Hidrogenul este cel mai abundent element chimic din natură, deoarece reprezintă aproximativ 90% din masa totală a tuturor elementelor din univers. În același timp, practic nu apare în forma sa pură. Mai des poate fi găsit în compoziția diferiților compuși chimici. Între timp, poate fi un combustibil excelent ecologic și inofensiv pentru producerea de energie. Astfel, chiar și propria casă poate fi încălzită cu hidrogen. Deosebit de încurajator este faptul că combustibilul cu hidrogen poate fi utilizat dacă transformați un cazan simplu pe gaz într-unul cu hidrogen. Cu toate acestea, principala problemă rămâne: de unde să obțineți hidrogen pur? Nu este disponibil gratuit, nu îl puteți cumpăra. Singura cale de ieșire este un generator de hidrogen acasă. Din fericire, îl puteți asambla singur sau îl puteți cumpăra gata. Rămâne doar să decidem asupra tipului de generator, care diferă în funcție de modul în care se obține hidrogen.
Obținerea hidrogenului pur
Electroliza apei
Hidrogenul poate fi obținut într-o varietate de moduri. Iată doar câteva dintre ele, care sunt cele mai accesibile și comune:
- Electroliza apei. Cel mai eficient mod este temperatura ridicată.
- Reacția chimică a apei și aliajului de aluminiu-galiu.
- Producția de hidrogen în timpul prelucrării la temperaturi ridicate a cărbunelui și lemnului.
- Reciclarea gunoiului și a deșeurilor menajere.
- Eliberarea hidrogenului prin prelucrarea biomasei (gunoi de grajd, fân, alge și alte deșeuri agricole).
Majoritatea metodelor se bazează pe utilizarea temperaturilor ridicate și, din păcate, nu se aplică într-o gospodărie obișnuită. Cu toate acestea, există mai multe modalități de a obține hidrogen acasă.
Hidrogen electrolitic
Cel mai accesibil și mai răspândit mod de a produce hidrogen acasă este prin reacția de electroliză a apei. Un echipament special numit electrolizator este destul de ușor disponibil pe piață. În același timp, printre producători există atât uriași eminenți (de exemplu, Honda), cât și producători mici din China sau din țările CSI. Și dacă în cazul primelor nu există nicio îndoială cu privire la calitatea produselor furnizate atenției, atunci acestea din urmă sunt deseori dezamăgite. În același timp, nu ar trebui să acordați multă atenție publicității lor strălucitoare și promițătoare. Un producător fără scrupule nu trebuie să declare că produsul său este de cea mai înaltă calitate, bun și durabil de pe piață. Cu toate acestea, nu tot ce spune el se va dovedi a fi adevărat. Prețul ar trebui să fie deosebit de alarmant, deoarece generatorul nu poate fi prea ieftin. Ieftinitatea poate indica materiale de calitate slabă utilizate în lucrare sau economii la asamblare. Instalările sunt scumpe dintr-un motiv, dar și din cauza securității. Deoarece hidrogenul este exploziv, scurgerea acestuia poate cauza multe probleme. Furtunuri slabe, un rezervor de stocare cu scurgeri - și atât, este garantată o explozie. Calitatea muncii poate uneori „șchiopăta”, deci este mai bine într-o zi să nu pierdeți timpul și să cheltuiți bani pe echipamente bune.
Un electrolizator bun se mândrește cu calitate, compactitate și ușurință în utilizare. Poate fi instalat în orice colț al camerei și poate folosi apa obișnuită de la robinet ca combustibil pentru a obține râvnitul hidrogen. De obicei, un electrolizator constă dintr-un reformator, celule de combustibil, sistem de purificare, compresor și rezervor de stocare a gazului. Electricitatea provine din sursa de alimentare. Cele mai moderne modele sunt echipate cu panouri solare.Un astfel de echipament va răsplăti cu siguranță rapid datorită costului minim al utilizării sale, chiar ținând seama de cel mai mic cost al unității în sine.
Hidrogenul provenit din deșeurile agricole
Adesea pe internet puteți găsi referințe la instalațiile de biogaz. Scopul muncii lor este că gunoiul de grajd este încărcat în generator, acesta este procesat acolo și metanul este obținut la ieșire. Desigur, nu numai gunoiul de grajd poate fi folosit, ci orice material compostabil. Cu toate acestea, gunoiul de grajd curat este cel mai productiv și accesibil. Biogazul rezultat este apoi conductat la nevoile fermei și este utilizat ca gaz natural obișnuit. Cu toate acestea, această metodă de producere a hidrogenului are câteva dezavantaje:
- Hidrogenul ca atare în acest proces este doar un produs secundar. Pentru a-l separa, este necesară prelucrarea suplimentară a gazului obținut. De regulă, nimeni nu face acest lucru, iar hidrogenul moare în siguranță în brațele flăcării împreună cu metanul.
- Este necesară o aprovizionare continuă cu materii prime. Adică, gunoiul de grajd trebuie să fie furnizat generatorului fără oprire și în cantități mari. Evident, o economie privată obișnuită nu va putea asigura un flux constant de materii prime. Și cumpărarea pe partea laterală nu este profitabilă. Concluzie: această metodă de producere a hidrogenului este potrivită numai pentru fermele relativ mari, care sunt gata să furnizeze astfel de volume. Cu toate acestea, o astfel de instalație nu le va aduce beneficii, decât dacă le va permite să scape de deșeuri cu beneficii pentru economie.
În plus, ponderea hidrogenului la ieșire reprezintă doar 2-12% din hidrogen. Adică, cea mai mare parte a produsului este metan. Pentru a furniza economiei doar hidrogen, va fi necesară o cantitate incredibilă de materii prime și capacități imense de producție. Deci, nu este profitabil nici măcar pentru fermele mari să se concentreze în mod specific asupra eliberării de hidrogen. Ei vor trebui fie să-l ardă împreună cu metan, ceea ce se face în practică, fie să încerce să-l folosească și la fermă. Cu toate acestea, vor fi necesare din nou echipamente suplimentare pentru separarea și stocarea hidrogenului, ceea ce înseamnă costuri suplimentare. Astfel, o instalație de biogaz este de departe cea mai dezavantajoasă metodă de producere a hidrogenului pur.
Diferențe între electroliza convențională și membranele polimerice moderne
Membranele polimerice moderne SPE / PME sunt ele însele un electrolit, deci nu au nevoie de apă care să conțină minerale pentru a conduce curentul și, prin urmare, au un avantaj tehnologic imens, o durată lungă de viață și sunt capabile să producă o concentrație mare de H2 pur.
Datorită rezistenței electrice mai mici între anod și catod din membrana polimerică, există o cădere de tensiune mai mică și o ieșire electrolitică H2 mai eficientă. Creșterea duratei de viață a membranei se datorează faptului că pH-ul apei potabile practic nu se modifică, prin urmare, nu există formarea de depozite minerale pe electrozi.
De ce este important ca dispozitivul să aibă o membrană de schimb de protoni / electrolit polimer solid?
Apa din dispozitiv nu este un electrolit, electroliza are loc în interiorul membranei, apa este saturată doar cu hidrogen pur. Se recomandă apă distilată sau apă cu osmoză inversă. Acest lucru permite membranei să funcționeze mult timp, fără a fi nevoie de spălare.
Există dispozitive care separă hidrogenul și oxigenul în timpul electrolizei, dar fără o membrană de schimb de protoni?
Da, chiar și cele mai vechi dispozitive de electroliză cu tub U produceau hidrogen și oxigen separat. Dar electrolitul din ele este o soluție de săruri în apă și, pe lângă hidrogen și oxigen, vor fi eliberați și alți compuși. Există, de asemenea, dispozitive cu membrană care separă hidrogenul, dar membrana nu este un electrolit solid de polimer.Aceste dispozitive necesită utilizarea apei cu săruri, prin urmare membrana se înfundă și necesită spălări frecvente. Verificați dacă instrumentul poate manipula apa distilată pentru a vedea dacă folosește o membrană SPE / PEM.
Realizarea unui electrolizator cu propriile mâini
Electrolizator DIY
Prețurile pentru echipamentele străine scumpe deseori îi sperie pe proprietarii obișnuiți de ferme mici. Odată arși într-un electrolizator ieftin de o calitate nu foarte ridicată sau chiar hotărând să nu-l riscăm deloc, meșteșugarii se gândesc să-și facă singuri un generator de hidrogen. În general, sarcina este fezabilă, cu condiția să dețineți anumite cunoștințe și abilități.
Pentru a vă crea propriul electrolizator, va trebui să achiziționați toate componentele instalației, care au fost enumerate mai sus. Mai mult, procesul nu se încheie în etapa de extracție a combustibilului. La urma urmei, este încă necesar să separați hidrogenul de oxigen și vaporii de apă, pentru a asigura curentul său constant, acumularea în volumul și alimentarea necesare. Ca rezultat, calculul final va arăta că autoasamblarea nu va costa mult mai puțin decât un generator cumpărat, dar se va cheltui o cantitate incredibilă de efort și timp. Și nu se știe dacă rezultatul obținut va satisface așteptările și va face față sarcinii la îndemână.
Costul hidrogenului
Costul hidrogenului
Tehnologiile de producere a hidrogenului îi afectează costurile. Deci, costul hidrogenului pe 1 kg pe măsură ce crește este:
- 130 de ruble - prin metoda electrolizei la temperaturi ridicate la centralele nucleare;
- 200 de ruble - prin metoda de conversie a hidrocarburilor;
- 320 de ruble - prin metoda reacției chimice (de la o centrală nucleară);
- 350 de ruble - prin extracție din biomasă;
- 420 ruble - prin electroliză;
- 700 de ruble - prin metoda de recuperare a reactivilor.
Astfel, este evident că cea mai ieftină metodă de producere a hidrogenului este prima, prin electroliză la centralele nucleare cu participarea temperaturilor ridicate. Faptul este că temperaturile ridicate la centralele nucleare sunt un efect secundar al producției, nu există costuri suplimentare pentru primirea lor. Cu toate acestea, până în prezent nici una dintre metodele de producere a hidrogenului ca energie combustibilă nu este pe deplin recuperabilă. La urma urmei, chiar dacă cumpărați cea mai ieftină și în același timp eficientă instalare, chiar dacă nu luați în considerare costul ridicat al acesteia, electricitatea este totuși necesară pentru a genera hidrogen. Energia electrică utilizată este generată la stațiile locale și transmisă prin fire. În acest caz, apar pierderi inevitabile de energie.
Laturile negative ale încălzirii clădirilor de tip hidrogen
[sticky-ad id = 13532]
În discuțiile privind fezabilitatea utilizării combustibilului cu hidrogen pentru sistemele de încălzire, scepticii dau argumente importante:
- Cost ridicat: chiar și în cele mai eficiente instalații de electroliză create până în prezent, producerea de hidrogen necesită de 2 ori mai multă energie decât arderea sa ulterioară.
- Pericol de explozie: oamenii erau convinși de capacitatea hidrogenului de a exploda cu ușurință în timpul prăbușirii dirigibilei Hindenburg, al cărei cilindru era umplut doar cu acest gaz.
- Complexitatea procesului pregătitor: obținerea hidrogenului din apă este jumătate din luptă. Pentru o utilizare eficientă în generatoarele de căldură, acesta trebuie alimentat la o presiune stabilă, care necesită un compresor și un rezervor suplimentar cu un reductor. În plus, vaporii de apă vor trebui eliminați, necesitând utilizarea unui dezumidificator.
Este destul de ușor să faci singură o plantă pentru extragerea hidrogenului din apă. Conform caracteristicilor sale, nu va fi mult inferior celui achiziționat, dar va costa mult mai puțin. Să luăm în considerare secvențial etapele creației.
Proiect (desen)
Pentru a fabrica un generator, veți avea nevoie de un recipient închis ermetic, care va fi umplut cu apă înainte de a începe producția de hidrogen.
Electrozii situați în interior vor arăta ca un set de plăci (sunt necesare 16 piese) instalate cu un spațiu de 1 mm.
Pentru a asigura acest lucru, distanțierii din nailon trebuie așezați între plăci (este permis orice alt dielectric).
O distanță de 1 mm este optimă: dacă o măriți, va trebui să măriți puterea curentă; pe măsură ce decalajul scade, va fi dificil să scape bulele de gaz. Plăcile se vor conecta alternativ la anod și catod al sursei de alimentare de 12 volți. În acest caz, acestea trebuie așezate pe o axă, tot din material dielectric.
Când electrozii sunt atașați la suport, va trebui atașat la partea inferioară a capacului carcasei.
Pentru a selecta amestecul de gaze, un tub dintr-un picurător convențional este tăiat în capacul carcasei. În plus, trebuie să fie găsite încă două găuri în ea prin care vor fi trecute firele. După asamblarea unității, toate găurile din capac vor trebui sigilate cu silicon sau lipici.
O componentă importantă a generatorului este etanșarea la apă. Pentru a-l face, veți avea nevoie de un recipient mic (o sticlă obișnuită va face), unde va trebui să turnați apă înainte de a utiliza dispozitivul. În capacul închis ermetic, trebuie să găuriți două găuri: într-una trecem tubul de la generator (acesta trebuie coborât până la fund), iar în al doilea - un alt tub prin care amestecul de gaze va curge către arzător . Deschiderile din capacul garniturii de apă trebuie, de asemenea, sigilate. Apa trebuie turnată în sticlă cu ¾ din volumul său.
Selectarea electrozilor
Materialul din care vor fi realizați electrozii trebuie să aibă o rezistență electrică scăzută și să fie chimic inert față de oxigenul și substanțele prezente în soluție.
Dacă cea de-a doua cerință nu este îndeplinită, va avea loc o reacție chimică cu participarea electrozilor conectați la polul catodic, în urma căruia soluția va deveni saturată cu substanțe străine.
De aceea, cuprul, unul dintre cei mai buni conductori, nu poate fi utilizat în soluție apoasă. Se recomandă utilizarea în schimb a oțelului inoxidabil. Grosimea optimă pentru plăcile de electrozi din acest material este de 2 mm.
Citiți mai multe: ce filtre alegeți pentru purificarea apei
Recipient
Având în vedere riscul de explozie, carcasa generatorului trebuie să fie realizată din material plastic durabil și rezistent la temperaturi ridicate. Oțelul îndeplinește cel mai bine aceste cerințe. Este necesar doar să excludeți complet contactul firelor sau electrozilor cu carcasa, ceea ce va duce la un scurtcircuit.
Îmbogățirea amestecului combustibil-aer cu hidrogen contribuie la reducerea consumului de combustibil. Potrivit unor șoferi, economiile de combustibil pot ajunge până la 30%.
Dispozitivul descris în secțiunea anterioară este luat ca bază pentru un generator de hidrogen pentru automobile. Diferența constă în absența unei etanșări hidraulice (hidrogenul rezultat este trimis imediat la galeria de admisie) și prezența unei unități de control. Acesta din urmă va regla curentul dintre electrozi în funcție de turația motorului.
Auto-producția unei astfel de unități este posibilă numai pentru cei care cunosc fluent electronica radio, așa că vă recomandăm să folosiți opțiunea achiziționată. Mai mult, unitățile prefabricate preiau toate lucrările privind reglarea performanței generatorului de hidrogen fără a necesita participarea utilizatorului.
Elemente de sistem pentru un generator auto
Tot ce va fi necesar este să selectați manual puterea curentă (optimă) pentru modurile „de mers în gol” și „încărcare maximă” pentru prima dată, iar apoi unitatea de control va varia ea însăși performanța instalației în limite specificate.
Toate conexiunile trebuie sigilate foarte atent: scurgerea de hidrogen poate duce la incendiu.
Cel mai bine este să verificați etanșeitatea structurii cu spumă cu săpun: scurgerile, dacă există, se vor manifesta ca bule care apar constant și cresc.
Corpul unui generator de hidrogen pentru automobile poate fi realizat dintr-un filtru de robinet, care este destul de durabil. Volumul său este mic și, astfel încât instalația să nu fie reumplută prea des, poate fi echipată suplimentar cu un rezervor pentru stocarea unui stoc de soluție. Este conectat la containerul de lucru prin două conducte.
Dispozitivul auto-fabricat reprezintă schematic un recipient cu apă, unde sunt așezați electrozi pentru a converti apa în hidrogen și oxigen.
Pentru a realiza un astfel de dispozitiv cu propriile mâini, veți avea nevoie de:
- Foaie de oțel inoxidabil de 0,5-0,7 mm grosime. Marca din oțel inoxidabil 12X18H10T este potrivită.
- Plăci de plexiglas.
- Țevi de cauciuc pentru alimentarea cu apă și evacuarea gazului.
- Foaie de cauciuc rezistentă la benzină-ulei, grosime 3 mm.
- Sursă de tensiune - LATR cu o punte diodă pentru a obține curent continuu. Ar trebui să furnizeze 5-8 amperi de curent.
În primul rând, plăcile inoxidabile sunt tăiate în dreptunghiuri 200x200mm. Colțurile de pe plăci trebuie tăiate pentru a strânge apoi întreaga structură cu șuruburi. În fiecare placă forăm o gaură cu un diametru de 5 mm, la o distanță de 3 cm de fundul plăcilor, pentru circulația apei. De asemenea, un fir este lipit pe fiecare placă pentru a se conecta la o sursă de alimentare.
Înainte de asamblare, inelele cu un diametru exterior de 200 mm și un diametru interior de 190 mm sunt realizate din cauciuc. De asemenea, trebuie să pregătiți două plăci de plexiglas cu o grosime de 2 cm și dimensiuni de 200 × 200 mm, în timp ce trebuie mai întâi să faceți găuri în ele pe cele patru laturi pentru strângerea șuruburilor M8.
Generator de hidrogen DIY
Pentru a împiedica pătrunderea gazului înapoi în generatorul de gaz, este necesar să se facă o etanșare de apă pe drumul de la generator la arzător, sau chiar mai bine, două supape.
Proiectarea obturatorului este un recipient cu apă, în care tubul este coborât în apă din partea generatorului, iar tubul care merge la arzător este deasupra nivelului apei. O schemă a unui generator de hidrogen cu porți este prezentată în figura de mai jos.
Circuit generator de hidrogen cu porți de apă
Într-un electrolizator - un recipient sigilat cu apă cu electrozi coborâți, când se aplică tensiune, gazul începe să evolueze. Prin tubul 1, acesta este alimentat la poarta 1. Proiectarea garniturii de apă este aranjată în așa fel, după cum se poate vedea din figură, încât gazul să se poată deplasa doar în direcția de la electrolizor la arzător și nu invers.
Acest lucru este împiedicat de densitatea diferită a apei, care trebuie depășită la întoarcere. Mai departe de-a lungul conductei 2, gazul se deplasează la poarta 2, care este destinată unei mai mari fiabilități a sistemului: dacă dintr-o dată, dintr-un anumit motiv, prima poartă nu funcționează. Gazul este apoi alimentat către arzător prin tubul 3. Garniturile de apă sunt o parte foarte importantă a dispozitivului, deoarece împiedică curgerea gazului în direcția opusă.
Dacă gazul revine în electrolizator, dispozitivul poate exploda. Prin urmare, în niciun caz nu trebuie utilizat dispozitivul fără sigilii de apă!
Generatorul de sudură este în prezent singura aplicație practică pentru divizarea electrolitică a apei. Nu este practic să-l folosiți pentru încălzirea casei și iată de ce. Costurile de energie în timpul lucrului cu flacără de gaz nu sunt atât de importante, principalul lucru este că sudorul nu trebuie să transporte cilindri grei și lăutați cu furtunuri. Încălzirea locuinței este o altă problemă, în care contează fiecare bănuț. Și aici hidrogenul pierde pentru toate tipurile de combustibili existente în prezent.
Generatoarele de sudare în serie costă foarte mulți bani, deoarece folosesc catalizatori pentru procesul de electroliză, care includ platină. Puteți realiza un generator de hidrogen cu propriile mâini, dar eficiența acestuia va fi chiar mai mică decât cea a fabricii. Cu siguranță veți reuși să obțineți gaz combustibil, dar este puțin probabil că va fi suficient să încălziți cel puțin o cameră mare, darămite toată casa.Și dacă este suficient, va trebui să plătiți facturi de electricitate fabuloase.
Există vreun beneficiu
Este profitabil?
Există o concepție greșită că încălzirea unei case cu combustibil cu hidrogen costă aproape un bănuț. De fapt, această idee este răspândită de producătorii de electrolizere și alte instalații de producere a hidrogenului. Într-un cuvânt, cei care beneficiază de o astfel de opinie. Ei spun că trebuie să cheltuiți bani doar pentru achiziționarea acestei minunate mașini o singură dată și să vă trăiți mai departe fericiți și fără griji. Cu toate acestea, chiar este așa?
Trebuie doar să ne gândim un minut pentru a înțelege că în realitate lucrurile nu sunt atât de roz. În primul rând, instalarea în sine este foarte scumpă. Chiar dacă asamblați singur unitatea, costul componentelor nu va fi atât de ieftin. Adică, costurile inițiale sunt foarte mari, iar perspectivele de recuperare sunt vagi. În al doilea rând, pentru funcționarea electrolizatorului este nevoie de apă de la robinet, care, de asemenea, nu este gratuită. Și în al treilea rând, este necesar să se ia în considerare costul energiei electrice în cazul în care generatorul nu funcționează pe panouri solare.
Astfel, practic nu există beneficii în utilizarea hidrogenului ca combustibil pentru nevoile gospodăriei. Poate că abia după un deceniu sau doi, când tehnologiile devin mai avansate, utilizarea combustibilului cu hidrogen va fi mai profitabilă decât sursele alternative existente în prezent. Cu toate acestea, până acum această metodă este de aproape 4 ori mai scumpă. Și acest lucru nu ține cont de cele mai mari tarife pentru electricitate și apă. Chiar dacă luăm valorile medii și minime pentru Rusia și țările CSI, costul combustibilului rezultat este nerezonabil de mare. Prin urmare, utilizarea acestei metode de încălzire a casei dvs. va atrage doar apărătorii înfocați ai naturii, deoarece plantele cu hidrogen sunt absolut ecologice.
ai grija
ai grija
După instalarea generatorului, precum și în timpul, nu trebuie să uitați de măsurile de siguranță. Hidrogenul este un gaz inodor, inflamabil, exploziv, deci scurgerea acestuia este extrem de periculoasă. Pentru a evita acest lucru, este necesar să verificați cu atenție toate componentele electrolizatorului pentru scurgeri: tuburi, pompă, rezervor. Acest lucru este valabil mai ales pentru dispozitivele de auto-asamblare. Sunt cei mai periculoși. În plus, nu se știe cât de mult vor furniza combustibil de înaltă calitate. Desigur, probabilitatea căsătoriei poate fi mare pentru modelele achiziționate, în special pentru producătorii necunoscuți sau neverificați. Prin urmare, este întotdeauna mai bine să acordați preferință unui producător mai scump, dar și mai fiabil al acestui echipament. Sună ca o reclamă, dar faptul rămâne: trebuie să plătești suplimentar pentru calitate. Deși regula nu funcționează întotdeauna că cu cât este mai scumpă cu atât mai bine. Este ideal dacă cumpărătorul, făcând alegerea sa, se bazează pe cunoștințe în acest domeniu. Și, cel mai important, aveți încredere, dar verificați. La urma urmei, chiar și cel mai faimos brand poate produce o căsătorie.
Exploatare
După asamblare, puteți începe testarea dispozitivului. Pentru a face acest lucru, un arzător dintr-un ac medical este instalat la capătul tubului și apă este turnată în el. Adăugați KOH sau NaOH în apă. Apa trebuie distilată sau topită în ultimă instanță. O concentrație de 10% dintr-o soluție alcalină este suficientă pentru ca dispozitivul să funcționeze.
Citiți mai multe: Conectarea ouzo și difavtomate: principiu și diagrame
După aceea, un LATR cu o punte diodă este conectat la electrozi conform schemei. Un ampermetru și un voltmetru sunt instalate în circuit pentru a monitoriza funcționarea. Acestea încep cu tensiunea minimă și apoi cresc în mod constant, observând evoluția gazelor.
Pre-munca se face cel mai bine în aer liber în afara casei. Deoarece instalația este explozivă, toate lucrările trebuie efectuate cu precauție extremă.
În timpul testelor, respectați funcționarea dispozitivului.Dacă există o flacără mică a arzătorului, atunci poate exista fie un gaz scăzut în generator, fie poate exista o scurgere de gaz undeva. Dacă soluția devine tulbure, murdară, trebuie înlocuită. De asemenea, este necesar să vă asigurați că dispozitivul nu se supraîncălzește și că apa nu fierbe.
