Vodík je nejhojnějším chemickým prvkem v přírodě, protože tvoří asi 90% celkové hmotnosti všech prvků ve vesmíru. Současně se prakticky nevyskytuje ve své čisté formě. Častěji jej lze nalézt ve složení různých chemických sloučenin. Mezitím to může být vynikající ekologické a neškodné palivo pro výrobu energie. Tedy i váš domov může být vytápěn vodíkem. Obzvláště povzbudivá je skutečnost, že vodíkové palivo lze použít, pokud převedete jednoduchý plynový kotel na vodíkový. Hlavní problém však zůstává: kde získat čistý vodík? Není volně k dispozici, nelze jej koupit. Jedinou cestou ven je domácí vodíkový generátor. Naštěstí si jej můžete buď sami sestavit, nebo zakoupit hotový. Zbývá jen rozhodnout o typu generátoru, který se liší v závislosti na tom, jak se získává vodík.
Získání čistého vodíku
Elektrolýza vody
Vodík lze získat různými způsoby. Zde je jen několik z nich, které jsou nejdostupnější a nejběžnější:
- Elektrolýza vody. Nejúčinnějším způsobem je vysoká teplota.
- Chemická reakce vody a slitiny hliníku a gália.
- Výroba vodíku při vysokoteplotním zpracování uhlí a dřeva.
- Recyklace odpadu a domácího odpadu.
- Uvolňování vodíku zpracováním biomasy (hnůj, seno, řasy a další zemědělský odpad).
Většina metod je založena na použití vysokých teplot a bohužel nejsou použitelné v běžné domácnosti. Existuje však několik způsobů, jak získat vodík doma.
Elektrolytický vodík
Nejdostupnějším a nejrozšířenějším způsobem výroby vodíku doma je elektrolýza vody. Speciální vybavení zvané elektrolyzér je na trhu docela snadno dostupné. Zároveň mezi výrobci existují jak významní giganti (například Honda), tak i malí výrobci z Číny nebo zemí SNS. A pokud v případě prvního není pochyb o kvalitě produktů poskytovaných pozornosti, pak jsou druhé často zklamány. Zároveň bychom neměli věnovat velkou pozornost jejich jasné a slibné reklamě. Bezohledný výrobce nemusí prohlašovat, že jeho výrobek je na trhu té nejvyšší kvality, dobrého a trvanlivého. Ne všechno, co říká, se však ukáže jako pravdivé. Cena by měla být obzvláště alarmující, protože generátor nemůže být příliš levný. Levnost může naznačovat nekvalitní materiály použité při práci nebo úspory při montáži. Instalace jsou drahé z nějakého důvodu, ale také kvůli bezpečnosti. Jelikož je vodík výbušný, může jeho prosakování způsobit velké potíže. Špatné hadice, netěsná skladovací nádrž - a to je vše, výbuch je zaručen. Kvalita zpracování může být někdy „chromá“, takže je lepší jednoho dne nezanevřít a neutratit peníze za dobré vybavení.
Dobrý elektrolyzér se pyšní kvalitou, kompaktností a snadným použitím. Může být instalován v kterémkoli rohu místnosti a jako palivo pro získání vytouženého vodíku slouží jako palivo běžná voda z vodovodu. Elektrolyzér se obvykle skládá z reformátoru, palivových článků, čisticího systému, kompresoru a zásobníku plynu. Elektřina pochází z napájecího zdroje. Nejmodernější modely jsou vůbec vybaveny solárními panely.Takové zařízení se určitě rychle vyplatí kvůli minimálním nákladům na jeho použití, a to i při zohlednění nejmenších nákladů na samotnou jednotku.
Vodík ze zemědělského odpadu
Často na internetu najdete odkazy na bioplynové stanice. Jejich práce spočívá v tom, že se hnůj zavádí do generátoru, tam se zpracovává a na výstupu se získává metan. Lze samozřejmě použít nejen hnůj, ale jakýkoli kompostovatelný materiál. Čistý hnůj je však nejproduktivnější a nejdostupnější. Výsledný bioplyn je poté napojen na potřeby farmy a je používán jako obvyklý zemní plyn. Tento způsob výroby vodíku má však několik nevýhod:
- Vodík jako takový je v tomto procesu pouze vedlejším produktem. K jeho oddělení je nutné další zpracování získaného plynu. Zpravidla to nikdo nedělá a vodík bezpečně umírá v náručí plamene spolu s metanem.
- Je nutný nepřetržitý přísun surovin. To znamená, že hnůj musí být dodáván do generátoru bez zastavení a ve velkém množství. Je zřejmé, že běžná soukromá ekonomika nebude schopna zajistit stálý tok surovin. A nákup ze strany není ziskový. Závěr: tento způsob výroby vodíku je vhodný pouze pro relativně velké farmy, které jsou připraveny takové objemy poskytovat. Takové zařízení jim však nepřinese výhody, ledaže jim umožní zbavit se odpadu s přínosem pro ekonomiku.
Podíl vodíku na výstupu navíc představuje pouze 2–12% vodíku. To znamená, že většinu produktu tvoří metan. Abychom ekonomice poskytli pouze vodík, bude zapotřebí neuvěřitelné množství surovin a obrovské výrobní kapacity. Ani pro velké farmy tedy není ziskové zaměřit se konkrétně na uvolňování vodíku. Budou ho muset spálit společně s metanem, což se v praxi děje, nebo se ho pokusit použít také na farmě. K oddělení a skladování vodíku však bude opět nutné další vybavení, což znamená další náklady. Bioplynová stanice je tedy zdaleka nejnevýhodnější metodou výroby čistého vodíku.
Rozdíly mezi konvenční elektrolýzou a moderními polymerními membránami
Moderní polymerní membrány SPE / PME jsou samy o sobě elektrolytem, takže k vedení proudu nepotřebují vodu obsahující minerály, a proto mají obrovskou technologickou výhodu, dlouhou životnost a jsou schopny produkovat vysokou koncentraci čistého H2.
Díky nižšímu elektrickému odporu mezi anodou a katodou v polymerní membráně dochází k nižšímu poklesu napětí a účinnějšímu elektrolytickému výstupu H2. Prodloužení životnosti membrány je způsobeno skutečností, že pH pitné vody se prakticky nemění, proto na elektrodách nedochází k tvorbě minerálních usazenin.
Proč je důležité, aby zařízení mělo protonovou membránu / elektrolyt z pevného polymeru?
Voda v zařízení není elektrolyt, elektrolýza probíhá uvnitř membrány, voda je nasycena pouze čistým vodíkem. Doporučuje se destilovaná voda nebo voda pro reverzní osmózu. To umožňuje membráně pracovat po dlouhou dobu bez nutnosti proplachování.
Existují zařízení, která oddělují vodík a kyslík během elektrolýzy, ale bez membrány pro výměnu protonů?
Ano, dokonce i ta nejranější zařízení na elektrolýzu ve tvaru U vyráběla vodík a kyslík samostatně. Ale elektrolyt v nich je roztok solí ve vodě a kromě vodíku a kyslíku se uvolní další sloučeniny. Existují také zařízení s membránou, která odděluje vodík, ale membrána není pevným polymerním elektrolytem.Tato zařízení vyžadují použití vody se solemi, proto se membrána ucpe a vyžaduje časté proplachování. Zkontrolujte, zda nástroj dokáže zpracovat destilovanou vodu, aby zjistil, zda používá membránu SPE / PEM.
Výroba elektrolyzéru vlastními rukama
DIY elektrolyzér
Ceny drahých zahraničních zařízení často děsí běžné majitele malých farem. Jakmile se řemeslníci spálí v levném ne příliš kvalitním elektrolyzéru, nebo se dokonce rozhodnou, že to nebudou vůbec riskovat, přemýšlejí o tom, jak si vyrobit domácí vodíkový generátor sami. Obecně je úkol proveditelný za předpokladu, že máte určité znalosti a dovednosti.
Chcete-li si vyrobit vlastní elektrolyzér, budete si muset zakoupit všechny součásti instalace, které byly uvedeny výše. Proces navíc nekončí ve fázi těžby paliva. Koneckonců je stále nutné oddělit vodík od kyslíku a vodní páry, aby byl zajištěn jeho konstantní proud, akumulace v požadovaném objemu a dodávce. Výsledkem je, že konečný výpočet ukáže, že vlastní montáž nebude stát mnohem méně než zakoupený generátor, ale bude vynaloženo neuvěřitelné množství úsilí a času. A není známo, zda získaný výsledek splní očekávání a zvládne daný úkol.
Náklady na vodík
Náklady na vodík
Technologie výroby vodíku ovlivňují jeho náklady. Cena vodíku na 1 kg při jeho zvyšování je tedy:
- 130 rublů - metodou vysokoteplotní elektrolýzy v jaderných elektrárnách;
- 200 rublů - metodou konverze uhlovodíků;
- 320 rublů - metodou chemické reakce (z jaderné elektrárny);
- 350 rublů - extrakcí z biomasy;
- 420 rublů - elektrolýzou;
- 700 rublů - metodou regenerace činidla.
Je tedy zřejmé, že nejlevnější způsob výroby vodíku je první, a to elektrolýzou v jaderných elektrárnách za účasti vysokých teplot. Faktem je, že vysoké teploty na JE jsou vedlejším účinkem výroby, neexistují žádné další náklady na jejich příjem. Zatím však není žádná z metod výroby vodíku jako palivové energie plně návratná. Koneckonců, i když si koupíte nejlevnější a zároveň efektivní instalaci, i když nezohledníte její vysoké náklady, k výrobě vodíku je stále zapotřebí elektřina. Použitá elektřina se vyrábí na místních stanicích a přenáší se vodiči. V tomto případě dochází k nevyhnutelným energetickým ztrátám.
Negativní stránky vytápění budov vodíkovým typem
[sticky-ad id = 13532]
V diskusích o proveditelnosti použití vodíkového paliva pro topné systémy skeptici uvádějí závažné argumenty:
- Vysoké náklady: i v nejefektivnějších elektrolýzních zařízeních, která byla doposud vytvořena, vyžaduje výroba vodíku 2krát více energie než jeho následné spalování.
- Nebezpečí výbuchu: lidé byli přesvědčeni o schopnosti vodíku snadno explodovat během havárie vzducholodi Hindenburg, jejíž válec byl naplněn právě tímto plynem.
- Složitost přípravného procesu: získání vodíku z vody je polovina úspěchu. Pro efektivní použití v tepelných generátorech musí být dodáván se stabilním tlakem, který vyžaduje kompresor a další zásobník s reduktorem. Kromě toho bude nutné zlikvidovat vodní páru, což vyžaduje použití odvlhčovače.
Je docela snadné si vyrobit zařízení na extrakci vodíku z vody svépomocně. Podle jeho vlastností nebude mnohem horší než zakoupený, ale bude stát mnohem méně. Zvažme postupně fáze stvoření.
Projekt (výkres)
K výrobě generátoru budete potřebovat hermeticky uzavřenou nádobu, která bude naplněna vodou před zahájením výroby vodíku.
Elektrody umístěné uvnitř budou vypadat jako sada desek (je potřeba 16 kusů) instalovaných s mezerou 1 mm.
Aby to bylo zajištěno, musí být mezi desky umístěny nylonové rozpěrky (je povoleno jakékoli jiné dielektrikum).
Optimální je vzdálenost 1 mm: pokud ji zvětšíte, budete muset zvýšit sílu proudu; jak se mezera zmenšuje, bude obtížné uniknout plynovým bublinám. Desky se budou střídavě připojovat k anodě a katodě 12voltového napájecího zdroje. V tomto případě musí být nasazeny na nápravu, rovněž vyrobenou z dielektrického materiálu.
Když jsou elektrody připojeny k držáku, bude nutné je připevnit ke spodní části krytu krytu.
Pro výběr směsi plynů je do krytu krytu vyříznuta trubka z běžného kapátka. Kromě toho v něm musí být vyvrtány další dva otvory, kterými budou procházet dráty. Po sestavení jednotky je nutné všechny otvory v krytu utěsnit silikonem nebo lepidlem.
Důležitou součástí generátoru je vodní uzávěr. K jeho výrobě budete potřebovat malou nádobu (bude to běžná láhev), do které budete muset před použitím zařízení nalít vodu. V hermeticky uzavřeném krytu musíte vyvrtat dva otvory: v jednom procházíme trubkou z generátoru (musí být spuštěna na samé dno) a ve druhé - další trubice, skrz kterou bude plynová směs proudit k hořáku . Otvory v krytu vodního těsnění musí být také utěsněny. Voda by měla být nalita do láhve o ¾ jejího objemu.
Výběr elektrod
Materiál, ze kterého budou elektrody vyrobeny, musí mít nízký elektrický odpor a musí být chemicky inertní vůči kyslíku a látkám přítomným v roztoku.
Pokud není splněn druhý požadavek, proběhne chemická reakce za účasti elektrod připojených ke katodovému pólu, v důsledku čehož bude roztok nasycen cizími látkami.
Proto nelze použít měď, jeden z nejlepších vodičů, ve vodném roztoku. Místo toho se doporučuje použít nerezovou ocel. Optimální tloušťka elektrodových desek z tohoto materiálu je 2 mm.
Přečtěte si více: Jaké filtry zvolit pro čištění vody
Kontejner
Vzhledem k riziku výbuchu by skříň generátoru měla být vyrobena z odolného a plastového materiálu odolného vůči vysokým teplotám. Ocel tyto požadavky splňuje nejlépe ze všech. Je pouze nutné zcela vyloučit kontakt vodičů nebo elektrod s pouzdrem, což by vedlo ke zkratu.
Obohacení směsi paliva a vzduchu vodíkem pomáhá snížit spotřebu paliva. Podle některých motoristů může být úspora paliva až 30%.
Zařízení, které bylo popsáno v předchozí části, je bráno jako základ pro automobilový vodíkový generátor. Rozdíl spočívá v absenci hydraulického těsnění (výsledný vodík je okamžitě odeslán do sacího potrubí) a v přítomnosti řídicí jednotky. Ten bude regulovat proud mezi elektrodami v závislosti na otáčkách motoru.
Vlastní výroba takové jednotky je možná pouze pro ty, kteří ovládají rádiovou elektroniku, proto doporučujeme použít zakoupenou možnost. Prefabrikované jednotky navíc přebírají veškerou práci na regulaci výkonu vodíkového generátoru, aniž by vyžadovaly účast uživatele.
Systémové prvky pro automobilový generátor
Vše, co bude potřeba, je ruční výběr hodnoty aktuální síly (optimální) pro režimy „nečinnosti“ a „maximálního zatížení“ vůbec poprvé a poté bude řídicí jednotka sama měnit výkon instalace v rámci stanovené limity.
Všechna připojení musí být utěsněna velmi pečlivě: únik vodíku může vést k požáru.
Nejlepší je zkontrolovat těsnost konstrukce mýdlovou pěnou: úniky, pokud existují, se projeví jako neustále se objevující a rostoucí bubliny.
Tělo automobilového generátoru vodíku může být vyrobeno z vodovodního filtru, který je poměrně odolný. Jeho objem je malý a aby instalace nemusela být doplňována příliš často, může být dodatečně vybavena nádrží pro skladování zásoby roztoku. Je připojen k pracovnímu kontejneru dvěma trubkami.
Vlastní zařízení schematicky představuje nádobu s vodou, kde jsou umístěny elektrody pro přeměnu vody na vodík a kyslík.
Aby bylo možné takové zařízení vyrobit vlastními rukama, budete potřebovat:
- Nerezový plech o tloušťce 0,5-0,7 mm. Vhodná je značka z nerezové oceli 12X18H10T.
- Plexisklové desky.
- Gumové trubky pro přívod vody a odvod plynu.
- Pryžová guma odolná proti benzínovému oleji o tloušťce 3 mm.
- Zdroj napětí - LATR s diodovým můstkem pro získání stejnosměrného proudu. Mělo by poskytovat 5-8 ampérů proudu.
Nejprve jsou nerezové desky rozřezány na obdélníky 200x200mm. Rohy desek musí být odříznuty, aby bylo možné následně celou konstrukci utáhnout šrouby. Do každé desky vyvrtáme otvor o průměru 5 mm ve vzdálenosti 3 cm od spodní části desek pro cirkulaci vody. Ke každé desce je také připájen vodič pro připojení ke zdroji energie.
Před montáží jsou kroužky s vnějším průměrem 200 mm a vnitřním průměrem 190 mm vyrobeny z gumy. Musíte také připravit dvě desky z plexiskla o tloušťce 2 cm a rozměrech 200 × 200 mm, přičemž do nich musíte nejprve utáhnout otvory na čtyřech stranách pro utažení šroubů M8.
DIY vodíkový generátor
Aby se zabránilo zpětnému toku plynu do generátoru plynu, je nutné na cestě z generátoru k hořáku vytvořit vodní uzávěr, nebo ještě lépe, dva ventily.
Konstrukce uzávěru je nádoba s vodou, do které je trubka spuštěna do vody ze strany generátoru a trubka, která vede k hořáku, je nad hladinou vody. Na následujícím obrázku je schéma generátoru vodíku s branami.
Obvod vodíkového generátoru s vodními bránami
V elektrolyzéru - uzavřené nádobě s vodou se sníženými elektrodami, když se přivede napětí, začne se vyvíjet plyn. Přes trubku 1 je přiváděna do brány 1. Konstrukce vodního těsnění je uspořádána takovým způsobem, jak je patrné z obrázku, že plyn se může pohybovat pouze ve směru od elektrolyzéru k hořáku, a ne naopak.
Tomu brání rozdílná hustota vody, kterou je třeba překonat na zpáteční cestě. Dále podél potrubí 2 se plyn pohybuje do hradla 2, což je určeno pro větší spolehlivost systému: pokud najednou z nějakého důvodu první hradlo nefunguje. Plyn je poté přiváděn do hořáku trubkou 3. Vodní těsnění jsou velmi důležitou součástí zařízení, protože zabraňují proudění plynu v opačném směru.
Pokud se plyn dostane zpět do elektrolyzéru, může zařízení explodovat. Proto za žádných okolností nesmí být zařízení provozováno bez vodních těsnění!
Svařovací generátor je v současné době jedinou praktickou aplikací pro štěpení elektrolytické vody. Je nepraktické jej používat k vytápění domu a zde je důvod. Náklady na energii při práci s plamenem nejsou tak důležité, hlavní je, že svářeč nemusí nosit těžké válce a manipulovat s hadicemi. Vytápění domu je další věc, kde se počítá každý cent. A zde ztrácí vodík všechny aktuálně existující druhy paliva.
Sériové generátory svařování stojí spoustu peněz, protože používají katalyzátory pro proces elektrolýzy, které zahrnují platinu. Generátor vodíku můžete vyrobit vlastními rukama, ale jeho účinnost bude ještě nižší než u továrního. Určitě se vám podaří získat hořlavý plyn, ale je nepravděpodobné, že bude stačit vytápět alespoň jednu velkou místnost, natož celý dům.A pokud to stačí, budete muset platit báječné účty za elektřinu.
Existuje výhoda
Je to ziskové?
Existuje mylná představa, že vytápění domu vodíkovým palivem stojí penny. Tuto myšlenku ve skutečnosti rozšiřují výrobci elektrolyzérů a dalších zařízení na výrobu vodíku. Stručně řečeno, ti, kteří mají z takového názoru prospěch. Říkají, že na nákup tohoto nádherného stroje musíte utratit peníze pouze jednou a žít dále šťastně a bezstarostně. Je to však tak?
Člověk musí jen chvíli přemýšlet, aby pochopil, že ve skutečnosti to není tak růžové. Za prvé, samotná instalace je velmi nákladná. I když si jednotku sestavíte sami, náklady na komponenty nebudou tak levné. To znamená, že počáteční náklady jsou velmi vysoké a vyhlídky na kompenzaci jsou nejasné. Zadruhé, pro provoz elektrolyzéru je potřebná voda z vodovodu, která také není zdarma. A za třetí, je třeba vzít v úvahu náklady na elektřinu v případě, že generátor nefunguje na solárních panelech.
Při používání vodíku jako paliva pro potřeby domácnosti tedy neexistují prakticky žádné výhody. Možná až po deseti či dvou letech, kdy se technologie stanou pokročilejšími, bude použití vodíkového paliva výnosnější než současné alternativní zdroje. Zatím je však tato metoda téměř 4krát dražší. A to zohledňuje ne nejvyšší tarify za elektřinu a vodu. I když vezmeme průměrné a minimální hodnoty pro Rusko a země SNS, náklady na výsledné palivo jsou nepřiměřeně vysoké. Proto použití této metody vytápění vašeho domova osloví jen horlivé ochránce přírody, protože vodíkové rostliny jsou naprosto šetrné k životnímu prostředí.
buď opatrný
buď opatrný
Po instalaci generátoru, stejně jako během, byste neměli zapomenout na bezpečnostní opatření. Vodík je hořlavý výbušný plyn bez zápachu, takže jeho únik je extrémně nebezpečný. Abyste tomu zabránili, je nutné pečlivě zkontrolovat těsnost všech součástí elektrolyzéru: trubky, čerpadlo, nádrž. To platí zejména pro zařízení pro vlastní montáž. Jsou nejnebezpečnější. Kromě toho není známo, jak vysoce kvalitní palivo nakonec dodají. Pravděpodobnost sňatku může být samozřejmě vysoká u zakoupených modelů, zejména u neznámých nebo neověřených výrobců. Proto je vždy lepší dát přednost dražšímu, ale také spolehlivějšímu výrobci tohoto zařízení. Zní to jako reklama, ale faktem zůstává: za kvalitu si musíte připlatit. I když ne vždy platí pravidlo, že čím dražší, tím lepší. Je ideální, když se kupující při své volbě spoléhá na znalosti v této oblasti. A co je nejdůležitější, důvěřujte, ale ověřujte. Koneckonců, i ta nejslavnější značka může vytvořit manželství.
Vykořisťování
Po sestavení můžete začít testovat zařízení. Za tímto účelem je na konci trubice nainstalován hořák z lékařské jehly a do ní je nalita voda. Přidejte KOH nebo NaOH do vody. Voda by měla být destilována nebo roztavena jako poslední možnost. Aby zařízení fungovalo, stačí 10% koncentrace alkalického roztoku.
Číst dále: Spojování ouzo a difavtomatů: princip a diagramy
Poté se k elektrodám podle schématu připojí LATR s diodovým můstkem. V obvodu jsou instalovány ampérmetr a voltmetr pro monitorování provozu. Začínají s minimálním napětím a poté se neustále zvyšují a sledují vývoj plynu.
Předpracování se nejlépe provádí venku před domem. Protože instalace je výbušná, měly by být všechny práce prováděny s maximální opatrností.
Během zkoušek sledujte činnost zařízení.Pokud je malý plamen hořáku, může v generátoru docházet buď k nízkému plynování, nebo může někde unikat plyn. Pokud je roztok zakalený, špinavý, musí být vyměněn. Je také nutné zajistit, aby se zařízení nepřehřívalo a aby voda nevařila.
