Wzrost cen surowców energetycznych stymuluje poszukiwanie bardziej wydajnych i tańszych rodzajów paliwa, w tym na poziomie gospodarstw domowych. Najbardziej entuzjastycznych rzemieślników przyciąga wodór, którego wartość opałowa jest trzy razy wyższa niż metan (38,8 kW w porównaniu do 13,8 z 1 kg substancji). Wydaje się, że metoda ekstrakcji w domu jest znana - rozszczepienie wody przez elektrolizę. W rzeczywistości problem jest znacznie bardziej skomplikowany. Nasz artykuł ma 2 cele:
- przeanalizować pytanie, jak zrobić generator wodoru przy minimalnych kosztach;
- rozważ użycie generatora wodoru do ogrzewania prywatnego domu, tankowania samochodu i jako spawarki.
Krótka część teoretyczna
Wodór, czyli wodór, pierwszy element układu okresowego, jest najlżejszą substancją gazową o wysokiej aktywności chemicznej. Podczas utleniania (czyli spalania) emituje ogromną ilość ciepła, tworząc zwykłą wodę. Charakteryzujemy właściwości elementu, projektując je w formie tez:
- Spalanie wodoru jest procesem przyjaznym dla środowiska, nie uwalniają się żadne szkodliwe substancje.
- Ze względu na swoją aktywność chemiczną wolny gaz nie występuje na Ziemi. Ale w składzie wody jego rezerwy są niewyczerpane.
- Pierwiastek jest wydobywany w produkcji przemysłowej metodą chemiczną, na przykład w procesie zgazowania (pirolizy) węgla. Często produkt uboczny.
- Innym sposobem na uzyskanie gazowego wodoru jest elektroliza wody w obecności katalizatorów - platyny i innych drogich stopów.
- Prosta mieszanina gazów wodór + tlen (tlen) wybucha od najmniejszej iskry, natychmiast uwalniając dużą ilość energii.
Na przykład. Naukowcy, którzy najpierw rozdzielili cząsteczkę wody na wodór i tlen, nazwali mieszaninę gazem wybuchowym ze względu na jego skłonność do wybuchania. Następnie otrzymał nazwę gazu Browna (od nazwiska wynalazcy) i został wyznaczony przez hipotetyczną formułę organizacji pozarządowych.
Z powyższego wynika następujący wniosek: 2 atomy wodoru łatwo łączą się z 1 atomem tlenu, ale bardzo niechętnie się rozdzielają. Reakcja chemicznego utleniania przebiega z bezpośrednim uwolnieniem energii cieplnej zgodnie ze wzorem:
2H2 + O2 → 2H2O + Q (energia)
Tu leży ważny punkt, który będzie nam przydatny w dalszej analizie lotów: wodór wchodzi w reakcję spontanicznie od zapłonu, a ciepło jest uwalniane bezpośrednio. Aby oddzielić cząsteczkę wody, trzeba będzie zużyć energię:
2H2O → 2H2 + O2 - Q
Jest to formuła reakcji elektrolitycznej, która charakteryzuje proces dzielenia wody przez dostarczanie elektryczności. Jak wprowadzić to w życie i zrobić generator wodoru własnymi rękami, rozważymy dalej.
Tworzenie prototypu
Aby zrozumieć, z czym masz do czynienia, najpierw sugerujemy montaż prostego generatora wodoru niskim kosztem. Projekt domowej instalacji pokazano na schemacie.
Na co składa się prymitywny elektrolizer:
- reaktor - szklany lub plastikowy pojemnik o grubych ścianach;
- elektrody metalowe zanurzone w reaktorze z wodą i podłączone do źródła zasilania;
- drugi zbiornik działa jak żaluzja wodna;
- Rury wydechowe HHO.
Ważny punkt. Elektrolityczna instalacja wodorowa działa wyłącznie na prąd stały. Dlatego używaj zasilacza sieciowego, ładowarki samochodowej lub akumulatora jako źródła zasilania. Alternator nie będzie działał.
Zasada działania elektrolizera jest następująca:
- Dwie elektrody zanurzone w wodzie są zasilane napięciem, najlepiej z regulowanego źródła.Aby poprawić reakcję, do pojemnika dodaje się trochę zasady lub kwasu (w domu - zwykła sól).
- W wyniku reakcji elektrolizy wodór zostanie uwolniony ze strony katody podłączonej do końcówki „minus”, a tlen zostanie wygenerowany w pobliżu anody.
- Podczas mieszania oba gazy przez rurkę wchodzą do syfonu, który pełni 2 funkcje: oddziela parę wodną i zapobiega błyskowi w reaktorze.
- Z drugiego zbiornika gaz wybuchowy NNO jest podawany do palnika, gdzie jest spalany w celu utworzenia wody.
Aby wykonać projekt generatora pokazany na schemacie własnymi rękami, potrzebujesz 2 szklanych butelek z szerokimi szyjkami i nakrętkami, wkraplacza medycznego i 2 tuzinów śrub. Pełny zestaw materiałów pokazano na zdjęciu.
Ze specjalnych narzędzi wymagany jest pistolet do klejenia do uszczelniania plastikowych pokryw. Procedura wytwarzania jest prosta:
- Skręć płaskie drewniane patyczki za pomocą wkrętów samogwintujących, umieszczając ich końce w różnych kierunkach. Przylutuj łby śrub i połącz przewody - zdobądź przyszłe elektrody.
- Zrób otwór w pokrywie, włóż tam wyciętą obudowę wkraplacza i druty, a następnie uszczelnij po obu stronach pistoletem do klejenia.
- Umieść elektrody w butelce i zakręć zakrętkę.
- W drugiej nakrętce wywierć 2 otwory, włóż rurki z wkraplaczem i zakręć butelkę wypełnioną zwykłą wodą.
Aby uruchomić generator wodoru, wlej osoloną wodę do reaktora i włącz źródło zasilania. Początek reakcji charakteryzuje się pojawieniem się pęcherzyków gazu w obu pojemnikach. Ustaw napięcie na optymalną wartość i podpal brązowy gaz wychodzący z igły wkraplacza.
O ogniwie wodorowym Meyera
Jeśli wykonałeś i przetestowałeś projekt opisany powyżej, to spalając płomień na końcu igły prawdopodobnie zauważyłeś, że wydajność instalacji jest bardzo niska. Aby uzyskać więcej wybuchowego gazu, musisz zrobić poważniejsze urządzenie, zwane celą Stanleya Meyera na cześć wynalazcy.
Zasada działania ogniwa opiera się również na elektrolizie, tylko anoda i katoda są wykonane w postaci rurek umieszczonych jedna w drugiej. Napięcie jest dostarczane z generatora impulsów przez dwie cewki rezonansowe, co pozwala zmniejszyć pobór prądu i zwiększyć wydajność generatora wodoru. Obwód elektroniczny urządzenia pokazano na rysunku:
Uwaga. Szczegółowe informacje na temat działania programu opisano w zasobu http://www.meanders.ru/meiers8.shtml.
Aby utworzyć komórkę Meyera, potrzebujesz:
- cylindryczna obudowa wykonana z tworzywa sztucznego lub pleksi; rzemieślnicy często używają filtra wody z pokrywką i dyszami;
- rury ze stali nierdzewnej o średnicy 15 i 20 mm, długość 97 mm;
- przewody, izolatory.
Rurki odporne na korozję są przymocowane do podstawy dielektryka, do nich lutowane są przewody podłączone do generatora. Komórka składa się z 9 lub 11 rurek umieszczonych w obudowie z tworzywa sztucznego lub pleksiglasu, jak pokazano na zdjęciu.
Elementy są połączone zgodnie ze wszystkimi schematami znanymi w Internecie, które obejmują jednostkę elektroniczną, komórkę Meyera i śluzę wodną (nazwa techniczna to bełkot). Ze względów bezpieczeństwa system jest wyposażony w czujniki ciśnienia krytycznego i poziomu wody. Według opinii domowych rzemieślników taka instalacja wodorowa zużywa prąd rzędu 1 ampera przy napięciu 12 V i ma wystarczającą wydajność, chociaż dokładne liczby nie są dostępne.
Reaktor płytowy
Wysokowydajny generator wodoru zdolny do zapewnienia działania palnika gazowego wykonany jest z płyt nierdzewnych o wymiarach 15 x 10 cm, liczba wynosi od 30 do 70 sztuk. Wiercone są w nich otwory do dokręcania kołków, aw rogu wycięty jest zacisk do podłączenia drutu.
Oprócz gatunku 316, musisz kupić:
- Guma o grubości 4 mm odporna na alkalia;
- płyty końcowe wykonane z pleksiglasu lub textolitu;
- drążki kierownicze M10-14;
- zawór zwrotny do urządzenia do spawania gazowego;
- filtr wody pod hydrolokiem;
- łączenie rur z falistej stali nierdzewnej;
- wodorotlenek potasu w postaci proszku.
Płytki muszą być złożone w jedną całość, izolowane od siebie gumowymi uszczelkami z wycięciem środkowym, jak pokazano na rysunku. Pociągnij powstały reaktor ciasno za pomocą kołków i podłącz do dysz elektrolitycznych. Ten ostatni pochodzi z oddzielnego pojemnika wyposażonego w pokrywkę i zawory odcinające.
Uwaga. Mówimy, jak zrobić przepływowy (suchy) elektrolizer. Łatwiej jest zrobić reaktor z płytkami zanurzeniowymi - nie trzeba wkładać gumowych uszczelek, a zmontowaną jednostkę opuszcza się do szczelnego pojemnika z elektrolitem.
Kolejny montaż generatora wodoru odbywa się w ten sam sposób, ale z różnicami:
- Na obudowie aparatu przymocowany jest zbiornik do przygotowania elektrolitu. Ten ostatni to 7-15% roztwór wodorotlenku potasu w wodzie.
- Zamiast wody do „bąbelka” wlewa się tak zwany odtleniacz - aceton lub rozpuszczalnik nieorganiczny.
- Zawór zwrotny musi być umieszczony przed palnikiem, w przeciwnym razie, gdy palnik wodoru zostanie płynnie wyłączony, odwrotne uderzenie spowoduje uszkodzenie węży i „bełkotki”.
Czy opłaca się dostawać wodór w domu?
Odpowiedź na to pytanie zależy od zakresu mieszaniny tlenu i wodoru. Wszystkie rysunki i diagramy opublikowane przez różne zasoby internetowe są zaprojektowane do produkcji gazu HHO do następujących celów:
- wykorzystywać wodór jako paliwo do samochodów;
- bezdymnie palić wodór w kotłach grzewczych i piecach;
- ubiegać się o spawanie gazowe.
Główny problem, który przekreśla wszystkie zalety paliwa wodorowego: koszt energii elektrycznej do uwolnienia czystej materii przekracza ilość energii otrzymanej z jej spalania. Bez względu na to, co twierdzą zwolennicy teorii utopijnych, maksymalna wydajność elektrolizera sięga 50%. Oznacza to, że 1 kW ciepła zużywa 2 kW energii elektrycznej. Korzyść jest zerowa, a nawet ujemna.
Przypomnijmy, że napisaliśmy w pierwszej części. Wodór jest bardzo aktywnym pierwiastkiem i sam reaguje z tlenem, generując dużo ciepła. Próbując oddzielić stabilną cząsteczkę wody, nie możemy doprowadzić energii bezpośrednio do atomów. Rozdzielanie odbywa się za pomocą prądu elektrycznego, którego połowa jest rozpraszana przez ogrzewanie elektrod, wody, uzwojenia transformatora i tak dalej.
Ważne informacje ogólne. Ciepło właściwe spalania wodoru jest trzykrotnie wyższe niż ciepło metanu, ale - masowo. Jeśli porównamy je objętościowo, to przy spalaniu 1 m³ wodoru uwalnia się tylko 3,6 kW energii cieplnej w porównaniu z 11 kW dla metanu. W końcu wodór jest najlżejszym pierwiastkiem chemicznym.
Teraz rozważmy wybuchowy gaz uzyskany przez elektrolizę w domowym generatorze wodoru, jako paliwo do powyższych potrzeb:
- Ostateczna cena instalacji, niska wydajność i wydajność sprawiają, że spalanie wodoru do ogrzewania prywatnego domu jest niezwykle nieopłacalne. Łatwiej jest postawić dowolny z kotłów elektrycznych - TEN, indukcyjny lub elektrodowy - niż „nawijać” miernik za pomocą elektrolizera.
- Aby zastąpić 1 litr benzyny w samochodzie, potrzebne będzie 4766 litrów czystego wodoru lub 7150 litrów gazu detonującego, z czego jedna trzecia to tlen. Najbardziej kiepski wynalazca w Internecie nie stworzył jeszcze elektrolizera, który byłby w stanie zapewnić podobną wydajność.
- Aparat do spawania gazowego, który pali wodór, jest bardziej zwarty i lżejszy niż butle z acetylenem, propanem i tlenem. Ponadto temperatura płomienia do 3000 ° C pozwala na pracę z dowolnymi metalami, koszt uzyskania paliwa tutaj nie odgrywa szczególnej roli.
Na przykład. Aby spalić wodór w kotle, musisz dokładnie przeprojektować konstrukcję, ponieważ palnik wodorowy może stopić dowolną stal.
Wniosek
Wodór w składzie gazu NGO uzyskany z domowego generatora wodoru jest przydatny do dwóch celów: eksperymentów i spawania gazowego.Nawet jeśli odrzucimy niską sprawność elektrolizera i koszt jego montażu wraz z zużytą energią elektryczną, po prostu nie ma wystarczającej wydajności do ogrzania budynku. Dotyczy to również silnika benzynowego samochodu osobowego.