كيف تحصل على الهيدروجين بأمان في المنزل؟

طرق إنتاج الهيدروجين في الظروف الصناعية

الاستخراج عن طريق تحويل الميثان

... يتم خلط الماء في حالة بخار ، مسخن مسبقًا إلى 1000 درجة مئوية ، مع الميثان تحت الضغط وفي وجود محفز. هذه الطريقة مثيرة للاهتمام ومثبتة ، وتجدر الإشارة أيضًا إلى أنه يتم تحسينها باستمرار: البحث عن محفزات جديدة ، أرخص وأكثر فعالية ، جاري.

فكر في أقدم طريقة لإنتاج الهيدروجين - تغويز الفحم

... بشرط عدم وجود منفذ للهواء ودرجة حرارة تصل إلى 1300 درجة مئوية ، يتم تسخين الفحم وبخار الماء. وهكذا ، يتم إزاحة الهيدروجين من الماء ، ويتم الحصول على ثاني أكسيد الكربون (سيكون الهيدروجين في الأعلى ، وثاني أكسيد الكربون ، الذي يتم الحصول عليه أيضًا نتيجة التفاعل ، في الأسفل). سيكون هذا هو فصل خليط الغاز ، كل شيء بسيط للغاية.

الحصول على الهيدروجين التحليل الكهربائي للماء

يعتبر الخيار الأبسط. لتنفيذه ، من الضروري صب محلول الصودا في الحاوية ، وكذلك وضع عنصرين كهربائيين هناك. سيتم شحن أحدهما موجبًا (الأنود) والآخر سالبًا (كاثود). عندما يتم تطبيق التيار ، ينتقل الهيدروجين إلى القطب السالب والأكسجين إلى القطب الموجب.

الحصول على الهيدروجين بالطريقة أكسدة جزئية

... لهذا الغرض ، يتم استخدام سبيكة من الألومنيوم والغاليوم. يتم وضعه في الماء ، مما يؤدي إلى تكوين الهيدروجين والألومينا أثناء التفاعل. الغاليوم ضروري لحدوث التفاعل بالكامل (سيمنع هذا العنصر الألمنيوم من الأكسدة قبل الأوان).

الصلة المكتسبة مؤخرًا طريقة استخدام التكنولوجيا الحيوية

: في حالة نقص الأكسجين والكبريت ، تبدأ الكلاميوموناس في إطلاق الهيدروجين بشكل مكثف. تأثير مثير للغاية يتم دراسته الآن بنشاط.

لا تنس طريقة أخرى قديمة ومثبتة لإنتاج الهيدروجين ، والتي تتمثل في استخدام مختلف العناصر القلوية

و الماء. من حيث المبدأ ، هذه التقنية ممكنة في بيئة معملية مع وجود تدابير السلامة اللازمة في المكان. وهكذا ، أثناء التفاعل (يتقدم بالتسخين والمحفزات) ، يتشكل أكسيد فلز وهيدروجين. يبقى فقط لجمعها.

احصل على الهيدروجين تفاعل الماء وأول أكسيد الكربون

ممكن فقط في بيئة صناعية. يتكون ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين ، تم وصف مبدأ فصلهما أعلاه.

نطاق مولد الهيدروجين

H2 هو ناقل طاقة حديث يستخدم بنشاط في العديد من المجالات الصناعية. هنا ليست سوى عدد قليل:

• إنتاج كلوريد الهيدروجين (HC) لتر ؛
• إنتاج الوقود لقاذفات الصواريخ ؛
• إنتاج الأمونيا
• معالجة المعادن والقطع عليها ؛
• تطوير الأسمدة للبيوت الصيفية.
• تخليق حامض النيتريك.
• إنشاء كحول الميثيل.
• الصناعات الغذائية؛
• إنتاج حمض الهيدروكلوريك
• إنشاء أنظمة الأرضيات الدافئة.

بالإضافة إلى ذلك ، أصبح HHO مفيدًا جدًا في الحياة اليومية ، وإن كان ذلك مع التحفظات. بادئ ذي بدء ، يتم استخدامه لأنظمة التدفئة المستقلة. بالإضافة إلى ذلك ، يضاف غاز براون إلى البنزين في محاولة لخداع المحرك وتوفير الوقود.

كلتا الحالتين لها خصائصها الخاصة. لذلك ، عند تنظيم التدفئة المنزلية ، يجب أن تأخذ في الاعتبار أن درجة حرارة احتراق HHO هي مرتبة أعلى من درجة حرارة الميثان. في هذا الصدد ، من الضروري شراء غلاية خاصة باهظة الثمن بفوهة مقاومة للحرارة. خلاف ذلك ، سيكون المالك ومنزله في خطر كبير.

للاختراع المزايا التالية

يمكن استخدام الحرارة الناتجة عن أكسدة الغازات مباشرة في الموقع ، ويتم الحصول على الهيدروجين والأكسجين من التخلص من بخار النفايات ومياه المعالجة.

انخفاض استهلاك المياه عند توليد الكهرباء والحرارة.

بساطة الطريق.

وفورات كبيرة في الطاقة يتم إنفاقه فقط على تسخين المبدئ إلى النظام الحراري المعمول به.

إنتاجية عالية للعملية ، لأن تفكك جزيئات الماء يستمر لعشر من الثانية.

طريقة الإنفجار والحريق لأن في تنفيذه ، ليست هناك حاجة لحاويات لجمع الهيدروجين والأكسجين.

أثناء عملية التركيب ، يتم تنقية المياه بشكل متكرر ، وتحويلها إلى ماء مقطر. هذا يزيل الرواسب والترسبات الكلسية ، مما يزيد من عمر خدمة التركيب.

التثبيت مصنوع من الفولاذ العادي ؛ فيما عدا الغلايات المصنوعة من الفولاذ المقاوم للحرارة مع تبطين ودرع جدرانها. أي ، ليست هناك حاجة إلى مواد باهظة الثمن خاصة.

يمكن أن يجد الاختراع تطبيقًا بتنسيق

من خلال استبدال الهيدروكربون والوقود النووي في محطات توليد الطاقة بمياه رخيصة وواسعة الانتشار وصديقة للبيئة ، مع الحفاظ على قوة هذه المحطات.

الهيدروجين في المنزل: هل هناك فائدة

نلاحظ على الفور: من غير المربح استخدام مولد الهيدروجين لتدفئة المنزل. ستنفق المزيد من الكهرباء في إنتاج H2 النقي مما ستستهلكه بعد حرقه. لذلك ، مقابل 1 كيلو واط من الحرارة ، يتم إنفاق 2 كيلو واط من الكهرباء ، أي لا توجد فائدة. من الأسهل تركيب أي من الغلايات الكهربائية في المنزل.

لاستبدال لتر واحد من البنزين للسيارة ، ستحتاج إلى 4766 لترًا من الهيدروجين النقي أو 7150 لترًا من غاز الأكسجين الهيدروجين ، 1/3 منها أكسجين. حتى الآن ، حتى أفضل العقول في العالم لم يطوروا وحدة قادرة على تقديم مثل هذا الأداء.

مطالبة

طريقة لإنتاج الهيدروجين والأكسجين من بخار الماء

، بما في ذلك تمرير هذا البخار عبر مجال كهربائي ، تتميز بأنها تستخدم بخارًا شديد الحرارة من الماء مع درجة حرارة
500-550 درجة مئوية
، يمر عبر مجال كهربائي تيار مباشر عالي الجهد لفصل البخار وفصله إلى ذرات هيدروجين وأكسجين.

لطالما أردت أن أفعل شيئًا مشابهًا. لكن تجارب أخرى على بطارية وزوج من الأقطاب الكهربائية لم تصل. كنت أرغب في صنع جهاز كامل لإنتاج الهيدروجين بكميات لنفخ البالون. قبل صنع جهاز كامل للتحليل الكهربائي للمياه في المنزل ، قررت التحقق من كل شيء في النموذج.

يبدو المخطط العام للمحلل الكهربائي هكذا.

هذا النموذج غير مناسب للاستخدام اليومي الكامل. لكننا نجحنا في اختبار الفكرة.

لذلك قررت استخدام الجرافيت للأقطاب الكهربائية. مصدر ممتاز للجرافيت للأقطاب الكهربائية هو جامع ترولي باص. هناك الكثير منهم ملقاة في المحطات النهائية. يجب أن نتذكر أن أحد الأقطاب الكهربائية سينهار.

لقد رأينا الملف ووضع اللمسات الأخيرة عليه. تعتمد شدة التحليل الكهربائي على قوة التيار ومنطقة الأقطاب الكهربائية.

يتم توصيل الأسلاك بالأقطاب الكهربائية. يجب عزل الأسلاك بعناية.

بالنسبة لحالة نموذج المحلل الكهربائي ، فإن الزجاجات البلاستيكية مناسبة تمامًا. تصنع ثقوب في غطاء الأنابيب والأسلاك.

كل شيء مغطى تمامًا بمادة مانعة للتسرب.

أعناق الزجاجة المقطوعة مناسبة لتوصيل حاويتين.

يجب أن يتم ضمهم معًا ويجب إذابة التماس.

المكسرات مصنوعة من أغطية الزجاجات.

الثقوب مصنوعة في زجاجتين في الأسفل. كل شيء متصل ومملوء بعناية بمادة مانعة للتسرب.

سنستخدم شبكة منزلية 220 فولت كمصدر جهد. أريد أن أحذرك من أن هذه لعبة خطيرة إلى حد ما. لذا ، إذا لم تكن لديك المهارات الكافية أو كانت هناك شكوك ، فمن الأفضل عدم التكرار.في الشبكة المنزلية ، لدينا تيار متناوب ، للتحليل الكهربائي يجب تقويمه. جسر الصمام الثنائي مثالي لهذا الغرض. لم يكن الشخص الموجود في الصورة قويًا بدرجة كافية وسرعان ما تم حرقه. كان الخيار الأفضل هو جسر الصمام الثنائي MB156 الصيني في علبة من الألومنيوم.

يصبح جسر الصمام الثنائي ساخنًا جدًا. التبريد النشط سيكون مطلوبا. المبرد لمعالج الكمبيوتر مثالي. يمكن استخدام صندوق تقاطع بحجم مناسب للحاوية. تباع في سلع كهربائية.

يجب وضع عدة طبقات من الورق المقوى تحت جسر الصمام الثنائي.

يتم عمل الثقوب اللازمة في غطاء صندوق التوصيل.

هذا ما تبدو عليه الوحدة المجمعة. يتم تشغيل المحلل الكهربائي من التيار الكهربائي ، ويتم تشغيل المروحة بواسطة مصدر طاقة عالمي. يستخدم محلول صودا الخبز كإلكتروليت. هنا يجب أن نتذكر أنه كلما زاد تركيز المحلول ، زاد معدل التفاعل. لكن في الوقت نفسه ، تكون درجة الحرارة أعلى أيضًا. علاوة على ذلك ، فإن تفاعل تحلل الصوديوم عند الكاثود سيسهم في التسخين. هذا التفاعل طارد للحرارة. نتيجة لذلك ، سيتم تكوين الهيدروجين وهيدروكسيد الصوديوم.

كان الجهاز في الصورة أعلاه ساخنًا جدًا. يجب إيقاف تشغيله بشكل دوري والانتظار حتى يبرد. تم حل مشكلة التسخين جزئيًا عن طريق تبريد المنحل بالكهرباء. لهذا استخدمت مضخة نافورة منضدية. يمتد أنبوب طويل من زجاجة إلى أخرى عبر مضخة ودلو من الماء البارد.

إن أهمية هذه المشكلة اليوم عالية جدًا نظرًا لحقيقة أن مجال استخدام الهيدروجين واسع للغاية ، وفي شكله النقي لا يوجد عمليًا في أي مكان في الطبيعة. لهذا السبب تم تطوير العديد من التقنيات التي تسمح باستخراج هذا الغاز من المركبات الأخرى من خلال التفاعلات الكيميائية والفيزيائية. تمت مناقشة هذا في المقالة أعلاه.

الحصول على الهيدروجين والتحقق من نقاوته

يمكن الحصول على الهيدروجين عن طريق تفاعل الزنك وحمض الهيدروكلوريك.

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 ↑

يزيح الزنك الهيدروجين من الأحماض ، مثل جميع المعادن الموجودة في سلسلة الفولتية على يسار الهيدروجين.

لتجميع الهيدروجين في أنبوب اختبار ، تحتاج إلى قلبه رأسًا على عقب ، لأن الهيدروجين أخف من الهواء ويميل إلى الأعلى. تسمى هذه الطريقة في جمع الهيدروجين "طريقة إزاحة الهواء".

تين. 1. الحصول على الهيدروجين وتجميعه عن طريق الإزاحة الجوية

يتراكم الهيدروجين في أنبوب الاختبار ، ولكنه يحتوي أيضًا على الهواء ، وبالتالي الأكسجين. الهيدروجين والأكسجين خليطان متفجران. نشعل الهيدروجين المجمّع بشظية. أنبوب الاختبار صغير وانفجار الهيدروجين والأكسجين ما هو إلا دوي حاد. كلما قل الأكسجين في الخليط ، كلما كان القطن أكثر هدوءًا.

إذا كان الهيدروجين المتجمع في أنبوب الاختبار نقيًا ، فسنسمع صوت فرقعة باهتة. يمكن إشعال هذا الهيدروجين.

إنتاج الهيدروجين المنزلي

اختيار المحلل الكهربائي

للحصول على عنصر من المنزل ، فأنت بحاجة إلى جهاز خاص - جهاز تحليل كهربائي. هناك العديد من الخيارات لمثل هذه المعدات في السوق ؛ يتم تقديم الأجهزة من قبل كل من شركات التكنولوجيا المعروفة والشركات المصنعة الصغيرة. الوحدات ذات العلامات التجارية أغلى ثمناً ، لكن جودة البناء أعلى.

الجهاز المنزلي صغير الحجم وسهل الاستخدام. تفاصيلها الرئيسية هي:

المحلل الكهربائي - ما هو

• مصلح.
• نظام التنظيف
• خلايا الوقود؛
• معدات ضاغط
• وعاء لتخزين الهيدروجين.

تؤخذ مياه الصنبور البسيطة كمادة خام ، وتأتي الكهرباء من منفذ منتظم. الوحدات التي تعمل بالطاقة الشمسية توفر في الكهرباء.

يستخدم الهيدروجين المنزلي في أنظمة التدفئة أو الطبخ. كما أنها تعمل على إثراء خليط الوقود والهواء من أجل زيادة قوة محركات السيارة.

صنع جهاز بيديك

من الأرخص أن تصنع الجهاز بنفسك في المنزل.تشبه الخلية الجافة حاوية مغلقة ، تتكون من لوحين قطبين في وعاء به محلول إلكتروليتي. تقدم شبكة الويب العالمية مجموعة متنوعة من مخططات التجميع للأجهزة من طرز مختلفة:

• مع مرشحين
• مع الترتيب العلوي أو السفلي للحاوية ؛
• مع اثنين أو ثلاثة صمامات ؛
• مع لوح مجلفن
• على الأقطاب الكهربائية.

مخطط جهاز التحليل الكهربائي
ليس من الصعب إنشاء جهاز بسيط لإنتاج الهيدروجين. سوف يتطلب:

• صفائح الفولاذ المقاوم للصدأ
• أنبوب شفاف
• توصيلات؛
• حاوية بلاستيكية (1.5 لتر) ؛
• فلتر مياه وصمام رجوع.

جهاز بسيط لإنتاج الهيدروجين
بالإضافة إلى ذلك ، ستكون هناك حاجة إلى أجهزة مختلفة: المكسرات ، الغسالات ، البراغي. تتمثل الخطوة الأولى في تقطيع الورقة إلى 16 مقصورة مربعة ، وقطع زاوية من كل منها. في الزاوية المقابلة منه ، تحتاج إلى حفر حفرة لإغلاق الألواح. لضمان تيار ثابت ، يجب توصيل الألواح وفقًا لمخطط زائد - ناقص - زائد - ناقص. يتم عزل هذه الأجزاء عن بعضها البعض بواسطة أنبوب ، وعند التوصيل بمسامير وغسالات (ثلاث قطع بين الألواح). يتم وضع 8 لوحات على موجب وناقص.

عندما يتم تجميعها بشكل صحيح ، فإن أضلاع اللوحات لن تلمس الأقطاب الكهربائية. يتم إنزال الأجزاء المجمعة في وعاء بلاستيكي. عند النقطة التي تتلامس فيها الجدران ، يتم عمل فتحتين للتركيب بمسامير. قم بتركيب صمام أمان لإزالة الغاز الزائد. يتم تثبيت التركيبات في غطاء الحاوية ويتم إغلاق اللحامات بالسيليكون.

اختبار الجهاز

لاختبار الجهاز ، قم بتنفيذ عدة إجراءات:

مخطط إنتاج الهيدروجين

1. املأ بالسائل.
2. مع تغطية بغطاء ، قم بتوصيل أحد طرفي الأنبوب بالتركيب.
3. الثاني مغمور في الماء.
4. قم بتوصيله بمصدر طاقة.

بعد توصيل الجهاز بالمأخذ ، بعد بضع ثوانٍ ، ستكون عملية التحليل الكهربائي وهطول الأمطار ملحوظة.

لا تتمتع المياه النقية بموصلية كهربائية جيدة. لتحسين هذا المؤشر ، تحتاج إلى إنشاء محلول إلكتروليتي بإضافة القلوي - هيدروكسيد الصوديوم. توجد في مركبات تنظيف الأنابيب مثل الخلد.

طرق إنتاج الهيدروجين

الهيدروجين عنصر غازي عديم اللون والرائحة بكثافة 1/14 بالنسبة للهواء. في دولة حرة ، هو نادر. عادة يتم الجمع بين الهيدروجين وعناصر كيميائية أخرى: الأكسجين والكربون.

يتم تنفيذ إنتاج الهيدروجين لتلبية الاحتياجات الصناعية وهندسة الطاقة بعدة طرق. الأكثر شيوعًا هي:

• التحليل الكهربائي للماء
• طريقة التركيز
• تكثيف درجة حرارة منخفضة
• الامتزاز.

يمكن عزل الهيدروجين ليس فقط من المركبات الغازية أو المائية. يتم إنتاج الهيدروجين عن طريق تعريض الخشب والفحم لدرجات حرارة عالية ، وكذلك عن طريق معالجة النفايات الحيوية.

يتم الحصول على الهيدروجين الذري لهندسة الطاقة باستخدام طريقة التفكيك الحراري لمادة جزيئية على سلك مصنوع من البلاتين أو التنجستن أو البلاديوم. يتم تسخينه في جو من الهيدروجين تحت ضغط أقل من 1.33 باسكال. وكذلك تستخدم العناصر المشعة لإنتاج الهيدروجين.

التفكك الحراري

طريقة التحليل الكهربائي

الطريقة الأبسط والأكثر شيوعًا لتطور الهيدروجين هي التحليل الكهربائي للماء. يسمح بإنتاج الهيدروجين النقي عمليا. المزايا الأخرى لهذه الطريقة هي:

مبدأ تشغيل مولد الهيدروجين الكهربائي

• توافر المواد الخام
• تلقي عنصر تحت الضغط
• القدرة على أتمتة العملية بسبب نقص الأجزاء المتحركة.

إجراء تقسيم السائل بالتحليل الكهربائي هو عكس احتراق الهيدروجين. جوهرها هو أنه تحت تأثير التيار المباشر ، يتم إطلاق الأكسجين والهيدروجين على الأقطاب الكهربائية المغموسة في محلول إلكتروليت مائي.

تعتبر ميزة إضافية هي إنتاج المنتجات الثانوية ذات القيمة الصناعية.وبالتالي ، هناك حاجة إلى كمية كبيرة من الأكسجين لتحفيز العمليات التكنولوجية في قطاع الطاقة ، وتنظيف التربة والمسطحات المائية ، والتخلص من النفايات المنزلية. يستخدم الماء الثقيل الذي يتم الحصول عليه أثناء التحليل الكهربائي في هندسة الطاقة في المفاعلات النووية.

إنتاج الهيدروجين بالتركيز

تعتمد هذه الطريقة على فصل عنصر من مخاليط الغازات المحتوية عليه. وبالتالي ، يتم استخلاص الجزء الأكبر من المادة المنتجة صناعيًا باستخدام بخار إعادة تشكيل الميثان. يستخدم الهيدروجين المستخرج في هذه العملية في الطاقة ، وتكرير النفط ، وصناعات بناء الصواريخ ، وكذلك لإنتاج الأسمدة النيتروجينية. تتم عملية الحصول على H2 بطرق مختلفة:

• دورة قصيرة
• مبردة.
• غشاء.

تعتبر الطريقة الأخيرة الأكثر فعالية وأقل تكلفة.

تكاثف درجة حرارة منخفضة

تتكون طريقة الحصول على H2 من التبريد القوي للمركبات الغازية تحت الضغط. نتيجة لذلك ، يتم تحويلها إلى نظام من مرحلتين ، والذي يتم فصله لاحقًا بواسطة فاصل إلى مكون سائل وغاز. تستخدم الوسائط السائلة للتبريد:

• ماء؛
• الإيثان أو البروبان المسال ؛
• الأمونيا السائلة.

هذا الإجراء ليس سهلاً كما يبدو. لن يكون من الممكن فصل الغازات الهيدروكربونية بشكل نظيف دفعة واحدة. ستترك بعض المكونات مع غاز مأخوذ من حجرة الفصل ، وهو أمر غير اقتصادي. يمكن حل المشكلة عن طريق التبريد العميق للمواد الخام قبل الانفصال. لكن هذا يتطلب الكثير من الطاقة.

في أنظمة المكثف الحديثة ذات درجة الحرارة المنخفضة ، يتم توفير أعمدة إزالة الميثان أو إزالة الميثان بشكل إضافي. تتم إزالة الطور الغازي من مرحلة الفصل الأخيرة ، ويرسل السائل إلى عمود التقطير مع تيار من الغاز الخام بعد التبادل الحراري.

طريقة الامتزاز

أثناء الامتزاز ، لإطلاق الهيدروجين ، يتم استخدام المواد الماصة - المواد الصلبة التي تمتص المكونات الضرورية لخليط الغاز. يتم استخدام الكربون المنشط وهلام السيليكات والزيوليت كمواد ماصة. لتنفيذ هذه العملية ، يتم استخدام أجهزة خاصة - الممتزات الدورية أو المناخل الجزيئية. عند تنفيذ هذه الطريقة تحت الضغط ، يمكن استعادة 85٪ هيدروجين

إذا قارنا الامتزاز بتكثيف درجات الحرارة المنخفضة ، يمكننا ملاحظة انخفاض تكلفة المواد والتشغيل للعملية - في المتوسط ​​، بنسبة 30 في المائة. ينتج الهيدروجين عن طريق الامتزاز لهندسة الطاقة وباستخدام المذيبات. تسمح هذه الطريقة باستخراج 90٪ من H2 من خليط الغاز والحصول على المنتج النهائي بتركيز هيدروجين يصل إلى 99.9٪.