De prijsstijging van energiebronnen stimuleert de zoektocht naar efficiëntere en goedkopere brandstofsoorten, ook op huishoudniveau. De meeste enthousiaste vakmensen worden aangetrokken door waterstof, waarvan de calorische waarde driemaal hoger is dan methaan (38,8 kW versus 13,8 met 1 kg stof). De methode van extractie thuis, zo lijkt het, is bekend - het splitsen van water door elektrolyse. In feite is het probleem veel ingewikkelder. Ons artikel heeft 2 doelen:
- de vraag analyseren hoe je een waterstofgenerator kunt maken met minimale kosten;
- Overweeg om een waterstofgenerator te gebruiken voor het verwarmen van een privéwoning, het tanken van een auto en als lasmachine.
Kort theoretisch deel
Waterstof, ook bekend als waterstof, - het eerste element van het periodiek systeem - is de lichtste gasvormige stof met een hoge chemische activiteit. Tijdens oxidatie (dat wil zeggen verbranding) geeft het een enorme hoeveelheid warmte af en vormt het gewoon water. We karakteriseren de eigenschappen van het element en ontwerpen ze in de vorm van scripties:
- Waterstofverbranding is een milieuvriendelijk proces, er komen geen schadelijke stoffen vrij.
- Vanwege de chemische activiteit komt er geen vrij gas op aarde voor. Maar in de samenstelling van water zijn de reserves onuitputtelijk.
- Het element wordt gewonnen in industriële productie door een chemische methode, bijvoorbeeld tijdens vergassing (pyrolyse) van steenkool. Vaak een bijproduct.
- Een andere manier om gasvormig waterstof te verkrijgen, is de elektrolyse van water in aanwezigheid van katalysatoren - platina en andere dure legeringen.
- Een eenvoudig mengsel van gassen waterstof + zuurstof (zuurstof) explodeert door de geringste vonk en geeft onmiddellijk een grote hoeveelheid energie vrij.
Als referentie. Wetenschappers die het watermolecuul voor het eerst in waterstof en zuurstof hebben gescheiden, noemden het mengsel explosief gas vanwege de neiging tot ontploffing. Vervolgens kreeg het de naam Brown's gas (met de naam van de uitvinder) en werd het aangeduid met de hypothetische formule van NGO's.
Uit het voorgaande komt de volgende conclusie naar voren: 2 waterstofatomen combineren gemakkelijk met 1 zuurstofatoom, maar zijn zeer terughoudend om te scheiden. De chemische oxidatiereactie verloopt met de directe afgifte van thermische energie volgens de formule:
2H2 + O2 → 2H2O + Q (energie)
Hier ligt een belangrijk punt dat ons van pas zal komen bij de verdere analyse van vluchten: waterstof komt spontaan in reactie door ontsteking en warmte komt direct vrij. Om een watermolecuul te scheiden, moet energie worden besteed:
2H2O → 2H2 + O2 - Q
Dit is een elektrolytische reactieformule die het proces van het splitsen van water karakteriseert door het leveren van elektriciteit. Hoe we dit in de praktijk kunnen brengen en met uw eigen handen een waterstofgenerator kunnen maken, zullen we verder bespreken.
Prototype creatie
Om u te laten begrijpen waar u mee te maken heeft, raden we u eerst aan om de eenvoudigste waterstofgenerator tegen de laagste kosten te monteren. Het ontwerp van een zelfgemaakte installatie wordt weergegeven in het diagram.
Waaruit bestaat een primitieve elektrolysator:
- reactor - glazen of plastic container met dikke muren;
- metalen elektroden ondergedompeld in een reactor met water en aangesloten op een stroombron;
- de tweede tank doet dienst als waterklep;
- HHO gasuitlaatpijpen.
Een belangrijk punt. De elektrolytische waterstofcentrale werkt alleen op gelijkstroom. Gebruik daarom de netadapter, autolader of batterij als stroombron. Een alternator werkt niet.
Het werkingsprincipe van de elektrolysator is als volgt:
- Twee in water ondergedompelde elektroden worden van spanning voorzien, bij voorkeur van een instelbare bron.Om de reactie te verbeteren, wordt een beetje alkali of zuur aan de container toegevoegd (thuis - gewoon zout).
- Als gevolg van de elektrolysereactie zal waterstof vrijkomen vanaf de kant van de kathode die is aangesloten op de "min" -terminal en zal zuurstof worden gegenereerd nabij de anode.
- Bij het mengen komen beide gassen door een buis in een watervanger die 2 functies vervult: waterdamp scheiden en een flits in de reactor voorkomen.
- Vanuit de tweede tank wordt explosief gas van NNO naar de brander gevoerd, waar het wordt verbrand om water te vormen.
Om het generatorontwerp in het diagram met uw eigen handen te maken, heeft u 2 glazen flessen met wijde halzen en doppen, een medische druppelaar en 2 dozijn schroeven nodig. Een volledige set materialen wordt getoond op de foto.
Van het speciale gereedschap is een lijmpistool nodig om de plastic afdekkingen af te dichten. De fabricageprocedure is eenvoudig:
- Draai platte houten stokjes met zelftappende schroeven en plaats hun uiteinden in verschillende richtingen. Soldeer de schroefkoppen aan elkaar en sluit de draden aan - haal de toekomstige elektroden.
- Maak een gat in het deksel, steek de uitgesneden behuizing van de druppelaar en de draden daar in en dicht vervolgens aan beide zijden af met een lijmpistool.
- Plaats de elektroden in de fles en schroef de dop erop.
- Boor in de tweede dop 2 gaten, steek de druppelbuisjes erin en schroef op een fles gevuld met gewoon water.
Om de waterstofgenerator te starten, giet u gezouten water in de reactor en zet u de stroombron aan. Het begin van de reactie wordt gekenmerkt door het verschijnen van gasbellen in beide containers. Stel de spanning in op de optimale waarde en steek bruin gas in brand dat de druppelaarnaald verlaat.
Over de Meyer-waterstofcel
Als je het hierboven beschreven ontwerp hebt gemaakt en getest, dan heb je door het branden van de vlam aan het uiteinde van de naald waarschijnlijk opgemerkt dat de installatieprestaties extreem laag zijn. Om meer explosief gas te krijgen, moet je een serieuzer apparaat maken, de Stanley Meyer-cel genoemd ter ere van de uitvinder.
Het werkingsprincipe van de cel is ook gebaseerd op elektrolyse, alleen de anode en kathode zijn gemaakt in de vorm van buizen die in elkaar zijn gestoken. De spanning wordt geleverd door de pulsgenerator via twee resonantiespoelen, waardoor het stroomverbruik kan worden verlaagd en de productiviteit van de waterstofgenerator kan worden verhoogd. Het elektronische circuit van het apparaat wordt weergegeven in de afbeelding:
Notitie. Details over de werking van de regeling worden beschreven op de bron http://www.meanders.ru/meiers8.shtml.
Om een Meyer-cel te maken, hebt u nodig:
- een cilindrische behuizing gemaakt van plastic of plexiglas; vakmensen gebruiken vaak een waterfilter met een deksel en mondstukken;
- roestvrijstalen buizen met een diameter van 15 en 20 mm, lengte 97 mm;
- draden, isolatoren.
Corrosiebestendige buizen zijn bevestigd aan de basis van het diëlektricum, draden die op de generator zijn aangesloten, zijn erop gesoldeerd. De cel bestaat uit 9 of 11 buisjes die in een plastic of plexiglas koker zijn geplaatst, zoals op de foto te zien is.
De elementen zijn verbonden volgens alle op het internet bekende schema's, waaronder een elektronische eenheid, een Meyer-cel en een waterslot (technische naam is de bubbler). Om veiligheidsredenen is het systeem uitgerust met sensoren voor kritische druk en waterniveau. Volgens de beoordelingen van thuisvakmensen verbruikt een dergelijke waterstofinstallatie een stroom in de orde van grootte van 1 ampère bij een spanning van 12 V en heeft deze voldoende prestaties, hoewel exacte cijfers niet beschikbaar zijn.
Plate Reactor
Een krachtige waterstofgenerator die de werking van een gasbrander kan garanderen, is gemaakt van roestvrijstalen platen van 15 x 10 cm, het aantal is van 30 tot 70 stuks. Eronder worden gaten geboord voor het aandraaien van tapeinden, en een terminal wordt in de hoek gesneden om de draad aan te sluiten.
Naast plaatmetaal 316, moet u kopen:
- 4 mm dik rubber bestand tegen alkali;
- eindplaten van plexiglas of textoliet;
- trekstangen M10-14;
- terugslagklep voor gaslasapparatuur;
- waterfilter onder een hydrolock;
- verbindingsleidingen van gegolfd roestvrij staal;
- kaliumhydroxide in poedervorm.
De platen moeten worden samengevoegd tot een enkele eenheid, van elkaar geïsoleerd met rubberen pakkingen met een middelste uitsparing, zoals weergegeven in de tekening. Trek de resulterende reactor stevig vast met tapeinden en sluit deze aan op de elektrolytmondstukken. Deze laatste komt uit een aparte container voorzien van een deksel en afsluiters.
Notitie. We vertellen hoe je een flow (droog) type elektrolyseur kunt maken. Het is gemakkelijker om een reactor te maken met dompelplaten - u hoeft geen rubberen pakkingen te plaatsen en de geassembleerde eenheid wordt in een afgesloten container met elektrolyt neergelaten.
De montage van een waterstofproducerende generator wordt op dezelfde manier uitgevoerd, maar met verschillen:
- Aan de behuizing van het apparaat is een tank bevestigd voor de bereiding van elektrolyt. Dit laatste is een 7-15% oplossing van kaliumhydroxide in water.
- In plaats van water wordt een zogenaamde desoxidator - aceton of een anorganisch oplosmiddel - in de “bubbler” gegoten.
- Er moet een terugslagklep voor de brander worden geplaatst, anders zal, als de waterstofbrander soepel wordt uitgeschakeld, een omgekeerde slag de slangen en de "bubbler" breken.
Is het winstgevend om waterstof in huis te halen?
Het antwoord op deze vraag hangt af van de omvang van het zuurstof-waterstofmengsel. Alle tekeningen en diagrammen die door verschillende online bronnen zijn gepubliceerd, zijn ontworpen om HHO-gas te produceren voor de volgende doeleinden:
- waterstof gebruiken als brandstof voor auto's;
- verbrand rookloos waterstof in verwarmingsketels en kachels;
- gelden voor gaslassen.
Het belangrijkste probleem dat alle voordelen van waterstofbrandstof doorkruist: de kosten van elektriciteit voor het vrijkomen van zuivere materie overtreffen de hoeveelheid energie die wordt ontvangen door de verbranding. Wat de aanhangers van utopische theorieën ook beweren, de maximale efficiëntie van de elektrolysator bereikt 50%. Dit betekent dat 1 kW warmte 2 kW elektriciteit verbruikt. Het voordeel is nul, zelfs negatief.
Bedenk dat we in de eerste sectie schreven. Waterstof is een zeer actief element en reageert alleen met zuurstof, waardoor veel warmte wordt gegenereerd. Als we proberen een stabiel watermolecuul te scheiden, kunnen we geen energie rechtstreeks naar atomen brengen. De splitsing wordt uitgevoerd door elektriciteit, waarvan de helft wordt afgevoerd door de elektroden, water, transformatorwikkelingen enzovoort te verwarmen.
Belangrijke achtergrondinformatie. De soortelijke warmte van waterstofverbranding is driemaal hoger dan die van methaan, maar - in massa. Als we ze op volume vergelijken, komt er bij verbranding van 1 m³ waterstof slechts 3,6 kW thermische energie vrij vergeleken met 11 kW voor methaan. Waterstof is immers het lichtste chemische element.
Beschouw nu het explosieve gas dat wordt verkregen door elektrolyse in een zelfgemaakte waterstofgenerator, als brandstof voor de bovenstaande behoeften:
- De uiteindelijke installatieprijs, lage productiviteit en efficiëntie maken het uiterst onrendabel om waterstof te verbranden voor verwarming van een privéwoning. Het is gemakkelijker om een van de elektrische ketels - TEN, inductie of elektrode - te plaatsen dan om de meter met een elektrolysator te “winden”.
- Om 1 liter benzine voor een auto te vervangen is 4.766 liter pure waterstof of 7.150 liter ontstekingsgas nodig, waarvan een derde zuurstof is. De meest belabberde uitvinder op internet heeft nog geen elektrolysator gemaakt die vergelijkbare prestaties kan leveren.
- Een gaslasapparaat dat waterstof verbrandt, is compacter en lichter dan cilinders met acetyleen, propaan en zuurstof. Bovendien kunt u met de vlamtemperatuur tot 3000 ° C met alle metalen werken, de kosten voor het verkrijgen van brandstof hier spelen geen speciale rol.
Als referentie. Om waterstof in een ketel te verbranden, moet je de structuur grondig herontwerpen, aangezien een waterstofbrander elk staal kan smelten.
Conclusie
De waterstof in de samenstelling van het NGO-gas verkregen uit een zelfgemaakte waterstofgenerator is nuttig voor twee doeleinden: experimenten en gaslassen.Zelfs als we het lage rendement van de elektrolysator en de kosten van het samen met de verbruikte elektriciteit weggooien, is er simpelweg niet genoeg productiviteit om het gebouw te verwarmen. Dit geldt ook voor de benzinemotor van een personenauto.