Il nuovo metodo di elettrolisi produce 4 volte più idrogeno

L'idrogeno è l'elemento chimico più abbondante in natura, poiché costituisce circa il 90% della massa totale di tutti gli elementi nell'universo. Allo stesso tempo, praticamente non si presenta nella sua forma pura. Più spesso può essere trovato nella composizione di vari composti chimici. Nel frattempo, può essere un ottimo carburante ecologico e innocuo per la produzione di energia. Pertanto, anche la tua casa può essere riscaldata con l'idrogeno. Particolarmente incoraggiante è il fatto che il combustibile a idrogeno può essere utilizzato se si converte una semplice caldaia a gas in una caldaia a idrogeno. Tuttavia, il problema principale rimane: dove trovare l'idrogeno puro? Non è disponibile gratuitamente, non è possibile acquistarlo. L'unica via d'uscita è un generatore di idrogeno domestico. Fortunatamente, puoi assemblarlo da solo o acquistarlo già pronto. Resta solo da decidere sul tipo di generatore, che differiscono a seconda di come si ottiene l'idrogeno.

Ottenere idrogeno puro

Elettrolisi dell'acqua
L'idrogeno può essere ottenuto in vari modi. Eccone solo alcuni, i più accessibili e comuni:

• Elettrolisi dell'acqua. Il modo più efficace è l'alta temperatura.
• Reazione chimica dell'acqua e della lega alluminio-gallio.
• Produzione di idrogeno durante la lavorazione ad alta temperatura di carbone e legno.
• Riciclaggio dei rifiuti domestici e dei rifiuti.
• Il rilascio di idrogeno attraverso la lavorazione di biomasse (letame, fieno, alghe e altri rifiuti agricoli).

La maggior parte dei metodi si basa sull'uso di alte temperature e, sfortunatamente, non sono applicabili in una normale famiglia. Tuttavia, ci sono diversi modi per ottenere l'idrogeno a casa.

Idrogeno elettrolitico

Il modo più economico e più diffuso per produrre idrogeno a casa è attraverso la reazione di elettrolisi dell'acqua. Un'attrezzatura speciale chiamata elettrolizzatore è abbastanza prontamente disponibile sul mercato. Allo stesso tempo, tra i produttori ci sono sia giganti eminenti (ad esempio Honda) che piccoli produttori cinesi o dei paesi della CSI. E se nel caso dei primi non ci sono dubbi sulla qualità dei prodotti forniti all'attenzione, i secondi sono spesso delusi. Allo stesso tempo, non dovresti prestare molta attenzione alla loro pubblicità brillante e promettente. Un produttore senza scrupoli non ha bisogno di dichiarare che il suo prodotto è della massima qualità, buono e durevole sul mercato. Tuttavia, non tutto ciò che dice si rivelerà vero. Il prezzo dovrebbe essere particolarmente allarmante, poiché il generatore non può essere troppo economico. L'economicità può indicare materiali di scarsa qualità utilizzati nel lavoro o risparmi nell'assemblaggio. Le installazioni sono costose per un motivo, ma anche per motivi di sicurezza. Poiché l'idrogeno è esplosivo, la sua fuoriuscita può causare molti problemi. Tubi flessibili scadenti, un serbatoio di stoccaggio che perde - e basta, un'esplosione è garantita. La qualità della lavorazione può a volte "scadere", quindi è meglio un giorno non impegnarsi e spendere soldi per una buona attrezzatura.

Un buon elettrolizzatore vanta qualità, compattezza e facilità d'uso. Può essere installato in qualsiasi angolo della stanza e utilizzare la normale acqua del rubinetto come combustibile per ottenere l'ambito idrogeno. Tipicamente, un elettrolizzatore è costituito da un reformer, celle a combustibile, sistema di purificazione, compressore e serbatoio di stoccaggio del gas. L'elettricità proviene dall'alimentazione. I modelli più moderni sono dotati di pannelli solari a tutti.Tali apparecchiature saranno sicuramente ripagate rapidamente a causa del costo minimo del suo utilizzo, anche tenendo conto del costo non minimo dell'unità stessa.

Idrogeno da rifiuti agricoli

Spesso su Internet è possibile trovare riferimenti agli impianti di biogas. Il punto del loro lavoro è che il letame viene caricato nel generatore, viene lavorato lì e il metano viene ottenuto in uscita. Naturalmente, non solo il letame può essere utilizzato, ma qualsiasi materiale compostabile. Tuttavia, il letame pulito è il più produttivo ed economico. Il biogas risultante viene quindi convogliato al fabbisogno dell'azienda agricola e viene utilizzato come normale gas naturale. Tuttavia, questo metodo per produrre idrogeno presenta un paio di svantaggi:

• L'idrogeno in quanto tale in questo processo è solo un sottoprodotto. Per separarlo, è necessaria un'ulteriore elaborazione del gas ottenuto. Di regola, nessuno lo fa e l'idrogeno muore in sicurezza tra le braccia della fiamma insieme al metano.
• È richiesta una fornitura continua di materie prime. Cioè, il letame deve essere fornito al generatore senza interruzioni e in grandi quantità. Ovviamente, una normale economia privata non sarà in grado di fornire un flusso costante di materie prime. E acquistarlo sul lato non è redditizio. Conclusione: questo metodo di produzione di idrogeno è adatto solo per aziende agricole relativamente grandi pronte a fornire tali volumi. Tuttavia, tale installazione non porterà loro vantaggi, a meno che non consentirà loro di eliminare i rifiuti a vantaggio dell'economia.

Inoltre, la quota di idrogeno all'uscita rappresenta solo il 2-12% dell'idrogeno. Cioè, la maggior parte del prodotto è il metano. Per fornire all'economia solo idrogeno, saranno necessarie un'incredibile quantità di materie prime e enormi capacità di produzione. Quindi non è redditizio nemmeno per le grandi aziende agricole concentrarsi specificamente sul rilascio di idrogeno. Dovranno bruciarlo insieme al metano, che viene fatto in pratica, o provare a usarlo anche in azienda. Tuttavia, saranno nuovamente necessarie apparecchiature aggiuntive per separare e immagazzinare l'idrogeno, il che significa costi aggiuntivi. Pertanto, un impianto di biogas è di gran lunga il metodo più svantaggioso per la produzione di idrogeno puro.

Differenze tra l'elettrolisi convenzionale e le moderne membrane polimeriche

Le moderne membrane polimeriche SPE / PME sono esse stesse un elettrolita, quindi non hanno bisogno di acqua contenente minerali per condurre la corrente, e quindi hanno un enorme vantaggio tecnologico, una lunga durata e sono in grado di produrre alte concentrazioni di H2 puro.

A causa della minore resistenza elettrica tra l'anodo e il catodo nella membrana polimerica, vi è una minore caduta di tensione e un'uscita elettrolitica H2 più efficiente. L'aumento della durata della membrana è dovuto al fatto che il pH dell'acqua potabile praticamente non cambia, quindi non si formano depositi minerali sugli elettrodi.
Perché è importante che il dispositivo abbia una membrana a scambio protonico / un elettrolita polimerico solido?
L'acqua nel dispositivo non è un elettrolita, l'elettrolisi avviene all'interno della membrana, l'acqua è satura solo di idrogeno puro. Si consiglia acqua distillata o acqua ad osmosi inversa. Ciò consente alla membrana di funzionare a lungo, senza necessità di risciacquo.
Esistono dispositivi che separano l'idrogeno e l'ossigeno durante l'elettrolisi, ma senza una membrana a scambio protonico?
Sì, anche i primi dispositivi di elettrolisi a tubo a U producevano idrogeno e ossigeno separatamente. Ma l'elettrolita in essi contenuto è una soluzione di sali in acqua e, oltre all'idrogeno e all'ossigeno, verranno rilasciati altri composti. Esistono anche dispositivi con una membrana che separa l'idrogeno, ma la membrana non è un elettrolita polimerico solido.Questi dispositivi richiedono l'utilizzo di acqua con sali, pertanto la membrana si intasa e necessita di frequenti risciacqui. Verificare se lo strumento è in grado di gestire acqua distillata per vedere se utilizza una membrana SPE / PEM.

Fare un elettrolizzatore con le tue mani

Elettrolizzatore fai da te
I prezzi per le costose attrezzature straniere spesso spaventano i proprietari ordinari di piccole fattorie. Una volta bruciati in un elettrolizzatore economico e di qualità non molto elevata, o addirittura decidendo di non rischiare affatto, gli artigiani pensano di realizzare da soli un generatore di idrogeno domestico. In generale, il compito è fattibile, soggetto al possesso di determinate conoscenze e abilità.

Per creare il tuo elettrolizzatore, dovrai acquistare tutti i componenti dell'installazione, che sono stati elencati sopra. Inoltre, il processo non si conclude nella fase di estrazione del carburante. Dopotutto, è ancora necessario separare l'idrogeno dall'ossigeno e dal vapore acqueo, per garantire la sua corrente costante, l'accumulo nel volume e l'alimentazione richiesti. Di conseguenza, il calcolo finale mostrerà che l'autoassemblaggio non costerà molto meno di un generatore acquistato, ma verrà spesa un'incredibile quantità di impegno e tempo. E non è noto se il risultato ottenuto soddisferà le aspettative e farà fronte al compito a portata di mano.

Costo dell'idrogeno

Costo dell'idrogeno
Le tecnologie di produzione dell'idrogeno influiscono sul suo costo. Quindi, il costo dell'idrogeno per 1 kg man mano che aumenta è:

• 130 rubli - con il metodo dell'elettrolisi ad alta temperatura nelle centrali nucleari;
• 200 rubli - con il metodo di conversione degli idrocarburi;
• 320 rubli - con il metodo di reazione chimica (da una centrale nucleare);
• 350 rubli - mediante estrazione dalla biomassa;
• 420 rubli - mediante elettrolisi;
• 700 rubli - con il metodo di recupero dei reagenti.

Pertanto, è ovvio che il metodo più economico per produrre idrogeno è il primo, mediante elettrolisi nelle centrali nucleari con la partecipazione di alte temperature. Il fatto è che le alte temperature nelle centrali nucleari sono un effetto collaterale della produzione, non ci sono costi aggiuntivi per il loro ricevimento. Tuttavia, finora nessuno dei metodi per produrre idrogeno come energia combustibile è completamente recuperabile. Dopotutto, anche se si acquista l'impianto più economico e allo stesso tempo efficiente, anche se non si tiene conto del suo costo elevato, l'elettricità è comunque necessaria per generare idrogeno. L'elettricità utilizzata è generata nelle stazioni locali e trasmessa tramite fili. In questo caso si verificano inevitabili perdite di energia.

Lati negativi del riscaldamento degli edifici a idrogeno

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Nelle discussioni sulla fattibilità dell'uso del combustibile a idrogeno per i sistemi di riscaldamento, gli scettici forniscono argomenti pesanti:

1. Costo elevato: anche negli impianti di elettrolisi più efficienti realizzati fino ad oggi, la produzione di idrogeno richiede 2 volte più energia della sua successiva combustione.
2. Pericolo di esplosione: le persone erano convinte della capacità dell'idrogeno di esplodere facilmente durante lo schianto dell'aeronave Hindenburg, la cui bombola era riempita proprio con questo gas.
3. La complessità del processo preparatorio: ottenere idrogeno dall'acqua è metà della battaglia. Per un uso efficiente nei generatori di calore, deve essere alimentato a una pressione stabile, che richiederà un compressore e un serbatoio aggiuntivo con un riduttore. Inoltre, il vapore acqueo dovrà essere smaltito, richiedendo l'uso di un deumidificatore.

È abbastanza facile realizzare da soli un impianto per l'estrazione dell'idrogeno dall'acqua. Secondo le sue caratteristiche, non sarà molto inferiore a quello acquistato, ma costerà molto meno. Consideriamo in sequenza le fasi della creazione.

Progetto (disegno)

Per produrre un generatore, avrai bisogno di un contenitore ermeticamente chiuso, che sarà riempito d'acqua prima che inizi la produzione di idrogeno.

Gli elettrodi situati all'interno appariranno come un set di piastre (sono necessari 16 pezzi) installate con uno spazio di 1 mm.

Per garantire ciò, è necessario posizionare distanziatori in nylon tra le piastre (è consentito qualsiasi altro dielettrico).

Una distanza di 1 mm è ottimale: se la aumentate, dovrete aumentare la forza attuale; man mano che il divario diminuisce, sarà difficile che le bolle di gas fuoriescano. Le piastre si collegheranno alternativamente all'anodo e al catodo dell'alimentatore a 12 volt. In questo caso vanno montati su un asse, anch'esso in materiale dielettrico.

Quando gli elettrodi sono collegati al supporto, sarà necessario fissarli alla parte inferiore del coperchio della custodia.

Per selezionare la miscela di gas, un tubo da un contagocce convenzionale viene tagliato nel coperchio dell'alloggiamento. Inoltre, devono essere praticati altri due fori attraverso i quali verranno fatti passare i fili. Dopo aver assemblato l'unità, tutti i fori nel coperchio dovranno essere sigillati con silicone o colla.

Un componente importante del generatore è un sigillo d'acqua. Per farlo, avrai bisogno di un piccolo contenitore (andrà bene una normale bottiglia), dove dovrai versare acqua prima di utilizzare il dispositivo. Nel coperchio ermeticamente sigillato, è necessario praticare due fori: in uno passiamo il tubo dal generatore (deve essere abbassato fino in fondo), e nel secondo - un altro tubo attraverso il quale la miscela di gas fluirà al bruciatore . Anche le aperture nel coperchio della tenuta idraulica devono essere sigillate. L'acqua dovrebbe essere versata nella bottiglia per ¾ del suo volume.

Selezione degli elettrodi

Il materiale da cui saranno realizzati gli elettrodi dovrà avere una bassa resistenza elettrica ed essere chimicamente inerte rispetto all'ossigeno e alle sostanze presenti nella soluzione.

Se il secondo requisito non viene soddisfatto, si verificherà una reazione chimica con la partecipazione di elettrodi collegati al polo catodico, a seguito della quale la soluzione si saturerà di sostanze estranee.

Ecco perché il rame, uno dei migliori conduttori, non può essere utilizzato in soluzione acquosa. Si consiglia invece di utilizzare acciaio inossidabile. Lo spessore ottimale per le piastre degli elettrodi in questo materiale è di 2 mm.

Per saperne di più: quali filtri scegliere per la purificazione dell'acqua

Contenitore

Considerando il rischio di esplosione, l'alloggiamento del generatore deve essere realizzato in materiale plastico durevole e resistente alle alte temperature. L'acciaio soddisfa questi requisiti meglio di tutti. È solo necessario escludere completamente il contatto di fili o elettrodi con la custodia, il che provocherà un cortocircuito.

L'arricchimento della miscela aria-carburante con l'idrogeno aiuta a ridurre il consumo di carburante. Secondo alcuni automobilisti, il risparmio di carburante può arrivare fino al 30%.

Il dispositivo descritto nella sezione precedente è preso come base per un generatore di idrogeno per automobili. La differenza sta nell'assenza di una tenuta idraulica (l'idrogeno che ne deriva viene immediatamente inviato al collettore di aspirazione) e nella presenza di una centralina. Quest'ultimo regolerà la corrente tra gli elettrodi a seconda della velocità del motore.

L'autoproduzione di tale unità è possibile solo per coloro che conoscono bene l'elettronica della radio, quindi si consiglia di utilizzare l'opzione acquistata. Inoltre, le unità prefabbricate assumono tutto il lavoro di regolazione delle prestazioni del generatore di idrogeno senza richiedere l'intervento dell'utente.

Elementi di sistema per un generatore di auto

Sarà sufficiente selezionare manualmente per la prima volta il valore dell'intensità di corrente (ottimale) per le modalità "inattivo" e "carico massimo", dopodiché la centralina stessa varierà le prestazioni dell'installazione all'interno del limiti specificati.

Tutti i collegamenti devono essere sigillati con molta attenzione: la fuoriuscita di idrogeno può provocare un incendio.

È meglio controllare la tenuta della struttura con schiuma saponosa: eventuali perdite si manifesteranno con bolle che appaiono e crescono costantemente.

Il corpo di un generatore di idrogeno per automobili può essere costituito da un filtro di rubinetto, che è abbastanza resistente. Il suo volume è piccolo e in modo che l'impianto non debba essere riempito troppo spesso, può essere inoltre dotato di un serbatoio per lo stoccaggio di una scorta di soluzione. È collegato al contenitore di lavoro tramite due tubi.

Il dispositivo autocostruito rappresenta schematicamente un contenitore con acqua, dove vengono posizionati elettrodi per convertire l'acqua in idrogeno e ossigeno.

Per realizzare un dispositivo del genere con le tue mani, avrai bisogno di:

1. Lamiera di acciaio inossidabile di spessore 0,5-0,7 mm. Il marchio in acciaio inossidabile 12X18H10T è adatto.
2. Targhe in plexiglas.
3. Tubi in gomma per alimentazione acqua e scarico gas.
4. Fogli di gomma resistente all'olio di benzina di 3 mm di spessore.
5. Sorgente di tensione - LATR con un ponte a diodi per ottenere corrente continua. Dovrebbe fornire 5-8 amp di corrente.

Per prima cosa, le piastre in acciaio inossidabile vengono tagliate in rettangoli 200x200 mm. Gli angoli delle piastre devono essere tagliati per poi serrare l'intera struttura con bulloni. In ogni piastra praticiamo un foro con un diametro di 5 mm, a una distanza di 3 cm dal fondo delle piastre, per la circolazione dell'acqua. Inoltre, un filo è saldato a ciascuna piastra per il collegamento a una fonte di alimentazione.

Prima dell'assemblaggio, gli anelli sono realizzati in gomma con un diametro esterno di 200 mm e un diametro interno di 190 mm. Occorre inoltre predisporre due lastre in plexiglass dello spessore di 2 cm e delle dimensioni di 200 × 200 mm, mentre occorre prima forarle sui quattro lati per il serraggio dei bulloni M8.

Generatore di idrogeno fai da te

Per evitare che il gas ritorni nel generatore di gas, nel percorso dal generatore al bruciatore è necessario realizzare una tenuta d'acqua, o meglio, due valvole.

Il design dell'otturatore è un contenitore con acqua, in cui il tubo viene abbassato nell'acqua dal lato del generatore e il tubo che va al bruciatore è sopra il livello dell'acqua. La figura seguente mostra uno schema di un generatore di idrogeno con gate.

Circuito generatore di idrogeno con porte d'acqua

In un elettrolizzatore - un contenitore sigillato con acqua con elettrodi abbassati, quando viene applicata la tensione, il gas inizia a evolversi. Attraverso il tubo 1 viene alimentato al gate 1. Il design della tenuta idraulica è disposto in modo tale, come si può vedere dalla figura, che il gas possa muoversi solo nella direzione dall'elettrolizzatore al bruciatore, e non viceversa.

Ciò è ostacolato dalla diversa densità dell'acqua, che deve essere superata al ritorno. Più avanti lungo il tubo 2, il gas si sposta verso il cancello 2, che è progettato per una maggiore affidabilità del sistema: se, per qualche motivo, il primo cancello non funziona. Successivamente, il gas viene fornito al bruciatore tramite il tubo 3. Le guarnizioni idrauliche sono una parte molto importante del dispositivo, in quanto impediscono al gas di fluire nella direzione opposta.

Se il gas torna nell'elettrolizzatore, il dispositivo potrebbe esplodere. Pertanto, in nessun caso il dispositivo deve essere azionato senza guarnizioni idrauliche!

Il generatore di saldatura è attualmente l'unica applicazione pratica per la divisione elettrolitica dell'acqua. Non è pratico usarlo per riscaldare la casa ed ecco perché. I costi energetici durante il lavoro con fiamma a gas non sono così importanti, l'importante è che il saldatore non ha bisogno di trasportare bombole pesanti e armeggiare con i tubi. Riscaldare la casa è un'altra cosa, dove ogni centesimo conta. E qui l'idrogeno perde a tutti i tipi di carburante attualmente esistenti.

I generatori di saldatura in serie costano molto perché utilizzano catalizzatori per il processo di elettrolisi, che include il platino. Puoi realizzare un generatore di idrogeno con le tue mani, ma la sua efficienza sarà persino inferiore a quella di una fabbrica. Riuscirai sicuramente ad ottenere gas combustibile, ma è improbabile che sia sufficiente per riscaldare almeno una grande stanza, figuriamoci l'intera casa.E se questo è abbastanza, dovrai pagare favolose bollette dell'elettricità.

C'è un vantaggio

È redditizio?
C'è un'idea sbagliata che riscaldare una casa con il combustibile a idrogeno costi un centesimo. In effetti, questa idea viene diffusa dai produttori di elettrolizzatori e altri impianti di produzione di idrogeno. In una parola, coloro che beneficiano di tale opinione. Dicono che devi spendere solo una volta per l'acquisto di questa meravigliosa macchina e vivere la tua vita più felice e spensierata. Tuttavia, è davvero così?

Basta pensare un minuto per capire che in realtà le cose non sono così rosee. Innanzitutto, l'installazione stessa è molto costosa. Anche se assembli l'unità da solo, il costo dei componenti non sarà così economico. Cioè, i costi iniziali sono molto alti e le prospettive di recupero sono vaghe. In secondo luogo, per il funzionamento dell'elettrolizzatore è necessaria l'acqua del rubinetto, anch'essa non gratuita. E in terzo luogo, è necessario considerare il costo dell'elettricità nel caso in cui il generatore non funzioni con pannelli solari.

Pertanto, non ci sono praticamente vantaggi nell'usare l'idrogeno come combustibile per le necessità domestiche. Forse, solo dopo un decennio o due, quando le tecnologie diventeranno più avanzate, l'uso del combustibile a idrogeno sarà più redditizio delle fonti alternative attualmente esistenti. Tuttavia, finora questo metodo è quasi 4 volte più costoso. E questo non tiene conto delle tariffe più alte per l'elettricità e l'acqua. Anche se prendiamo i valori medi e minimi per la Russia e i paesi della CSI, il costo del carburante risultante è irragionevolmente alto. Pertanto, l'uso di questo metodo per riscaldare la tua casa piacerà solo agli ardenti difensori della natura, perché le piante a idrogeno sono assolutamente rispettose dell'ambiente.

stai attento

stai attento
Dopo aver installato il generatore, così come durante, non bisogna dimenticare le precauzioni di sicurezza. L'idrogeno è un gas inodore, infiammabile ed esplosivo, quindi la sua fuoriuscita è estremamente pericolosa. Per evitare ciò, è necessario controllare attentamente tutti i componenti dell'elettrolizzatore per rilevare eventuali perdite: tubi, pompa, serbatoio. Ciò è particolarmente vero per i dispositivi di autoassemblaggio. Sono i più pericolosi. Inoltre, non è noto quale carburante di alta qualità finiranno per fornire. Naturalmente, la probabilità di matrimonio può essere alta per i modelli acquistati, in particolare per i produttori sconosciuti o non verificati. Pertanto, è sempre meglio dare la preferenza a un produttore più costoso ma anche più affidabile di questa apparecchiatura. Sembra una pubblicità, ma resta il fatto: devi pagare un extra per la qualità. Anche se non sempre funziona la regola che più è costoso, meglio è. È l'ideale se l'acquirente, facendo la sua scelta, si affida alla conoscenza in questo settore. E, soprattutto, fidati, ma verifica. Dopotutto, anche il marchio più famoso può produrre un matrimonio.

Sfruttamento

Dopo l'assemblaggio, puoi iniziare a testare il dispositivo. Per fare ciò, un bruciatore da un ago medico viene installato all'estremità del tubo e viene versata acqua al suo interno. Aggiungi KOH o NaOH all'acqua. L'acqua dovrebbe essere distillata o sciolta come ultima risorsa. Una concentrazione del 10% di una soluzione alcalina è sufficiente per il funzionamento del dispositivo.

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Successivamente, un LATR con un ponte a diodi è collegato agli elettrodi secondo lo schema. Un amperometro e un voltmetro sono installati nel circuito per monitorare il funzionamento. Partono dalla tensione minima per poi aumentare costantemente, osservando l'evoluzione del gas.

Il lavoro preliminare è meglio farlo all'aperto, fuori casa. Poiché l'installazione è esplosiva, tutti i lavori devono essere eseguiti con estrema cautela.

Durante i test, osservare il funzionamento del dispositivo.Se è presente una piccola fiamma nel bruciatore, potrebbe esserci una bassa emissione di gas nel generatore o potrebbe esserci una perdita di gas da qualche parte. Se la soluzione diventa torbida, sporca, deve essere sostituita. È inoltre necessario assicurarsi che il dispositivo non si surriscaldi e che l'acqua non bolle.