Com aconseguir hidrogen de forma segura a casa?

Mètodes per produir hidrogen en condicions industrials

Extracció per conversió de metà

... L’aigua en estat de vapor, preescalfada a 1000 graus centígrads, es barreja amb metà a pressió i en presència d’un catalitzador. Aquest mètode és interessant i demostrat, també cal tenir en compte que es millora constantment: la recerca de nous catalitzadors, més econòmics i eficaços, està en marxa.

Penseu en el mètode més antic de producció d’hidrogen: gasificació del carbó

... Sempre que no hi hagi accés a l'aire i una temperatura de 1.300 graus centígrads, el carbó i el vapor d'aigua s'escalfen. Així, l’hidrogen es desplaça de l’aigua i s’obté diòxid de carboni (l’hidrogen estarà a la part superior, el diòxid de carboni, també obtingut com a resultat de la reacció, es troba a la part inferior). Aquesta serà la separació de la barreja de gasos, tot és molt senzill.

Obtenció d'hidrogen mitjançant electròlisi de l’aigua

es considera l’opció més senzilla. Per a la seva implementació, és necessari abocar una solució de sosa al contenidor i col·locar-hi dos elements elèctrics. Un es carregarà positivament (ànode) i l’altre negativament (càtode). Quan s’aplica corrent, l’hidrogen anirà al càtode i l’oxigen a l’ànode.

Obtenció d’hidrogen pel mètode oxidació parcial

... Per a això, s’utilitza un aliatge d’alumini i gal·li. Es col·loca a l’aigua, cosa que provoca la formació d’hidrogen i alumina durant la reacció. El gal és necessari perquè la reacció es produeixi completament (aquest element evitarà que l’alumini s’oxidi prematurament).

Rellevància adquirida recentment mètode d'ús de la biotecnologia

: sota la condició de falta d’oxigen i sofre, les clamidomonas comencen a alliberar intensament hidrogen. Un efecte molt interessant que ara s’està estudiant activament.

No oblideu un altre mètode antic i provat de producció d’hidrogen, que consisteix a utilitzar diferents elements alcalins

i aigua. En principi, aquesta tècnica és factible en un laboratori amb les mesures de seguretat necessàries. Així, en el transcurs de la reacció (es procedeix a l’escalfament i als catalitzadors), es forma un òxid de metall i hidrogen. Només queda recollir-lo.

Aconsegueix hidrogen interacció de l’aigua i el monòxid de carboni

només és possible en un entorn industrial. Es formen diòxid de carboni i hidrogen, el principi de la seva separació es descriu anteriorment.

L’abast del generador d’hidrogen

H2 és un transportador modern d’energia que s’utilitza activament en moltes àrees industrials. Aquí en teniu alguns:

• producció de clorur d’hidrogen (HC) l;
• producció de combustible per a llançadors de coets;
• producció d'amoníac;
• processament i tall de metall;
• desenvolupament d’adobs per a cases d’estiu;
• síntesi d’àcid nítric;
• la creació d'alcohol metílic;
• industria alimentària;
• producció d’àcid clorhídric;
• creació de sistemes de sòl càlid.

A més, HHO s’ha convertit en molt útil en la vida quotidiana, tot i que amb reserves. En primer lloc, s’utilitza per a sistemes de calefacció autònoms. A més, el gas de Brown s’afegeix a la gasolina per intentar enganyar el motor i estalviar combustible.

Tots dos casos tenen les seves pròpies peculiaritats. Per tant, a l’hora d’organitzar la calefacció de la llar, heu de tenir en compte que la temperatura de combustió de l’HHO és un ordre de magnitud superior a la del metà. En aquest sentit, és necessari comprar una caldera especial i cara amb un broquet resistent a la calor. En cas contrari, el propietari i el seu habitatge estaran en perill considerable.

LA INVENCIÓ TÉ ELS SEGÜENTS AVANTATGES

La calor obtinguda per l'oxidació de gasos es pot utilitzar directament in situ i l'hidrogen i l'oxigen s'obtenen a partir de l'eliminació de vapor de rebuig i aigua de procés.

Baix consum d’aigua en generar electricitat i calor.

La senzillesa del camí.

Estalvi energètic significatiu com es gasta només per escalfar l’arrencador al règim tèrmic establert.

Alta productivitat del procés, perquè la dissociació de molècules d’aigua dura dècimes de segon.

Explosió i seguretat contra incendis del mètode, perquè en la seva implementació, no calen contenidors per recollir hidrogen i oxigen.

Durant el funcionament de la instal·lació, l'aigua es purifica repetidament, convertint-se en aigua destil·lada. Això elimina els sediments i la calç, cosa que augmenta la vida útil de la instal·lació.

La instal·lació és d’acer normal; a excepció de les calderes fabricades en acers resistents a la calor amb folre i blindatge de les seves parets. És a dir, no es requereixen materials especials i cars.

La invenció pot trobar aplicació a

la indústria substituint l’hidrocarbur i el combustible nuclear de les centrals elèctriques per aigües barates, generalitzades i respectuoses amb el medi ambient, mantenint el poder d’aquestes centrals.

Hidrogen a casa: hi ha un benefici

Ho observem de seguida: no és rendible utilitzar un generador d’hidrogen per escalfar una casa. Es gastarà més electricitat produint H2 pur que no s’obtindrà després de cremar-la. Per tant, per 1 kW de calor, es gasta 2 kW d’electricitat, és a dir, no hi ha cap benefici. És més fàcil instal·lar qualsevol de les calderes elèctriques a casa.

Per substituir 1 litre de gasolina per un cotxe, necessitareu 4766 litres d’hidrogen pur o 7150 litres de gas oxihidrogen, 1/3 dels quals és oxigen. Fins ara, fins i tot les millors ments del món no han desenvolupat cap unitat capaç d’oferir aquest rendiment.

RECLAMACIÓ

Mètode per produir hidrogen i oxigen a partir del vapor d’aigua

, inclòs el pas d’aquest vapor a través d’un camp elèctric, caracteritzat pel fet que utilitzen vapor d’aigua sobreescalfat amb temperatura
500 - 550 o C
, va passar a través d’un camp elèctric de corrent continu d’alta tensió per dissociar el vapor i separar-lo en àtoms d’hidrogen i oxigen.

Fa temps que volia fer una cosa similar. Però no es van arribar a experiments posteriors amb una bateria i un parell d’elèctrodes. Volia fabricar un aparell de ple dret per a la producció d’hidrogen, en quantitats per inflar un globus. Abans de fabricar un aparell de ple dret per a l'electròlisi de l'aigua a casa, vaig decidir comprovar tot el que hi havia al model.

L’esquema general de l’electrolitzador té aquest aspecte.

Aquest model no és adequat per a un ús diari complet. Però vam aconseguir provar la idea.

Així que vaig decidir utilitzar grafit per als elèctrodes. Una excel·lent font de grafit per a elèctrodes és el col·lector de trolleybus. Hi ha un munt d’estirades a les parades finals. Cal recordar que un dels elèctrodes col·lapsarà.

Vam veure i finalitzar amb un fitxer. La intensitat de l'electròlisi depèn de la força del corrent i de la zona dels elèctrodes.

Els cables s’uneixen als elèctrodes. Els cables s’han d’aïllar acuradament.

Per al cas del model d'electrolitzador, les ampolles de plàstic són bastant adequades. Es fan forats a la coberta per a canonades i cables.

Tot està completament recobert amb segellador.

Els colls d’ampolla tallats són adequats per connectar dos contenidors.

Cal unir-les i fondre la costura.

Els fruits secs estan fets de taps d’ampolles.

Els forats es fan en dues ampolles a la part inferior. Tot està connectat i omplert amb cura de segellador.

Utilitzarem una xarxa domèstica de 220V com a font de tensió. Vull advertir-vos que es tracta d’una joguina força perillosa. Per tant, si no teniu prou habilitats o hi ha dubtes, és millor no repetir.A la xarxa domèstica, tenim un corrent altern, per a l'electròlisi s'ha de redreçar. Un pont de díodes és perfecte per a això. El de la foto no era prou potent i es va cremar ràpidament. La millor opció va ser el pont de díodes xinès MB156 en una caixa d'alumini.

El pont de díodes s’escalfa molt. Es requerirà un refredament actiu. Un refrigerador per a un processador d’ordinador és perfecte. Es pot utilitzar una caixa de connexions d’una mida adequada per al recinte. Es ven en articles elèctrics.

S’han de col·locar diverses capes de cartró sota el pont de díodes.

Es fan els forats necessaris a la coberta de la caixa de connexions.

Així és com és la unitat muntada. L’electrolitzador s’alimenta de la xarxa elèctrica, el ventilador s’alimenta d’una font d’energia universal. S'utilitza una solució de bicarbonat de sodi com a electròlit. Aquí cal recordar que, com més alta és la concentració de la solució, major serà la velocitat de reacció. Però, al mateix temps, la calefacció també és més elevada. A més, la reacció de descomposició de sodi al càtode contribuirà a l'escalfament. Aquesta reacció és exotèrmica. Com a resultat, es formarà hidrogen i hidròxid de sodi.

El dispositiu de la foto superior estava molt calent. S’havia d’apagar periòdicament i esperar fins que es refredés. El problema de la calefacció es va resoldre parcialment refredant l'electròlit. Per a això vaig utilitzar una bomba de font de sobretaula. Un llarg tub passa d’una ampolla a l’altra a través d’una bomba i una galleda d’aigua freda.

La rellevància d’aquest número avui en dia és força elevada a causa del fet que l’esfera de l’ús d’hidrogen és extremadament extensa i, en la seva forma pura, pràcticament no es troba enlloc a la natura. És per això que s’han desenvolupat diverses tècniques que permeten l’extracció d’aquest gas d’altres compostos mitjançant reaccions químiques i físiques. Això es discuteix a l'article anterior.

Obtenir hidrogen i comprovar-ne la puresa

L’hidrogen es pot obtenir reaccionant el zinc i l’àcid clorhídric.

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2 ↑

El zinc desplaça l’hidrogen dels àcids, com tots els metalls situats en la sèrie de tensions a l’esquerra de l’hidrogen.

Per recollir l’hidrogen en un tub d’assaig, cal capgirar-lo perquè l’hidrogen és més lleuger que l’aire i tendeix cap amunt. Aquest mètode de recollida d'hidrogen s'anomena "mètode de desplaçament d'aire".

Fig. 1. Obtenció d’hidrogen i recollida per desplaçament d’aire

La proveta acumula hidrogen, però també conté aire i, per tant, oxigen. L’hidrogen i l’oxigen són mescles explosives. Encenem l’hidrogen recollit amb una estella. La proveta és petita i l'explosió d'hidrogen i oxigen és només un cop fort. Com menys oxigen de la barreja, més tranquil és el cotó.

Si l’hidrogen recollit a la proveta és pur, escoltarem un estalvi avorrit. Aquest hidrogen es pot encendre.

Producció d'hidrogen domèstic

Selecció d’electrolitzadors

Per obtenir un element de la casa, necessiteu un aparell especial: un electrolitzador. Hi ha moltes opcions per a aquest tipus d’equips al mercat, ja que dispositius els ofereixen empreses de tecnologia conegudes i petits fabricants. Les unitats de marca són més cares, però la qualitat de construcció és superior.

L’aparell domèstic és petit i fàcil d’utilitzar. Els seus principals detalls són:

Electrolitzador: què és?

• reformador;
• sistema de neteja;
• cèl·lules de combustible;
• equips de compressors;
• un recipient per emmagatzemar hidrogen.

L’aigua senzilla de l’aixeta es pren com a matèria primera i l’electricitat prové d’una presa normal. Les unitats amb energia solar estalvien electricitat.

L’hidrogen domèstic s’utilitza en sistemes de calefacció o cuina. I també enriqueixen la barreja combustible-aire per augmentar la potència dels motors del cotxe.

Fent un aparell amb les teves pròpies mans

Encara és més barat fabricar el dispositiu a casa.Una cèl·lula seca sembla un recipient tancat, que consta de dues plaques d’elèctrodes en un recipient amb una solució electrolítica. La World Wide Web ofereix una varietat d’esquemes de muntatge per a dispositius de diferents models:

• amb dos filtres;
• amb disposició superior o inferior del contenidor;
• amb dues o tres vàlvules;
• amb tauler galvanitzat;
• als elèctrodes.

Esquema del dispositiu d’electròlisi
No és difícil crear un dispositiu senzill per produir hidrogen. Es requerirà:

• xapa d'acer inoxidable;
• tub transparent;
• accessoris;
• envàs de plàstic (1,5 l);
• filtre d’aigua i vàlvula antiretorn.

El dispositiu d’un simple dispositiu per produir hidrogen
A més, es necessitaran diversos elements de maquinari: femelles, volanderes i cargols. El primer pas és tallar el full en 16 compartiments quadrats, tallant un racó de cadascun d’ells. A la cantonada oposada, heu de perforar un forat per cargolar les plaques. Per assegurar un corrent constant, les plaques s’han de connectar d’acord amb l’esquema més - menys - més - menys. Aquestes parts estan aïllades les unes de les altres amb un tub, i a la connexió amb un cargol i unes volanderes (tres peces entre les plaques). Es col·loquen 8 plaques a més i menys.

Quan es munten correctament, les costelles de les plaques no tocaran els elèctrodes. Les parts muntades es baixen en un recipient de plàstic. En el punt on toquen les parets, es fan dos forats de muntatge amb cargols. Instal·leu una vàlvula de seguretat per eliminar l’excés de gas. Els accessoris es munten a la tapa del contenidor i les costures estan segellades amb silicona.

Prova de l’aparell

Per provar el dispositiu, realitzeu diverses accions:

Esquema de producció d’hidrogen

1. Ompliu-lo de líquid.
2. Cobrint amb una tapa, connecteu un dels extrems del tub a l'accessori.
3. El segon està immers en aigua.
4. Connecteu-vos a una font d'alimentació.

Després d’endollar el dispositiu a una presa de corrent, al cap d’uns segons es notarà el procés d’electròlisi i la precipitació.

L’aigua pura no té una bona conductivitat elèctrica. Per millorar aquest indicador, heu de crear una solució electrolítica afegint un hidròxid de sodi alcalí. Es troba en compostos de neteja de canonades com el talp.

Mètodes per produir hidrogen

L’hidrogen és un element gasós incolor i inodor amb una densitat de 1/14 respecte a l’aire. En estat lliure, és rar. Normalment l’hidrogen es combina amb altres elements químics: oxigen, carboni.

La producció d’hidrogen per a les necessitats industrials i l’enginyeria elèctrica es realitza mitjançant diversos mètodes. Els més populars són:

• electròlisi de l'aigua;
• mètode de concentració;
• condensació a baixa temperatura;
• adsorció.

L'hidrogen es pot aïllar no només de compostos gasosos o d'aigua. L’hidrogen es produeix exposant la fusta i el carbó a altes temperatures, així com processant els residus biològics.

L’hidrogen atòmic per a enginyeria energètica s’obté mitjançant el mètode de dissociació tèrmica d’una substància molecular sobre un fil fet de platí, tungstè o pal·ladi. S’escalfa en una atmosfera d’hidrogen a una pressió inferior a 1,33 Pa. I també s’utilitzen elements radioactius per obtenir hidrogen.

Dissociació tèrmica

Mètode d'electròlisi

El mètode més senzill i popular d’evolució de l’hidrogen és l’electròlisi de l’aigua. Permet produir hidrogen pràcticament pur. Altres avantatges d’aquest mètode són:

Principi de funcionament del generador d'hidrogen d'electròlisi

• disponibilitat de matèries primeres;
• rebre un element a pressió;
• la capacitat d’automatitzar el procés a causa de la manca de parts mòbils.

El procediment per dividir un líquid mitjançant electròlisi és el contrari de la combustió de l’hidrogen. La seva essència és que, sota la influència del corrent continu, s’allibera oxigen i hidrogen als elèctrodes submergits en una solució aquosa d’electròlits.

Es considera un avantatge addicional la producció de subproductes amb valor industrial.Per tant, es necessita una gran quantitat d'oxigen per catalitzar els processos tecnològics de la indústria elèctrica, netejar el sòl i les masses d'aigua i eliminar els residus domèstics. L'aigua pesada obtinguda durant l'electròlisi s'utilitza en enginyeria d'energia en reactors nuclears.

Producció d’hidrogen per concentració

Aquest mètode es basa en la separació d’un element de les mescles de gasos que el contenen. Així, la major part de la substància produïda industrialment s’extreu mitjançant la reforma al vapor de metà. L’hidrogen que s’extreu en aquest procés s’utilitza en indústries de l’energia, del refinament del petroli, de la construcció de coets, així com per a la producció de fertilitzants nitrogenats. El procés d’obtenció d’H2 es realitza de diferents maneres:

• de cicle curt;
• criogènica;
• membrana.

Aquest darrer mètode es considera el més eficaç i menys costós.

Condensació a baixa temperatura

Aquest mètode per obtenir H2 consisteix en un fort refredament de compostos gasosos a pressió. Com a resultat, es transformen en un sistema bifàsic, que posteriorment es separa per un separador en un component líquid i un gas. Els mitjans líquids s’utilitzen per refredar:

• aigua;
• età o propà liquat;
• amoníac líquid.

Aquest procediment no és tan fàcil com sembla. No serà possible separar de manera neta els gasos d’hidrocarburs alhora. Alguns dels components marxaran amb el gas extret del compartiment de separació, cosa que no és econòmica. El problema es pot resoldre mitjançant un refredament profund de la matèria primera abans de la separació. Però això requereix molta energia.

En els sistemes moderns de condensadors de baixa temperatura, es proporcionen també columnes de desmetanització o desmetanització. La fase gasosa s’elimina de l’última etapa de separació i el líquid s’envia a la columna de destil·lació amb un flux de gas cru després de l’intercanvi de calor.

Mètode d'adsorció

Durant l'adsorció, per alliberar hidrogen, s'utilitzen adsorbents, sòlids que absorbeixen els components necessaris de la mescla de gasos. El carbó activat, el gel de silicat i les zeolites s’utilitzen com a adsorbents. Per dur a terme aquest procés, s’utilitzen dispositius especials: adsorbidors cíclics o tamisos moleculars. Quan s’implementa a pressió, aquest mètode pot recuperar un 85% d’hidrogen.

Si comparem l’adsorció amb la condensació a baixa temperatura, podem observar un menor cost material i operatiu del procés, de mitjana un 30%. L’hidrogen es produeix per adsorció per a l’enginyeria energètica i amb l’ús de dissolvents. Aquest mètode permet extreure el 90% d’H2 de la barreja de gasos i obtenir el producte final amb una concentració d’hidrogen de fins al 99,9%.