Povišanje cen energentov spodbuja iskanje učinkovitejših in cenejših vrst goriva, tudi na ravni gospodinjstev. Najbolj navdušene obrtnike privlači vodik, katerega kalorična vrednost je trikrat višja od metana (38,8 kW v primerjavi s 13,8 z 1 kg snovi). Metoda pridobivanja doma, kot kaže, je znana - cepljenje vode z elektrolizo. Pravzaprav je težava veliko bolj zapletena. Naš članek ima 2 cilja:
- analizirati vprašanje, kako narediti generator vodika z minimalnimi stroški;
- razmislite o uporabi vodikovega generatorja za ogrevanje zasebne hiše, dolivanje avtomobila in kot varilni stroj.
Kratek teoretični del
Vodik, aka vodik, prvi element periodične tabele, je najlažja plinasta snov z visoko kemično aktivnostjo. Med oksidacijo (to je zgorevanjem) odda ogromno toploto in tvori navadno vodo. Karakteriziramo lastnosti elementa in jih oblikujemo v obliki tez:
- Izgorevanje vodika je okolju prijazen postopek, ne škodijo škodljive snovi.
- Zaradi svoje kemične aktivnosti na Zemlji ne nastane prosti plin. Toda v sestavi vode so njene rezerve neizčrpne.
- Element se pridobiva v industrijski proizvodnji s kemijsko metodo, na primer v postopku uplinjanja (piroliza) premoga. Pogosto stranski proizvod.
- Drug način pridobivanja plinastega vodika je elektroliza vode v prisotnosti katalizatorjev - platine in drugih dragih zlitin.
- Preprosta mešanica plinov vodik + kisik (kisik) eksplodira iz najmanjše iskrice in v trenutku sprosti veliko količino energije.
Za referenco. Znanstveniki, ki so prvič ločili molekulo vode v vodik in kisik, so mešanico poimenovali eksplozivni plin zaradi njene nagnjenosti k eksploziji. Nato je prejel ime Brownov plin (po imenu izumitelja) in ga je imenoval hipotetična formula nevladnih organizacij.
Iz navedenega sledi naslednji sklep: 2 vodikova atoma se zlahka kombinirata z 1 atomom kisika, vendar se zelo neradi delita. Reakcija kemične oksidacije poteka z neposrednim sproščanjem toplotne energije v skladu s formulo:
2H2 + O2 → 2H2O + Q (energija)
Tu je pomembna točka, ki nam bo koristila pri nadaljnji analizi letov: vodik vstopi v reakcijo spontano od vžiga, toplota pa se sprosti neposredno. Za ločitev molekule vode bo treba porabiti:
2H2O → 2H2 + O2 - V
To je formula elektrolitske reakcije, ki označuje postopek cepitve vode z dobavo električne energije. Kako to izvesti v praksi in narediti generator vodika z lastnimi rokami, bomo razmislili naprej.
Izdelava prototipov
Da bi razumeli, s čim se ukvarjate, najprej predlagamo, da sestavite najpreprostejši generator vodika z najnižjimi stroški. Zasnova domače namestitve je prikazana na diagramu.
Kaj vsebuje primitivni elektrolit:
- reaktor - steklena ali plastična posoda z debelimi stenami;
- kovinske elektrode, potopljene v reaktor z vodo in priključene na vir energije;
- drugi rezervoar deluje kot vodna zaklopa;
- HHO izpušne cevi.
Pomembna točka. Elektrolitna vodikova naprava deluje samo na enosmerni tok. Zato kot vir napajanja uporabite napajalnik, avtomobilski polnilec ali baterijo. Alternator ne bo deloval.
Načelo delovanja elektrolizatorja je naslednje:
- Dve elektrodi, potopljeni v vodo, se napajata z napetostjo, po možnosti iz nastavljivega vira.Za izboljšanje reakcije dodamo malo posode ali kisline v posodo (doma - navadna sol).
- Kot rezultat reakcije elektrolize se bo vodik sprostil s strani katode, priključene na terminal "minus", v bližini anode pa bo ustvarjen kisik.
- Z mešanjem oba plina skozi cev vstopijo v vodni lovilnik, ki ima 2 funkciji: ločevanje vodne pare in preprečevanje bliska v reaktorju.
- Iz drugega rezervoarja se eksplozivni plin NNO dovaja v gorilnik, kjer se zgoreva in tvori vodo.
Če želite narediti zasnovo generatorja, prikazano na diagramu, z lastnimi rokami, boste potrebovali 2 steklenice s širokimi vratovi in pokrovčki, medicinsko kapalko in 2 ducata vijakov. Na fotografiji je prikazan celoten sklop materialov.
Od posebnega orodja je za tesnjenje plastičnih pokrovov potrebna pištola za lepilo. Postopek izdelave je preprost:
- Zavrtite ravne lesene palice s samoreznimi vijaki, njihove konce postavite v različne smeri. Spajite glave vijakov skupaj in povežite žice - pridobite prihodnje elektrode.
- Naredite luknjo v pokrovu, vanj vstavite izrezano ohišje kapalke in žic, nato pa na obeh straneh zatesnite s pištolo za lepilo.
- Elektrode postavite v plastenko in privijte na pokrovček.
- V drugem pokrovčku izvrtajte 2 luknji, vstavite cevi za kapljanje in jih privijte na steklenico, napolnjeno z navadno vodo.
Za zagon generatorja vodika vlijte osoljeno vodo v reaktor in vklopite vir napajanja. Začetek reakcije je značilen po pojavu plinskih mehurčkov v obeh posodah. Prilagodite napetost na optimalno vrednost in prižgite rjavi plin, ki izstopa iz kapalne igle.
O vodikovi celici Meyer
Če ste izdelali in preizkusili zgoraj opisano zasnovo, potem ste s prižigom plamena na koncu igle verjetno opazili, da je zmogljivost namestitve izjemno nizka. Če želite dobiti bolj eksploziven plin, morate narediti resnejšo napravo, imenovano celico Stanleyja Meyerja v čast izumitelja.
Načelo delovanja celice temelji tudi na elektrolizi, le anoda in katoda sta izdelani v obliki cevi, vstavljenih ena v drugo. Napetost se napaja iz generatorja impulzov skozi dve resonančni tuljavi, kar omogoča zmanjšanje porabe toka in povečanje produktivnosti vodikovega generatorja. Elektronsko vezje naprave je prikazano na sliki:
Opomba. Podrobnosti o delovanju sheme so opisane na viru http://www.meanders.ru/meiers8.shtml.
Če želite narediti Meyerjevo celico, boste potrebovali:
- valjast etui iz plastike ali pleksi stekla; obrtniki pogosto uporabljajo vodni filter s pokrovom in šobami;
- cevi iz nerjavečega jekla s premerom 15 in 20 mm, dolžina 97 mm;
- žice, izolatorji.
Korozijsko odporne cevi so pritrjene na dno dielektrika, na njih so spajkane žice, povezane z generatorjem. Celica je sestavljena iz 9 ali 11 cevi v plastičnem ali pleksi steklenem ohišju, kot je prikazano na fotografiji.
Elementi so povezani po vseh shemah, znanih na internetu, ki vključujejo elektronsko enoto, Meyerjevo celico in vodno ključavnico (tehnično ime je mehurček). Sistem je iz varnostnih razlogov opremljen s senzorji za kritični tlak in nivo vode. Glede na preglede domačih obrtnikov takšna vodikova instalacija porabi tok velikosti 1 ampera pri napetosti 12 V in ima dovolj zmogljivosti, čeprav natančne številke niso na voljo.
Ploščni reaktor
Visoko zmogljiv generator vodika, ki lahko zagotavlja delovanje plinskega gorilnika, je izdelan iz nerjavečih plošč 15 x 10 cm, število je od 30 do 70 kosov. V njih so izvrtane luknje za zategovanje čepov in v kotu je izrezan terminal za priključitev žice.
Poleg pločevine razreda 316 boste morali kupiti:
- 4 mm debela guma, odporna proti alkaliji;
- končne plošče iz pleksi stekla ali tektolita;
- kravate M10-14;
- povratni ventil za naprave za plinsko varjenje;
- vodni filter pod hidroblokom;
- povezovalne cevi iz valovitega nerjavečega jekla;
- kalijev hidroksid v prahu.
Plošče morajo biti sestavljene v eno enoto, med seboj izolirane z gumijastimi tesnili s srednjim izrezom, kot je prikazano na risbi. Nastali reaktor tesno povlecite s čepki in povežite z elektrolitnimi šobami. Slednji izhaja iz ločene posode, ki je opremljena s pokrovom in zapornimi ventili.
Opomba. Povemo, kako narediti pretočni (suh) tip elektrolita. Lažje je narediti reaktor s potopnimi ploščami - vam ni treba postaviti gumijastih tesnil, sestavljena enota pa se spusti v zapečateno posodo z elektrolitom.
Naknadna montaža generatorja, ki proizvaja vodik, se izvaja na enak način, vendar z razlikami:
- Na ohišju aparata je pritrjen rezervoar za pripravo elektrolita. Slednji je 7-15% raztopina kalijevega hidroksida v vodi.
- Namesto vode se v "mehurček" vlije tako imenovani deoksidizator - aceton ali anorgansko topilo.
- Pred gorilnikom je treba postaviti povratni ventil, sicer bo cev in mehurček, ko se vodikov gorilnik gladko izklopi, povratni udarec zlomil.
Ali je koristno dobiti vodik doma
Odgovor na to vprašanje je odvisen od obsega mešanice kisik-vodik. Vse risbe in diagrami, objavljeni v različnih spletnih virih, so zasnovani za proizvodnjo plina HHO za naslednje namene:
- uporabljajte vodik kot gorivo za avtomobile;
- brezdimno gorijo vodik v ogrevalnih kotlih in pečeh;
- velja za plinsko varjenje.
Glavna težava, ki presega vse prednosti vodikovega goriva: stroški električne energije za sproščanje čiste snovi presegajo količino energije, ki jo prejmejo izgorevanje. Ne glede na to, kako trdijo pristaši utopičnih teorij, največji izkoristek elektrolizatorja doseže 50%. To pomeni, da 1 kW toplote porabi 2 kW električne energije. Korist je nič, celo negativna.
Spomnimo, da smo pisali v prvem oddelku. Vodik je zelo aktiven element in sam reagira s kisikom ter ustvarja veliko toplote. Pri poskusu ločitve stabilne molekule vode ne moremo prinesti energije neposredno atomom. Razcep se izvaja z električno energijo, od tega se polovica razprši s segrevanjem elektrod, vode, navitij transformatorjev in tako naprej.
Pomembne osnovne informacije. Specifična toplota zgorevanja vodika je trikrat večja od toplote metana, vendar - po masi. Če jih primerjamo po prostornini, se pri izgorevanju 1 m³ vodika sprosti le 3,6 kW toplotne energije v primerjavi z 11 kW za metan. Konec koncev je vodik najlažji kemični element.
Zdaj razmislite o eksplozivnem plinu, dobljenem z elektrolizo v domačem vodikovem generatorju, kot gorivo za zgornje potrebe:
- Zaradi končne namestitvene cene, nizke produktivnosti in učinkovitosti je zelo nekoristno kuriti vodik za ogrevanje zasebne hiše. Lažje je vgraditi katerega koli električnega kotla - TEN, indukcijsko ali elektrodo - kot pa "navijati" števec z elektroliteljem.
- Za nadomestitev 1 litra bencina za avtomobil bo potrebnih 4.766 litrov čistega vodika ali 7.150 litrov eksplozivnega plina, od tega tretjina kisika. Najbolj šibek izumitelj na internetu še ni izdelal elektrolita, ki bi lahko zagotavljal podobne zmogljivosti.
- Naprava za plinsko varjenje, ki gori vodik, je bolj kompaktna in lažja od jeklenk z acetilenom, propanom in kisikom. Poleg tega vam temperatura plamena do 3000 ° C omogoča delo s katero koli kovino, stroški pridobivanja goriva tukaj ne igrajo posebne vloge.
Za referenco. Če želite zgorevati vodik v kotlu, boste morali temeljito preoblikovati strukturo, saj lahko vodikov gorilnik stopi katero koli jeklo.
Zaključek
Vodik v sestavi plina NVO, pridobljen iz domačega vodikovega generatorja, je uporaben za dva namena: poskusi in plinsko varjenje.Tudi če zavržemo majhen izkoristek elektrolita in stroške njegovega sestavljanja skupaj s porabljeno električno energijo, preprosto ni dovolj produktivnosti za ogrevanje stavbe. To velja tudi za bencinski motor osebnega avtomobila.