσουμε ένα σταθερό μόριο νερού, δεν μπορούμε να μεταφέρουμε ενέργεια απευθείας στα άτομα. Ο διαχωρισμός πραγματοποιείται με ηλεκτρισμό, το μισό από το οποίο διαχέεται με θέρμανση των ηλεκτροδίων, νερού, περιελίξεων μετασχηματιστών και ούτω καθεξής.
Σημαντικές βασικές πληροφορίες. Η ειδική θερμότητα της καύσης υδρογόνου είναι τρεις φορές υψηλότερη από αυτήν του μεθανίου, αλλά - κατά μάζα. Εάν τα συγκρίνουμε κατ 'όγκο, τότε κατά την καύση 1 m³ υδρογόνου, θα απελευθερωθούν μόνο 3,6 kW θερμικής ενέργειας σε σύγκριση με 11 kW για το μεθάνιο. Εξάλλου, το υδρογόνο είναι το ελαφρύτερο χημικό στοιχείο.
Τώρα εξετάστε το εκρηκτικό αέριο που λαμβάνεται με ηλεκτρόλυση σε μια σπιτική γεννήτρια υδρογόνου, ως καύσιμο για τις παραπάνω ανάγκες:
- Η τελική τιμή εγκατάστασης, η χαμηλή παραγωγικότητα και η αποδοτικότητα το καθιστά εξαιρετικά μειονεκτικό για την καύση υδρογόνου για τη θέρμανση ιδιωτικής κατοικίας Είναι ευκολότερο να τοποθετήσετε οποιονδήποτε από τους ηλεκτρικούς λέβητες - ΔΕΔ, επαγωγή ή ηλεκτρόδιο - παρά να "ανεμίσετε" το μετρητή με έναν ηλεκτρολύτη.
- Για να αντικαταστήσετε 1 λίτρο βενζίνης για ένα αυτοκίνητο, θα απαιτηθούν 4.766 λίτρα καθαρού υδρογόνου ή 7.150 λίτρα εκρηκτικού αερίου, το ένα τρίτο των οποίων είναι οξυγόνο. Ο πιο άθλιος εφευρέτης στο Διαδίκτυο δεν έχει ακόμη δημιουργήσει έναν ηλεκτρολύτη ικανό να προσφέρει παρόμοια απόδοση.
- Μια συσκευή συγκόλλησης αερίου που καίει υδρογόνο είναι πιο συμπαγής και ελαφρύτερη από τους κυλίνδρους με ακετυλένιο, προπάνιο και οξυγόνο. Επιπλέον, η θερμοκρασία της φλόγας έως 3000 ° C σάς επιτρέπει να εργαστείτε με οποιαδήποτε μέταλλα, το κόστος λήψης καυσίμου εδώ δεν παίζει ιδιαίτερο ρόλο.
Για αναφορά. Για να κάψετε υδρογόνο σε λέβητα, θα πρέπει να επανασχεδιάσετε σχολαστικά τη δομή, καθώς ένας καυστήρας υδρογόνου μπορεί να λιώσει οποιοδήποτε χάλυβα.
Συμπέρασμα
Το υδρογόνο στη σύνθεση του αερίου ΜΚΟ που λαμβάνεται από μια οικιακή γεννήτρια υδρογόνου είναι χρήσιμο για δύο σκοπούς: πειράματα και συγκόλληση αερίου.Ακόμα κι αν απορρίψουμε τη χαμηλή απόδοση του ηλεκτρολύτη και το κόστος συναρμολόγησής του μαζί με την κατανάλωση ηλεκτρικής ενέργειας, απλά δεν υπάρχει αρκετή παραγωγικότητα για τη θέρμανση του κτιρίου. Αυτό ισχύει και για τον βενζινοκινητήρα ενός επιβατικού αυτοκινήτου.