Nárůst cen energetických zdrojů stimuluje hledání účinnějších a levnějších druhů paliv, a to i na úrovni domácností. Většina nadšených řemeslníků přitahuje vodík, jehož výhřevnost je třikrát vyšší než u metanu (38,8 kW oproti 13,8 s 1 kg látky). Zdá se, že metoda extrakce doma je známa - štěpení vody elektrolýzou. Ve skutečnosti je tento problém mnohem komplikovanější. Náš článek má 2 cíle:
- analyzovat otázku, jak vyrobit vodíkový generátor s minimálními náklady;
- zvážit použití generátoru vodíku pro vytápění soukromého domu, tankování automobilu a jako svařovací stroj.
Stručná teoretická část
Vodík, neboli vodík, první prvek periodické tabulky, je nejlehčí plynná látka s vysokou chemickou aktivitou. Během oxidace (tj. Spalování) emituje obrovské množství tepla a vytváří obyčejnou vodu. Charakterizujeme vlastnosti prvku a navrhujeme je ve formě diplomových prací:
- Spalování vodíku je proces šetrný k životnímu prostředí, žádné škodlivé látky se neuvolňují.
- Vzhledem ke své chemické aktivitě na Zemi nedochází k volnému plynu. Ale ve složení vody jsou její rezervy nevyčerpatelné.
- Tento prvek se těží v průmyslové výrobě chemickou metodou, například v procesu zplyňování (pyrolýzy) uhlí. Často vedlejší produkt.
- Dalším způsobem, jak získat plynný vodík, je elektrolýza vody v přítomnosti katalyzátorů - platiny a dalších drahých slitin.
- Jednoduchá směs plynů vodík + kyslík (kyslík) exploduje z nejmenší jiskry a okamžitě uvolní velké množství energie.
Pro referenci. Vědci, kteří nejprve rozdělili molekulu vody na vodík a kyslík, nazývali směsí výbušný plyn kvůli své tendenci k explozi. Následně dostal název Brownův plyn (podle jména vynálezce) a stal se označen hypotetickým vzorcem nevládních organizací.
Z výše uvedeného vyplývá, že následující závěr se sám navrhuje: 2 atomy vodíku se snadno kombinují s 1 atomem kyslíku, ale velmi se zdráhají rozdělit. Chemická oxidační reakce probíhá přímým uvolňováním tepelné energie podle vzorce:
2H2 + O2 → 2H2O + Q (energie)
Zde leží důležitý bod, který bude pro nás užitečný v další analýze letů: vodík vstupuje do reakce spontánně ze vznícení a teplo se uvolňuje přímo. K oddělení molekuly vody bude potřeba vynaložit energii:
2H2O → 2H2 + O2 - Q
Toto je vzorec elektrolytické reakce, který charakterizuje proces štěpení vody dodávkou elektřiny. Jak to uvést do praxe a vyrobit vodíkový generátor rukama, budeme dále uvažovat.
Vytváření prototypů
Abychom vám pomohli pochopit, s čím se vypořádáte, doporučujeme nejprve sestavit jednoduchý generátor vodíku za nízkou cenu. Návrh domácí instalace je znázorněn na obrázku.
Z čeho se skládá primitivní elektrolyzér:
- reaktor - skleněná nebo plastová nádoba se silnými stěnami;
- kovové elektrody ponořené do reaktoru s vodou a připojené ke zdroji energie;
- druhá nádrž funguje jako uzávěr vody;
- Výfukové potrubí HHO.
Důležitý bod. Elektrolytická vodíková elektrárna pracuje pouze na stejnosměrný proud. Jako zdroj napájení proto používejte síťový adaptér, nabíječku do auta nebo baterii. Alternátor nebude fungovat.
Princip činnosti elektrolyzéru je následující:
- Dvě elektrody ponořené do vody jsou napájeny napětím, nejlépe z nastavitelného zdroje.Ke zlepšení reakce se do nádoby přidá trochu alkálie nebo kyseliny (doma - obyčejná sůl).
- V důsledku elektrolytické reakce se vodík uvolní ze strany katody připojené k „mínusovému“ terminálu a poblíž anody se vytvoří kyslík.
- Smícháním obou plynů trubicí vstupuje do sifonu, který plní 2 funkce: oddělení vodní páry a zabránění záblesku v reaktoru.
- Z druhého tanku se do hořáku přivádí výbušný plyn NNO, kde se spaluje na vodu.
K vytvoření designu generátoru znázorněného na obrázku vlastními rukama budete potřebovat 2 skleněné láhve se širokými hrdly a uzávěry, lékařský kapátko a 2 tucty šroubů. Na fotografii je zobrazena celá sada materiálů.
Ze speciálních nástrojů je k utěsnění plastových krytů zapotřebí lepicí pistole. Výrobní postup je jednoduchý:
- Ploché dřevěné tyče Twist se samořeznými šrouby, které umístí jejich konce v různých směrech. Pájejte hlavy šroubů dohromady a připojte vodiče - získejte budoucí elektrody.
- Vytvořte otvor ve víku, vložte do něj řezané pouzdro kapátka a dráty a poté jej z obou stran utěsněte lepicí pistolí.
- Vložte elektrody do láhve a našroubujte na víčko.
- Ve druhém víčku vyvrtejte 2 otvory, vložte kapací trubice a přišroubujte na láhev naplněnou čistou vodou.
Chcete-li spustit generátor vodíku, nalijte nasolenou vodu do reaktoru a zapněte zdroj energie. Počátek reakce se vyznačuje výskytem plynových bublin v obou nádobách. Upravte napětí na optimální hodnotu a zapálte hnědý plyn opouštějící kapací jehlu.
O Meyerově vodíkové komoře
Pokud jste provedli a otestovali výše popsaný design, pak spálením plamene na konci jehly jste si pravděpodobně všimli, že instalační výkon je extrémně nízký. Chcete-li získat více výbušného plynu, musíte si vyrobit vážnější zařízení zvané Stanley Meyerova buňka na počest vynálezce.
Princip činnosti článku je také založen na elektrolýze, pouze anoda a katoda jsou vyrobeny ve formě trubek vložených do druhé. Napětí je dodáváno z pulzního generátoru prostřednictvím dvou rezonančních cívek, což umožňuje snížit spotřebu proudu a zvýšit produktivitu generátoru vodíku. Elektronický obvod zařízení je znázorněn na obrázku:
Poznámka. Podrobnosti o fungování systému jsou popsány ve zdroji http://www.meanders.ru/meiers8.shtml.
Chcete-li vytvořit Meyerovu buňku, budete potřebovat:
- válcové pouzdro vyrobené z plastu nebo plexiskla; řemeslníci často používají vodní filtr s víkem a tryskami;
- trubky z nerezové oceli o průměru 15 a 20 mm, délce 97 mm;
- dráty, izolátory.
Trubky odolné proti korozi jsou připevněny k základně dielektrika, dráty spojené s generátorem jsou k nim připájeny. Buňka se skládá z 9 nebo 11 zkumavek umístěných v plastovém pouzdře nebo plexiskle, jak je znázorněno na fotografii.
Prvky jsou spojeny podle všech schémat známých na internetu, která zahrnují elektronickou jednotku, Meyerovu buňku a vodní zámek (technický název je bubbler). Z bezpečnostních důvodů je systém vybaven senzory kritického tlaku a hladiny vody. Podle recenzí domácích řemeslníků taková vodíková instalace spotřebovává proud řádově 1 ampér při napětí 12 V a má dostatečný výkon, ačkoli přesná čísla nejsou k dispozici.
Plate Reactor
Vysoce výkonný generátor vodíku schopný zajistit provoz plynového hořáku je vyroben z nerezových desek o rozměrech 15 x 10 cm, počet je od 30 do 70 ks. Pod nimi jsou vyvrtány otvory pro utahovací čepy a v rohu je vyříznuta svorka pro připojení drátu.
Kromě plechu třídy 316 budete muset zakoupit:
- 4 mm silná pryž odolná vůči alkáliím;
- koncové desky vyrobené z plexiskla nebo textitu;
- táhla M10-14;
- zpětný ventil pro přístroje pro svařování plynem;
- vodní filtr pod vodním zámkem;
- spojovací trubky z vlnité nerezové oceli;
- hydroxid draselný v práškové formě.
Desky musí být smontovány do jedné jednotky, izolované od sebe navzájem gumovými těsněními se středním výřezem, jak je znázorněno na obrázku. Výsledný reaktor pevně vytáhněte pomocí čepů a připojte se k tryskám na elektrolyt. Ten pochází z oddělené nádoby vybavené víkem a uzavíracími ventily.
Poznámka. Říkáme, jak vyrobit průtokový (suchý) elektrolyzér. Je snazší vyrobit reaktor s ponořovacími deskami - nemusíte vkládat gumová těsnění a sestavená jednotka se spouští do uzavřené nádoby s elektrolytem.
Následná montáž generátoru vyrábějícího vodík se provádí stejným způsobem, ale s rozdíly:
- Nádoba na přípravu elektrolytu je připojena k pouzdru zařízení. Ten je 7-15% roztok hydroxidu draselného ve vodě.
- Místo „vody“ se do „probublávače“ nalije tzv. Deoxidátor - aceton nebo anorganické rozpouštědlo.
- Před hořákem musí být umístěn zpětný ventil, jinak, když se vodíkový hořák plynule vypne, hadičky a probublávač se rozbijí zpětným rázem.
Je výhodné získat vodík doma
Odpověď na tuto otázku závisí na rozsahu směsi kyslík-vodík. Všechny výkresy a diagramy publikované různými online zdroji jsou určeny k produkci plynu HHO pro následující účely:
- používat vodík jako palivo pro automobily;
- bez kouře spaluje vodík v topných kotlích a kamen;
- platí pro plynové svařování.
Hlavní problém, který překračuje všechny výhody vodíkového paliva: náklady na elektřinu pro uvolnění čisté hmoty převyšují množství energie přijaté z jeho spalování. Ať už tvrdí přívrženci utopických teorií, maximální účinnost elektrolyzéru dosahuje 50%. To znamená, že 1 kW tepla spotřebovalo 2 kW elektřiny. Přínos je nulový, dokonce záporný.
Připomeňme, že jsme napsali v první sekci. Vodík je velmi aktivním prvkem a sám reaguje s kyslíkem a vytváří velké množství tepla. Když se pokoušíme oddělit stabilní molekulu vody, nemůžeme přenést energii přímo na atomy. Rozštěpení se provádí elektřinou, z níž se polovina rozptyluje zahříváním elektrod, vody, vinutí transformátoru atd.
Důležité informace o pozadí. Měrné teplo spalování vodíku je třikrát vyšší než u metanu, ale - podle hmotnosti. Pokud je porovnáme podle objemu, při spalování 1 m³ vodíku se uvolní pouze 3,6 kW tepelné energie ve srovnání s 11 kW pro metan. Nakonec je vodík nejlehčí chemický prvek.
Nyní považujte výbušný plyn získaný elektrolýzou v domácím generátoru vodíku za palivo pro výše uvedené potřeby:
- Konečná instalační cena, nízká produktivita a efektivita způsobují, že spalování vodíku pro vytápění soukromého domu je velmi nevýhodné. Je snazší umístit kterýkoli z elektrických kotlů - TEN, indukční nebo elektrodový - než „měřit“ měřič elektrolyzérem.
- K výměně 1 litru benzínu za auto bude zapotřebí 4 766 litrů čistého vodíku nebo 7 150 litrů detonačního plynu, z čehož jedna třetina je kyslík. Nejmocnější vynálezce na internetu dosud neprovedl elektrolyzér schopný poskytovat podobný výkon.
- Zařízení pro svařování plynem, které spaluje vodík, je kompaktnější a lehčí než lahve s acetylenem, propanem a kyslíkem. Navíc teplota plamene až 3 000 ° C umožňuje pracovat s jakýmikoli kovy, náklady na získání paliva zde nehrají zvláštní roli.
Pro referenci. Chcete-li spalovat vodík v kotli, budete muset strukturu důkladně přepracovat, protože vodíkový hořák může roztavit jakoukoli ocel.
Závěr
Vodík ve složení plynu NGO získaný z domácího generátoru vodíku je užitečný pro dva účely: experimenty a svařování plynem.I když zlikvidujeme nízkou účinnost elektrolyzéru a náklady na jeho sestavení společně se spotřebovanou elektřinou, prostě není dostatek produktivity k vytápění budovy. To platí také pro benzínový motor osobního automobilu.