L'aumento del prezzo delle risorse energetiche stimola la ricerca di tipi di combustibile più efficienti ed economici, anche a livello familiare. Gli artigiani più entusiasti sono attratti dall'idrogeno, il cui potere calorifico è tre volte superiore al metano (38,8 kW contro 13,8 con 1 kg di sostanza). Il metodo di estrazione in casa, a quanto pare, è noto: la scissione dell'acqua per elettrolisi. In effetti, il problema è molto più complicato. Il nostro articolo ha 2 obiettivi:
- analizzare la domanda su come realizzare un generatore di idrogeno con costi minimi;
- considerare l'utilizzo di un generatore di idrogeno per il riscaldamento di una casa privata, il rifornimento di carburante di un'auto e come una saldatrice.
Breve parte teorica
L'idrogeno, noto anche come idrogeno, il primo elemento della tavola periodica, è la sostanza gassosa più leggera ad alta attività chimica. Durante l'ossidazione (cioè la combustione) emette un'enorme quantità di calore, formando acqua normale. Caratterizziamo le proprietà dell'elemento, progettandole sotto forma di tesi:
- La combustione dell'idrogeno è un processo ecologico, non vengono rilasciate sostanze nocive.
- A causa della sua attività chimica, sulla Terra non si verifica gas libero. Ma nella composizione dell'acqua le sue riserve sono inesauribili.
- L'elemento viene estratto nella produzione industriale con un metodo chimico, ad esempio nel processo di gassificazione (pirolisi) del carbone. Spesso un sottoprodotto.
- Un altro modo per ottenere idrogeno gassoso è l'elettrolisi dell'acqua in presenza di catalizzatori: platino e altre leghe costose.
- Una semplice miscela di gas idrogeno + ossigeno (ossigeno) esplode dalla minima scintilla, rilasciando istantaneamente una grande quantità di energia.
Per riferimento. Gli scienziati che per primi hanno separato la molecola d'acqua in idrogeno e ossigeno hanno chiamato la miscela di gas esplosivo a causa della sua tendenza ad esplodere. Successivamente, ricevette il nome di gas di Brown (con il nome dell'inventore) e venne designato dall'ipotetica formula delle ONG.
Da quanto precede, si suggerisce la seguente conclusione: 2 atomi di idrogeno si combinano facilmente con 1 atomo di ossigeno, ma sono molto riluttanti a separarsi. La reazione di ossidazione chimica procede con il rilascio diretto di energia termica secondo la formula:
2H2 + O2 → 2H2O + Q (energia)
Qui sta un punto importante che ci sarà utile nell'ulteriore analisi dei voli: l'idrogeno entra in reazione spontaneamente dall'accensione e il calore viene rilasciato direttamente. Per separare una molecola d'acqua, l'energia dovrà essere spesa:
2H2O → 2H2 + O2 - Q
Questa è una formula di reazione elettrolitica che caratterizza il processo di scissione dell'acqua fornendo elettricità. Come metterlo in pratica e creare un generatore di idrogeno con le tue mani, prenderemo in considerazione ulteriormente.
Creazione di prototipi
Per farti capire con cosa hai a che fare, ti suggeriamo innanzitutto di assemblare un semplice generatore di idrogeno a basso costo. Il disegno di un'installazione fatta in casa è mostrato nel diagramma.
In cosa consiste un elettrolizzatore primitivo:
- reattore - contenitore in vetro o plastica con pareti spesse;
- elettrodi metallici immersi in un reattore con acqua e collegati a una fonte di alimentazione;
- il secondo serbatoio funge da otturatore d'acqua;
- Tubi di scarico del gas HHO.
Un punto importante L'impianto di idrogeno elettrolitico funziona solo su corrente continua. Pertanto, utilizzare l'alimentatore CA, il caricabatterie per auto o la batteria come fonte di alimentazione. Un alternatore non funzionerà.
Il principio di funzionamento dell'elettrolizzatore è il seguente:
- Due elettrodi immersi in acqua sono alimentati con tensione, preferibilmente da una sorgente regolabile.Per migliorare la reazione, un po 'di alcali o acido viene aggiunto al contenitore (a casa - sale ordinario).
- Come risultato della reazione di elettrolisi, l'idrogeno verrà rilasciato dal lato del catodo collegato al terminale "meno" e l'ossigeno verrà generato vicino all'anodo.
- Miscelando, entrambi i gas attraverso un tubo entrano in una trappola d'acqua che svolge 2 funzioni: separazione del vapore acqueo e prevenzione di un lampo nel reattore.
- Dal secondo serbatoio, il gas esplosivo di NNO viene alimentato al bruciatore, dove viene bruciato per formare acqua.
Per realizzare il design del generatore mostrato nel diagramma con le tue mani, avrai bisogno di 2 bottiglie di vetro con collo e tappi larghi, un contagocce medico e 2 dozzine di viti. Un set completo di materiali è mostrato nella foto.
Degli strumenti speciali, è necessaria una pistola per colla per sigillare le coperture di plastica. La procedura di fabbricazione è semplice:
- Ruota i bastoncini di legno piatti con viti autofilettanti, posizionando le estremità in diverse direzioni. Saldare le teste delle viti insieme e collegare i fili - ottenere i futuri elettrodi.
- Praticare un foro nel coperchio, inserire la scatola tagliata del contagocce e i fili lì, quindi sigillare su entrambi i lati con una pistola per colla.
- Posizionare gli elettrodi nella bottiglia e avvitare il tappo.
- Nel secondo tappo, praticare 2 fori, inserire i tubi contagocce e avvitare su una bottiglia riempita con acqua semplice.
Per avviare il generatore di idrogeno, versare acqua salata nel reattore e accendere la fonte di alimentazione. L'inizio della reazione è segnato dalla comparsa di bolle di gas in entrambi i contenitori. Regolare la tensione sul valore ottimale e dare fuoco al gas marrone uscendo dall'ago del contagocce.
Informazioni sulla cella a idrogeno Meyer
Se hai realizzato e testato il design sopra descritto, bruciando la fiamma all'estremità dell'ago probabilmente avrai notato che le prestazioni di installazione sono estremamente basse. Per ottenere gas più esplosivi, è necessario creare un dispositivo più serio, chiamato cella Stanley Meyer in onore dell'inventore.
Il principio di funzionamento della cellula si basa anche sull'elettrolisi, solo l'anodo e il catodo sono realizzati sotto forma di tubi inseriti l'uno nell'altro. La tensione viene fornita dal generatore di impulsi attraverso due bobine risonanti, che consente di ridurre il consumo di corrente e aumentare la produttività del generatore di idrogeno. Il circuito elettronico del dispositivo è mostrato nella figura:
Nota. I dettagli sul funzionamento dello schema sono descritti nella risorsa http://www.meanders.ru/meiers8.shtml.
Per creare una cella Meyer, avrai bisogno di:
- una cassa cilindrica in plastica o plexiglass; gli artigiani usano spesso un filtro per l'acqua con coperchio e ugelli;
- tubi di acciaio inossidabile con un diametro di 15 e 20 mm, lunghezza 97 mm;
- fili, isolanti.
I tubi resistenti alla corrosione sono fissati alla base del dielettrico, i fili collegati al generatore sono saldati ad essi. La cella è composta da 9 o 11 tubi posizionati in una custodia di plastica o plexiglass, come mostrato nella foto.
Gli elementi sono collegati secondo tutti gli schemi noti su Internet, che includono un'unità elettronica, una cella Meyer e un blocco dell'acqua (il nome tecnico è il gorgogliatore). Per motivi di sicurezza, il sistema è dotato di sensori per la pressione critica e il livello dell'acqua. Secondo le recensioni degli artigiani domestici, tale installazione di idrogeno consuma una corrente dell'ordine di 1 ampere a una tensione di 12 V e ha prestazioni sufficienti, sebbene non siano disponibili numeri esatti.
Reattore a piastre
Un generatore di idrogeno ad alte prestazioni in grado di garantire il funzionamento di un bruciatore a gas è costituito da piastre in acciaio inossidabile che misurano 15 x 10 cm, il numero è compreso tra 30 e 70 pezzi. In essi sono praticati fori per i perni di serraggio e un terminale per il collegamento del filo viene ritagliato nell'angolo.
Oltre alla lamiera 316, dovrai acquistare:
- Gomma spessa 4 mm resistente agli alcali;
- piastre terminali in plexiglass o textolite;
- tiranti M10-14;
- valvola di ritegno per apparecchi di saldatura a gas;
- filtro dell'acqua sotto un hydrolock;
- tubi di collegamento in acciaio inossidabile ondulato;
- idrossido di potassio in polvere.
Le piastre devono essere assemblate in una singola unità, isolate l'una dall'altra con guarnizioni in gomma con un taglio centrale, come mostrato nel disegno. Tirare saldamente il reattore risultante con i perni e collegarlo agli ugelli dell'elettrolita. Quest'ultimo proviene da un contenitore separato dotato di coperchio e valvole di intercettazione.
Nota. Diciamo come realizzare un elettrolizzatore a flusso (a secco). È più facile realizzare un reattore con piastre di immersione: non è necessario inserire guarnizioni di gomma e l'unità assemblata viene abbassata in un contenitore sigillato con elettrolita.
Il successivo assemblaggio di un generatore che produce idrogeno viene eseguito allo stesso modo, ma con differenze:
- Un serbatoio per la preparazione di elettroliti è attaccato al corpo dell'apparecchio. Quest'ultima è una soluzione al 7-15% di idrossido di potassio in acqua.
- Invece dell'acqua, un cosiddetto disossidante - acetone o un solvente inorganico - viene versato nel "gorgogliatore".
- Una valvola di ritegno deve essere posizionata davanti al bruciatore, altrimenti, quando il bruciatore a idrogeno viene spento senza problemi, un colpo inverso romperà i tubi e il "gorgogliatore".
È redditizio ottenere idrogeno a casa
La risposta a questa domanda dipende dalla portata della miscela ossigeno-idrogeno. Tutti i disegni e gli schemi pubblicati da varie risorse online sono progettati per produrre gas HHO per i seguenti scopi:
- usare l'idrogeno come combustibile per le automobili;
- bruciare senza fumo idrogeno in caldaie e stufe per riscaldamento;
- richiedere la saldatura a gas.
Il problema principale che elimina tutti i vantaggi dell'idrogeno: il costo dell'elettricità per il rilascio di materia pura supera la quantità di energia ricevuta dalla sua combustione. Qualunque cosa affermino gli aderenti alle teorie utopiche, la massima efficienza dell'elettrolizzatore raggiunge il 50%. Ciò significa che 1 kW di calore ha consumato 2 kW di elettricità. Il vantaggio è zero, anche negativo.
Ricordiamo che abbiamo scritto nella prima sezione. L'idrogeno è un elemento molto attivo e reagisce con l'ossigeno da solo, generando molto calore. Cercando di separare una molecola d'acqua stabile, non possiamo portare energia direttamente agli atomi. La scissione viene eseguita dall'elettricità, la metà delle quali viene dissipata riscaldando gli elettrodi, l'acqua, gli avvolgimenti del trasformatore e così via.
Informazioni di base importanti. Il calore specifico della combustione dell'idrogeno è tre volte superiore a quello del metano, ma - per massa. Se li confrontiamo per volume, quando si brucia 1 m³ di idrogeno, verranno rilasciati solo 3,6 kW di energia termica rispetto agli 11 kW di metano. Dopotutto, l'idrogeno è l'elemento chimico più leggero.
Consideriamo ora il gas esplosivo ottenuto per elettrolisi in un generatore di idrogeno fatto in casa, come combustibile per le esigenze di cui sopra:
- Il prezzo finale di installazione, la bassa produttività e l'efficienza rendono estremamente inutile bruciare idrogeno per riscaldare una casa privata. È più facile mettere una qualsiasi delle caldaie elettriche - TEN, induzione o elettrodo - piuttosto che "avvolgere" il contatore con un elettrolizzatore.
- Per sostituire 1 litro di benzina per un'auto, saranno necessari 4.766 litri di idrogeno puro o 7.150 litri di gas detonante, un terzo dei quali è ossigeno. L'inventore più schifoso di Internet non ha ancora realizzato un elettrolizzatore in grado di fornire prestazioni simili.
- Un apparato di saldatura a gas che brucia idrogeno è più compatto e leggero dei cilindri con acetilene, propano e ossigeno. Inoltre, la temperatura della fiamma fino a 3000 ° C ti consente di lavorare con qualsiasi metallo, il costo per ottenere carburante qui non gioca un ruolo speciale.
Per riferimento. Per bruciare idrogeno in una caldaia, dovrai riprogettare accuratamente la struttura, poiché un bruciatore a idrogeno può fondere qualsiasi acciaio.
Conclusione
L'idrogeno nella composizione del gas delle ONG ottenuto da un generatore di idrogeno fatto in casa è utile per due scopi: esperimenti e saldatura a gas.Anche se eliminiamo la bassa efficienza dell'elettrolizzatore e i costi di assemblaggio insieme all'elettricità consumata, semplicemente non c'è abbastanza produttività per riscaldare l'edificio. Questo vale anche per il motore a benzina di un'autovettura.