Rast cien energetických zdrojov stimuluje hľadanie účinnejších a lacnejších druhov palív, a to aj na úrovni domácností. Najviac nadšených remeselníkov priťahuje vodík, ktorého výhrevná hodnota je trikrát vyššia ako pri metáne (38,8 kW oproti 13,8 s 1 kg látky). Zdá sa, že metóda extrakcie doma je známa - štiepenie vody elektrolýzou. V skutočnosti je tento problém oveľa komplikovanejší. Náš článok má 2 ciele:
- analyzovať otázku, ako vyrobiť generátor vodíka s minimálnymi nákladmi;
- zvážte použitie generátora vodíka na vykurovanie súkromného domu, doplňovanie paliva v automobile a ako zváračky.
Stručná teoretická časť
Vodík, nazývaný vodík, prvý prvok periodickej tabuľky, je najľahší plynný materiál s vysokou chemickou aktivitou. Počas oxidácie (tj spaľovania) vyžaruje obrovské množstvo tepla a vytvára obyčajnú vodu. Charakterizujeme vlastnosti prvku a navrhujeme ich vo forme diplomových prác:
- Spaľovanie vodíka je proces šetrný k životnému prostrediu, neuvoľňujú sa žiadne škodlivé látky.
- Vďaka svojej chemickej aktivite na Zemi nevzniká voľný plyn. Ale v zložení vody sú jej rezervy nevyčerpateľné.
- Prvok sa extrahuje v priemyselnej výrobe chemickým spôsobom, napríklad v procese splyňovania (pyrolýzy) uhlia. Často vedľajší produkt.
- Ďalším spôsobom, ako získať plynný vodík, je elektrolýza vody v prítomnosti katalyzátorov - platiny a iných drahých zliatin.
- Jednoduchá zmes plynov, vodíka, kyslíka (kyslíka) exploduje z najmenšej iskry a okamžite uvoľní veľké množstvo energie.
Pre informáciu. Vedci, ktorí najprv rozdelili molekulu vody na vodík a kyslík, nazývali zmes výbušným plynom kvôli jej tendencii k výbuchu. Následne dostal názov Brownov plyn (podľa vynálezu) a stal sa hypotetickým vzorcom mimovládnych organizácií.
Z vyššie uvedeného vyplýva, že nasledujúci záver naznačuje sám seba: 2 atómy vodíka sa ľahko kombinujú s 1 atómom kyslíka, ale veľmi sa zdráhajú rozpadnúť. Chemická oxidačná reakcia prebieha s priamym uvoľňovaním tepelnej energie podľa vzorca:
2H2 + O2 → 2H2O + Q (energia)
Tu leží dôležitý bod, ktorý bude pre nás užitočný pri ďalšej analýze letov: vodík vstúpi do reakcie spontánne zo zapálenia a teplo sa uvoľňuje priamo. Na oddelenie molekuly vody bude potrebné minúť energiu:
2H2O → 2H2 + O2 - Q
Toto je vzorec elektrolytickej reakcie, ktorý charakterizuje proces štiepenia vody dodávaním elektriny. Ako to uviesť do praxe a vyrobiť generátor vodíka vlastnými rukami, zvážime ďalšie.
Tvorba prototypov
Aby sme vám pomohli pochopiť, s čím sa vysporiadate, najskôr vám odporúčame zostaviť jednoduchý generátor vodíka za nízku cenu. Dizajn domácej inštalácie je znázornený na diagrame.
Čo pozostáva z primitívneho elektrolyzéra:
- reaktor - sklenená alebo plastová nádoba s hrubými stenami;
- kovové elektródy ponorené do reaktora s vodou a spojené so zdrojom energie;
- druhá nádrž funguje ako uzáver vody;
- Výfukové potrubie HHO.
Dôležitý bod. Elektrolytická vodíková elektráreň pracuje iba na jednosmerný prúd. Preto ako zdroj napájania používajte sieťový adaptér, nabíjačku do auta alebo batériu. Alternátor nebude fungovať.
Princíp činnosti elektrolyzéra je nasledujúci:
- Dve elektródy ponorené do vody sú napájané napätím, výhodne z nastaviteľného zdroja.Aby sa zlepšila reakcia, do nádoby sa pridá trochu zásady alebo kyselina (doma - obyčajná soľ).
- V dôsledku elektrolytickej reakcie sa vodík uvoľní zo strany katódy pripojenej k „mínusovému“ terminálu a v blízkosti anódy sa vytvorí kyslík.
- Miešanie obidvoch plynov cez trubicu vstupuje do zachytávača vody, ktorý vykonáva 2 funkcie: oddeľovanie vodnej pary a zabránenie vzplanutia v reaktore.
- Z druhého tanku sa do horáka privádza výbušný plyn NNO, kde sa spaľuje na vodu.
Na vytvorenie dizajnu generátora zobrazeného na obrázku vlastnými rukami budete potrebovať dve sklenené fľaše so širokými hrdlami a uzávermi, lekárske kvapkadlo a 2 tucty skrutiek. Na fotografii je znázornená celá sada materiálov.
Zo špeciálnych nástrojov je potrebná lepiaca pištoľ na utesnenie plastových krytov. Výrobný postup je jednoduchý:
- Ploché drevené tyčinky otočte skrutkami a ich konce umiestnite do rôznych smerov. Spájkujte hlavy skrutiek dohromady a spojte vodiče - získajte budúce elektródy.
- Vytvorte veko dieru, vložte do neho odrezaný kufrík a drôty a potom z oboch strán utesnite lepiacou pištoľou.
- Vložte elektródy do fľaše a priskrutkujte uzáver.
- V druhom uzávere vyvŕtajte 2 otvory, vložte kvapkadlá a priskrutkujte na fľašu naplnenú čistou vodou.
Na spustenie generátora vodíka nalejte do reaktora solenú vodu a zapnite zdroj energie. Začiatok reakcie sa vyznačuje výskytom plynových bublín v oboch nádobách. Upravte napätie na optimálnu hodnotu a zapálte hnedý plyn opúšťajúci kvapkadlovú ihlu.
O vodíkovej komore Meyer
Ak ste urobili a otestovali vyššie opísaný dizajn, potom spálením plameňa na konci ihly ste si pravdepodobne všimli, že inštalačný výkon je extrémne nízky. Ak chcete získať viac výbušného plynu, musíte si vyrobiť vážnejšie zariadenie, ktoré sa na počesť vynálezcu nazýva bunka Stanley Meyer.
Princíp činnosti článku je tiež založený na elektrolýze, iba anóda a katóda sú vyrobené vo forme rúrok vložených do druhej. Napätie sa dodáva z generátora impulzov cez dve rezonančné cievky, čo umožňuje znížiť spotrebu prúdu a zvýšiť produktivitu generátora vodíka. Elektronický obvod zariadenia je znázornený na obrázku:
Poznámka. Podrobnosti o fungovaní systému sú opísané v zdroji http://www.meanders.ru/meiers8.shtml.
Na vytvorenie bunky Meyer budete potrebovať:
- valcové puzdro vyrobené z plastu alebo plexiskla; remeselníci často používajú vodný filter s vekom a dýzami;
- rúrky z nehrdzavejúcej ocele s priemerom 15 a 20 mm, dĺžkou 97 mm;
- drôty, izolátory.
K základni dielektrika sú pripevnené rúrky odolné voči korózii, k nim sú spájkované drôty spojené s generátorom. Bunka pozostáva z 9 alebo 11 skúmaviek umiestnených v plastovom puzdre alebo plexi, ako je znázornené na fotografii.
Prvky sú spojené podľa všetkých schém známych na internete, ktoré zahŕňajú elektronickú jednotku, Meyerovu bunku a vodný zámok (technický názov je bubbler). Z bezpečnostných dôvodov je systém vybavený snímačmi kritického tlaku a hladiny vody. Podľa recenzií domácich remeselníkov takéto vodíkové zariadenie spotrebováva prúd rádovo 1 ampér pri napätí 12 V a má dostatočný výkon, hoci presné čísla nie sú k dispozícii.
Platňový reaktor
Vysokovýkonný vodíkový generátor schopný zabezpečiť prevádzku plynového horáka je vyrobený z nerezových dosiek s rozmermi 15 x 10 cm, počet je od 30 do 70 ks. Pod nimi sú vyvŕtané diery na uťahovacie kolíky a v rohu je vyrezaná svorka na pripojenie drôtu.
Okrem plechu triedy 316 budete musieť kúpiť:
- 4 mm hrubá guma odolná voči zásadám;
- koncové dosky vyrobené z plexiskla alebo textolitu;
- spojovacie tyče M10-14;
- spätný ventil pre prístroje na zváranie plynov;
- vodný filter pod vodnou komorou;
- spojovacie rúry z vlnitej nehrdzavejúcej ocele;
- hydroxid draselný v práškovej forme.
Dosky musia byť spojené do jednej jednotky, izolované od seba navzájom gumovými tesneniami so stredným výrezom, ako je to znázornené na obrázku. Výsledný reaktor pevne vytiahnite pomocou kolíkov a pripojte sa k tryskám na elektrolyt. Ten pochádza zo samostatnej nádoby vybavenej vekom a uzatváracími ventilmi.
Poznámka. Hovoríme, ako vyrobiť prietokový (suchý) elektrolyzér. Je ľahšie vyrobiť reaktor s ponornými doskami - nie sú potrebné gumové tesnenia a zostavená jednotka sa spúšťa do utesnenej nádoby s elektrolytom.
Následná montáž generátora produkujúceho vodík sa vykonáva rovnakým spôsobom, ale s rozdielmi:
- Na kryte zariadenia je pripevnená nádrž na prípravu elektrolytu. Posledne menovaný je 7 až 15% roztokom hydroxidu draselného vo vode.
- Namiesto vody sa do „bublajača“ nalieva tzv. Deoxidačné činidlo - acetón alebo anorganické rozpúšťadlo.
- Pred horákom musí byť umiestnený spätný ventil, inak, ak sa vodíkový horák vypne plynulo, hadice a „bubbler“ sa pretrhnú spätným nárazom.
Je ziskové získavať vodík doma
Odpoveď na túto otázku závisí od rozsahu zmesi kyslík-vodík. Všetky výkresy a schémy uverejnené rôznymi online zdrojmi sú určené na výrobu plynu HHO na tieto účely:
- používať vodík ako palivo pre automobily;
- bezdymovo horí vodík vo vykurovacích kotloch a sporákoch;
- použiť na zváranie plynom.
Hlavný problém, ktorý poukazuje na všetky výhody vodíkového paliva: náklady na elektrickú energiu pri uvoľňovaní čistej látky prevyšujú množstvo energie získanej pri jej spaľovaní. Nech už hovoria prívrženci utopických teórií, maximálna účinnosť elektrolyzéra dosahuje 50%. To znamená, že 1 kW tepla spotrebovalo 2 kW elektriny. Výhoda je nulová, dokonca záporná.
Pripomeňme, že sme napísali v prvej časti. Vodík je veľmi aktívny prvok a sám reaguje s kyslíkom a vytvára veľké množstvo tepla. V snahe oddeliť stabilnú molekulu vody nemôžeme priamo priviesť energiu na atómy. Štiepenie sa uskutočňuje elektrinou, z ktorej polovica sa rozptyľuje zahrievaním elektród, vodou, vinutím transformátora a tak ďalej.
Dôležité informácie o pozadí. Merné teplo zo spaľovania vodíka je trikrát vyššie ako u metánu, ale - podľa hmotnosti. Ak ich porovnáme podľa objemu, pri spaľovaní 1 m³ vodíka sa uvoľní iba 3,6 kW tepelnej energie v porovnaní s 11 kW pre metán. Koniec koncov, vodík je najľahší chemický prvok.
Teraz považujte výbušný plyn získaný elektrolýzou v domácom vodíkovom generátore za palivo pre vyššie uvedené potreby:
- Konečná cena inštalácie, nízka produktivita a účinnosť spôsobuje, že spaľovanie vodíka na vykurovanie súkromného domu je nerentabilné. Je ľahšie vložiť ktorýkoľvek z elektrických kotlov - TEN, indukčný alebo elektródový, ako „navíjať“ elektromer elektrolyzérom.
- Na výmenu 1 litra benzínu za auto bude potrebných 4 766 litrov čistého vodíka alebo 7 150 litrov detonačného plynu, z čoho jedna tretina je kyslík. Najviac mizerný vynálezca na internete ešte neurobil elektrolyzér schopný poskytovať podobný výkon.
- Plynové zváracie zariadenie, ktoré spaľuje vodík, je kompaktnejšie a ľahšie ako fľaše s acetylénom, propánom a kyslíkom. Navyše, teplota plameňa do 3000 ° C vám umožňuje pracovať s akýmikoľvek kovmi, náklady na získanie paliva tu nehrajú žiadnu osobitnú úlohu.
Pre informáciu. Ak chcete spaľovať vodík v kotli, budete musieť konštrukciu dôkladne prepracovať, pretože vodíkový horák dokáže roztaviť všetku oceľ.
Záver
Vodík v zložení plynu NGO získaný z domáceho generátora vodíka je užitočný na dva účely: experimenty a zváranie plynov.Aj keď zlikvidujeme nízku účinnosť elektrolyzéra a náklady na jeho montáž spolu so spotrebovanou elektrinou, jednoducho nie je dostatok produktivity na vykurovanie budovy. Platí to aj pre benzínový motor osobného automobilu.