- Popis a princíp činnosti generátora vodíka
- Dizajnové prvky a zariadenie generátora vodíka
- Použitie generátora vodíka
- Použitie v domácnosti
- Urobiť to najjednoduchším vodíkovým generátorom to urobiť krok za krokom
Pomôžte rozvoju stránky a zdieľajte článok s priateľmi!
Vodík je takmer ideálnym typom paliva, ale problémom je, že sa nachádza na našej planéte len vo forme zlúčenín s inými chemickými prvkami. Podiel "čistých" látok v atmosfére nie je vyšší ako 0, 00005%. Vzhľadom na tieto skutočnosti je otázka generátora vodíka relevantná. Zvážte princíp fungovania takého zariadenia, jeho konštrukčné vlastnosti, rozsah použitia a možnosť nezávislej výroby.
Popis a princíp činnosti generátora vodíka
Existuje niekoľko metód na extrakciu vodíka z iných látok, uvádzame tie najbežnejšie:
- Elektrolýza, táto technika je najjednoduchšia a môže byť realizovaná doma. Prostredníctvom vodného roztoku obsahujúceho soľ prechádza konštantný elektrický prúd, pod jeho vplyvom dochádza k reakcii, ktorá môže byť opísaná nasledujúcou rovnicou: 2NaCl + 2H20 → 2NaOH + Cl2 + H2. V tomto prípade je uvedený príklad roztoku zvyčajnej kuchynskej soli, čo nie je najlepšia možnosť, pretože emitovaný chlór je toxická látka. Všimnite si, že vodík získaný touto metódou je najčistejší (asi 99, 9%).
- Prechodom vodnej pary cez uhoľný koks zahrievaný na teplotu 1000 ° C sa za týchto podmienok uskutočňuje nasledujúca reakcia: H20 + C = CO + H2.
- Extrakcia z metánu konverziou vodnou parou (nevyhnutnou podmienkou pre reakciu je teplota 1000 ° C): CH4 + H20-CO + 3H2. Druhou možnosťou je oxidácia metánu: 2СН 4 + О 2 ⇔ 2 СО + 4Н 2 .
- V procese krakovania (rafinácia ropy) sa ako vedľajší produkt uvoľňuje vodík. Všimnite si, že v našej krajine sa stále praktizuje spaľovanie tejto látky v niektorých rafinériách kvôli nedostatku potrebného vybavenia alebo dostatočnému dopytu.
Z týchto možností je táto možnosť najlacnejšia a prvá je cenovo najdostupnejšia, je základom pre väčšinu vodíkových generátorov vrátane domácností. Ich princíp činnosti spočíva v tom, že pri prechode prúdu cez roztok kladná elektróda priťahuje negatívne ióny a opačne nabitú elektródu - pozitívnu, čo vedie k štiepeniu látky.
Dizajnové prvky a zariadenie generátora vodíka
Ak v súčasnosti nie sú prakticky žiadne problémy so získavaním vodíka, jeho preprava a skladovanie je stále naliehavou úlohou. Molekuly tejto látky sú také malé, že môžu preniknúť aj cez kov, ktorý nesie určité bezpečnostné riziko. Skladovanie v absorbovanej forme ešte nie je vysoko ziskové. Najlepšou možnosťou je teda výroba vodíka bezprostredne pred jeho použitím vo výrobnom cykle.
Na tento účel sa vyrábajú priemyselné závody na výrobu vodíka. Spravidla ide o elektrolyzéry typu membrán. Nižšie je uvedený zjednodušený návrh takéhoto zariadenia a princíp činnosti.
Legenda:
- A - trubica na odstránenie chlóru (Cl 2 ).
- B - odstránenie vodíka (H2).
- C je anóda, na ktorej prebieha nasledujúca reakcia: 2CL - → CL2 + 2e - .
- D je katóda, reakcia na ňu môže byť opísaná pomocou nasledujúcej rovnice: 2Н 2 О + 2е - → Н 2 + ОН - .
- E - roztok vody a chloridu sodného (H20 a NaCl).
- F - membrána;
- G - nasýtený roztok chloridu sodného a tvorba hydroxidu sodného (NaOH).
- H - odstránenie soľanky a zriedeného hydroxidu sodného.
- I - vstup nasýteného roztoku chloridu sodného.
- J - kryt.
Konštrukcia domácich generátorov je oveľa jednoduchšia, pretože z väčšej časti nevyrábajú čistý vodík, ale vyrábajú hnedý plyn. Takzvaná zmes kyslíka a vodíka. Táto možnosť je najpraktickejšia, nie je nutné oddeliť vodík a kyslík, je možné výrazne zjednodušiť návrh, a preto je lacnejší. Okrem toho sa vzniknutý plyn pri jeho výrobe spaľuje. Skladovať a hromadiť ho doma je nielen problematické, ale aj nebezpečné.
Legenda:
- - Brownova trubica na výstup plynu;
- b - prívod vody;
- c - hermetické puzdro;
- d je blok elektródových platní (anód a katód), medzi ktorými sú inštalované izolátory;
- e je voda;
- f - snímač hladiny vody (pripája sa k riadiacej jednotke);
- g - filter na separáciu vody;
- h je dodávka energie dodávanej elektródam;
- i - snímač tlaku (vyšle signál do riadiacej jednotky pri dosiahnutí prahovej úrovne);
- j - poistný ventil;
- k - výstup plynu z poistného ventilu.
Charakteristickým znakom takýchto zariadení je použitie elektródových blokov, pretože separácia vodíka a kyslíka nie je potrebná. To umožňuje, aby boli generátory pomerne kompaktné.
Použitie generátora vodíka
V dôsledku problémov spojených s prepravou a skladovaním vodíka sú takéto zariadenia v priemyselných odvetviach, kde prítomnosť tohto plynu vyžaduje výrobný cyklus. Uvádzame hlavné smery:
- Výroba spojená so syntézou chlorovodíka.
- Výroba paliva pre raketové motory.
- Vytváranie hnojív.
- Výroba nitridu vodíka (amoniak).
- Syntéza kyseliny dusičnej.
- V potravinárskom priemysle (na výrobu tuhých tukov z rastlinných olejov).
- Spracovanie kovov (zváranie a rezanie).
- Recyklácia kovov.
- Syntéza metylalkoholu
- Výroba kyseliny chlorovodíkovej.
Napriek tomu, že výroba vodíka v procese rafinácie ropy je lacnejšia ako výroba elektrolýzou, ako už bolo spomenuté vyššie, existujú problémy s prepravou plynu. Stavať nebezpečnú chemickú výrobu priamo vedľa ropných rafinérií nie vždy umožňuje ekologickú situáciu. Okrem toho, vodík získaný elektrolýzou je omnoho čistejší ako pri praskaní olejom. Priemyselné vodíkové generátory sú v tomto ohľade vždy veľmi žiadané.
Použitie v domácnosti
V každodennom živote sa používa aj vodík. V prvom rade ide o autonómne vykurovacie systémy. Ale tu sú niektoré funkcie. Zariadenia na výrobu čistého vodíka sú oveľa drahšie ako plynové generátory Brown, ktoré sa dajú dokonca zostaviť nezávisle. Pri organizovaní domáceho vykurovania je však potrebné vziať do úvahy, že teplota horenia Brownovho plynu je výrazne vyššia ako teplota metánu, takže je potrebný špeciálny kotol, ktorý je o niečo drahší ako obvykle.
Na internete môžete nájsť niekoľko článkov, v ktorých je napísané, že obyčajné kotly môžu byť použité na detonáciu plynu, je to absolútne nemožné. V najlepšom prípade rýchlo zlyhajú a v najhoršom prípade môžu spôsobiť smutné alebo dokonca tragické následky. Pre zmes Brown sú k dispozícii špeciálne konštrukcie s viac tepelne odolnou tryskou.
Treba poznamenať, že ziskovosť vykurovacích systémov na báze vodíkových generátorov je vzhľadom na nízku účinnosť veľmi pochybná. V takýchto systémoch dochádza k dvojitým stratám, najprv v procese výroby plynu, a po druhé, keď sa v kotle ohrieva voda. Pre vykurovanie je lacnejšie vykurovať vodu v elektrickom kotle.
Nemenej kontroverzná implementácia pre domáce použitie, pri ktorej Brown plyn obohacuje benzín v palivovom systéme motorového vozidla, aby zachránil.
Legenda:
- a je generátorom mimovládnych organizácií (akceptované označenie pre Brownov plyn);
- b - odstránenie plynu do sušiacej komory;
- c - oddelenie na odstránenie vodných pár;
- d - návrat kondenzátu do generátora;
- e - prívod suchého plynu do vzduchového filtra palivového systému;
- f - automobilový motor;
- g - pripojenie na akumulátor a elektrický generátor.
Treba poznamenať, že v niektorých prípadoch takýto systém funguje (ak je správne zostavený). Ale nenájdete presné parametre, prírastok výkonu, percento úspor. Tieto údaje sú silne rozmazané a ich dôveryhodnosť je sporná. Opäť nie je jasné, do akej miery sa motorový zdroj zníži.
Ale dopyt vytvára ponuku, na internete nájdete podrobné výkresy takýchto zariadení a pokyny na ich pripojenie. V krajine Rising Sun sa vyrábajú hotové modely.
Urobiť to najjednoduchším vodíkovým generátorom to urobiť krok za krokom
Dovoľte nám povedať, ako môžete vyrobiť domáci generátor na výrobu zmesi vodíka a kyslíka (NNO). Jeho kapacita pre domáce kúrenie nestačí, ale pre plynový horák na rezanie kovu postačuje množstvo vyrobeného plynu.
Legenda:
- - tryska horáka;
- b - rúry;
- c - vodné brány;
- d je voda;
- e - elektródy;
- f - uzavretý kryt.
Najprv robíme elektrolyzér, na to potrebujeme vzduchotesnú nádobu a elektródy. Ako druhý, používame oceľové plechy (vyberáme si ich veľkosť ľubovoľne, v závislosti od požadovaného výkonu) pripojeného k dielektrickej základni. Spojíme medzi sebou všetky dosky každej elektródy.
Keď sú elektródy pripravené, mali by byť upevnené v nádrži tak, aby miesta, kde sú pripojené elektrické vodiče, boli nad očakávanou hladinou vody. Vodiče z elektród idú na 12 voltový napájací zdroj alebo autobatériu.
Vo veku nádrže vytvárame otvor pod rúrkou pre výstup plynu. Ako uzávery na vodu môžete použiť zvyčajné sklenené poháre na 1 liter. Naplníme ich do 2/3 vodou a pripojíme sa k elektrolyzéru a horáku, ako je znázornené na obr.
Horák je lepšie vziať pripravený, pretože nie každý materiál môže vydržať teplotu horenia Brownovho plynu. Spojíme ho s výstupom poslednej vodnej brány.
Elektrolyzér naplníme vodou, do ktorej sa pridá zvyčajná kuchynská soľ.
Na elektródy aplikujeme napätie a skontrolujeme fungovanie zariadenia.